AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE

WYDZIAŁ INŻYNIERYJNO – EKONOMICZNY TRANSPORTU

Instytut Inżynierii Transportu

Zakład Techniki Transportu

INSTRUKCJA

Identyfikacja i badanie materiałów polimerowych

MATERIAŁOZNAWSTWO I NAUKA O MATERIAŁACH

LABORATORIUM

Opracował:

dr inż. Jarosław Chmiel

mgr inż. Joanna Tuleja

Zatwierdził:

dr inż. Jarosław Chmiel

Obowiązuje od: wrzesień 2012

2

3

Wprowadzenie

Tematem ćwiczenia jest grupa materiałów, których głównym składnikiem jest

związek wielkocząsteczkowy – polimer. Oprócz niego materiały te zawierają składniki
dodatkowe, nadające im wymagane właściwości użytkowe i technologiczne.

Podstawowe grupy zatsosowań materiałów polimerowych w technice wynikają z ich

specyficznych własciwości użytkowych. W szczególności istotne jest zastosowanie tej grupy
materiałów jako :

-

materiałów konstrukcyjnych o specyficzncych właściwościach;

-

materiałów elektroizolacyjnych;

-

materiałów termoizolacyjnych;

-

materiałów uszczelniających;

-

materiałów wibroizolacyjnych;

-

specjalnych materiałów łożyskowych;

-

materiałów malarskich;

-

materiałów regeneracyjnych i naprawczych.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi rodzajami materiałów polimerowych,
sposobami ich identyfikacji oraz zbadanie wybranych ich właściwości.

1.

Charakterystyka ogólna

1.1. Pojęcia podstawowe

Cechą charakterystyczną polimerów jest występowanie w ich cząsteczce okresowo

powtarzalnych ugrupowań atomów, które nazywamy merami. Polimery otrzymywać można
poprzez modyfikację naturalnych substancji wielkocząsteczkowych, jednak obecnie
wytwarza się je przede wszystkim syntetycznie. Cząsteczki związków chemicznych,
stanowiących substancje wyjściowe do otrzymywania związków wielkocząsteczkowych
składają się ze stosunkowo niewielkiej liczby atomów i noszą nazwę monomerów. Są one
zdolne do reakcji z identycznymi lub innymi cząsteczkami dzięki obecności w nich ośrodków
reaktywnych, takich jak nienasycone wiązania, nietrwałe pierścienie lub grupy reaktywne.
W wyniku łączenia się cząsteczek monomeru pomiędzy sobą powstaje związek
wielkocząsteczkowy – polimer. Właściwości fizyczne monomerów i polimerów są oczywiście
całkowicie odmienne. Polimery, w przeciwieństwie do klasycznych związków chemicznych,
stanowią mieszaniny cząsteczek o różnej wielkości i masie cząsteczkowej – dlatego też
stosuje się pojęcia średniej masy cząsteczkowej lub stopnia polimeryzacji.

1.2. Podstawy procesów wytwarzania

Podstawowe surowce do otrzymywania monomerów pochodzą z ropy naftowej, gazu

ziemnego i węgla kamiennego. Otrzymywanie monomerów wchodzi w zakres technologii
organicznej, otrzymywanie polimerów – w zakres chemii i technologii tworzyw sztucznych
zaś wytwarzanie z polimerów wyrobów użytkowych – w zakres technologii przetwórstwa
tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne dostarczane do przetwórstwa mają postać żywic,
tłoczyw, preimpregnatów lub półfabrykatów.
Żywice występują jako tzw. żywice techniczne do bezpośredniego zastosowania (odlewania,
nasycania, laminowania), względnie stanowią surowiec do dalszego przerobu na tłoczywa,
preimpregnaty, kleje, kity, materiały regeneracyjne i malarskie itp.
Tłoczywa przeznaczone są do plastycznego formowania wyrobów z tworzyw. Mają postać
proszków, granulatów, tabletek, ciastowatych mas lub tekstylnych skrawków nasyconych
żywicą. Na wyroby gotowe lub półwyroby przetwarzane są najczęściej metodami
wtryskiwania, wytłaczania lub prasowania.
Preimpregnaty to arkusze lub zwoje materiału wzmacniającego o odpowiedniej strukturze,
nasycone żywicą i przeznaczone do formowania wyrobów wielkogabarytowych technikami
prasowania.
Półwyroby z tworzyw sztucznych mają postać folii, płyt, prętów, rur i innych profili. Kształt
gotowego wyrobu uzyskiwany jest poprzez obróbkę skrawaniem i łączenie metodami
klejenia, zgrzewania lub spawania.

4

1.3. Zalety tworzyw sztucznych i ograniczenia w ich stosowaniu

Za zalety tworzyw sztucznych należy uznać:

– łatwość formowania przedmiotów o skomplikowanych kształtach;
– korzystny stosunek wytrzymałości do masy właściwej (wytrzymałość właściwa),

zwłaszcza po wzmocnieniu napełniaczami włóknistymi;

– dobre właściwości mechaniczne i doskonałe właściwości elektroizolacyjne;
– stosunkowo dobra, a niekiedy doskonała odporność chemiczna;
– możliwość długotrwałego użytkowania wyrobów bez potrzeby dodatkowej ich

konserwacji;

– możliwość wielokrotnego przetwarzania tworzyw (recycyling).

Do czynników ograniczających zastosowanie handlowo dostępnych tworzyw sztucznych
należy niezadowalająca w większości przypadków odporność cieplna. Dla większości tworzyw
maksymalna temperatura pracy ciągłej wynosi 60÷150°C a wyjątkowo sięga 300÷400°C
(tworzywa fluorowe, poliimidy). Istotną cechą powodującą ograniczenia w stosowaniu
niektórych grup tworzyw sztucznych w okrętownictwie jest ich palność, a zwłaszcza
możliwość wydzielania podczas palenia silnie trujących produktów gazowych (np. podczas
spalania poliuretanów może wydzielać się cyjanowodór, zaś podczas spalania PVC – fosgen).
Twardość tworzyw sztucznych jest znacznie niższa niż twardość metali. Niekorzystną cechą
tworzyw sztucznych jest ich mała odporność na pełzanie.

2.

Klasyfikacja materiałów polimerowych

2.1. Klasyfikacja chemiczna – metody otrzymywania polimerów

Podstawą tej klasyfikacji jest metoda otrzymywania związku wielkocząsteczkowego. W
zależności od pochodzenia rozróżnia się:

– modyfikowane

tworzywa

naturalne,

otrzymywane

z

naturalnych

związków

wielkocząsteczkowych np. celulozy (octan celulozy, octanomaślan celulozy), kazeiny
(galalit) lub kauczuków naturalnych;

– tworzywa syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji chemicznych.

W chwili obecnej tworzywa syntetyczne stanowią ok. 98% produkowanych tworzyw
sztucznych.
W zależności od rodzaju reakcji, w wyniku której powstaje polimer (tzw. polireakcji)
rozróżnia się tworzywa syntetyczne polimeryzacyjne, polikondensacyjne i poliaddycyjne
(tablica 1).

Tablica 1. Podział tworzyw syntetycznych

Tworzywa otrzymywane przez
polimeryzację

Tworzywa

otrzymywane

przez polikondensację

Tworzywa

otrzymywane

przez poliaddycję

Polietylen,

polipropylen,

kopolimery olefinowe

Poli(chlorek

winylu),

kopolimery winylowe

Polistyren

i

kopolimery

styrenu

Poli(metakrylan metylu)

Poliformaldehyd,

kopolimer

acetalowy

Poli(tlenek fenylenu)

Politetrafluoroetylen i inne

polimery fluorowe

Fenoplasty

Aminoplasty

Poliamidy

otrzymywane

z kwasów dikarboksylowych
i diamin

Poliwęglany

Poliestry

Poli(siarczek fenylenu)

Poliimidy

Polieterosulfony

Poliuretany

Tworzywa epoksydowe

Poliamidy

otrzymywane

z laktamów

5

Polimeryzacja jest procesem łączenia się wielu cząstek monomeru, któremu nie towarzyszy
wydzielanie się małocząsteczkowych produktów ubocznych. Proces przebiega bez zmian
składu chemicznego a powstający polimer różni się od monomeru tylko wielkością
cząsteczki. Szczególnym przypadkiem polimeryzacji jest kopolimeryzacja – reakcja
mieszaniny co najmniej dwóch monomerów, z wytworzeniem makrocząsteczek zawierających
mery odpowiadające wszystkim składnikom mieszaniny. W zależności od technicznej
realizacji procesu wyróżnia się polimeryzację w masie (np. polimetakrylan metylu, polietylen
małej gęstości), polimeryzację w zawiesinie (np. polistyren, poli(chlorek winylu)),
polimeryzację emulsyjną i polimeryzację w roztworze.
Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) polega na łączeniu się wielu cząstek
monomerów z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego jako
produktu ubocznego np. wody lub chlorowodoru. Skład chemiczny polimeru nie jest
identyczny ze składem monomeru lub wyjściowej mieszaniny monomerów.
Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna) jest procesem łączenia się cząsteczek monomeru lub
monomerów wskutek przemieszczania się ruchliwego atomu wodoru. Powoduje to powstanie
reaktywnych ośrodków w monomerze i umożliwia łączenie się cząsteczek. W procesie tym nie
powstają małocząsteczkowe produkty uboczne a powstały polimer ma taki sam skład
chemiczny jak wyjściowa mieszanina monomerów.

2.2. Klasyfikacja technologiczna

Przyjmując za kryterium klasyfikacji właściwości użytkowe tworzyw, można wyodrębnić
elastomery i plastomery. Cechą charakterystyczną elastomerów jest zdolność do powrotu do
kształtu pierwotnego, nawet po znacznym odkształceniu, jeśli zaniknie działanie siły
powodującej deformację. Plastomery wykazują nieznaczne odkształcenia sprężyste przy
niewielkich naprężeniach, zaś przy wzroście naprężeń odkształcają się plastycznie, aż do
zniszczenia.
W zależności od właściwości technologicznych rozróżnia się termoplasty i duroplasty.
Termoplasty (tworzywa termoplastyczne) pod wpływem temperatury przechodzą w stan
plastyczny. Jeśli temperatura nie prowadzi do wyraźnych zmian właściwości polimeru, to
termoplasty mogą być przetwarzane i kształtowane wielokrotnie. Do termoplastów należą
prawie

wszystkie

tworzywa

polimeryzacyjne

a

ponadto

poliamidy,

poliwęglan,

poli(siarczekfenylenu), niektóre poliestry, polieterosulfony i termoplastyczne pochodne
celulozy. Duroplasty są to tworzywa, które pod wpływem podwyższonej temperatury lub
innych czynników przekształcają się w produkt przestrzennie usieciowany, nietopliwy i
nierozpuszczalny.
W zależności od sposobu utwardzania rozróżnia się tworzywa termoutwardzalne (np.
fenoplasty i aminoplasty) oraz chemoutwardzalne (np. poliuretany, nienasycone żywice
poliestrowe i epoksydowe). Ogrzewanie produktu usieciowanego nie powoduje jego
mięknienia, może natomiast doprowadzić do chemicznego zniszczenia polimeru.

6

3.

Budowa polimerów

3.1. Budowa makrocząsteczek

W zależności od rodzaju reagujących monomerów oraz warunków, w jakich prowadzona jest
synteza polimeru, otrzymuje się polimery o liniowej budowie cząsteczki, polimery o łańcuchu
rozgałęzionym oraz polimery usieciowane. Struktura usieciowana powstaje w wyniku
oddziaływania temperatury (polimery termoutwardzalne), utwardzaczy chemicznych
(polimery chemoutwardzalne) bądź promieniowania jonizującego. Elastomery charakteryzują
się stosunkowo niewielkim stopniem usieciowania. Znaczny stopień usieciowania jest
charakterystyczny dla duroplastów. Ze wzrostem stopnia rozgałęzienia i stopnia
usieciowania polimeru wzrasta jego odporność cieplna.
Jeśli cząsteczka monomeru zawiera grupy boczne (podstawniki), to względem łańcucha
polimeru mogą być one rozmieszczone w sposób nieuporządkowany – ataktyczny – lub w
jeden ze sposobów uporządkowanych – izotaktyczny lub syndiotaktyczny. Polimery o
uporządkowanym ułożeniu podstawników (tzw. polimery stereoregularne) wykazują większą
skłonność do krystalizacji, wyższą temperaturę topnienia, większą gęstość i znacznie lepsze
właściwości mechaniczne niż polimery ataktyczne.

3.2. Rozmieszczenie makrocząsteczek – struktura fazowa

Rozmieszczenie cząsteczek polimeru może być przypadkowe lub w pewnym stopniu
uporządkowane. Polimery o całkowicie przypadkowym ułożeniu cząsteczek – amorficzne – to
duroplasty oraz większość tworzyw o dobrej przezroczystości. Uporządkowany układ
cząsteczek, typowy dla polimerów krystalicznych rzadko występuje w postaci „czystej”. Z
reguły poszczególne obszary uporządkowanego ułożenia cząsteczek – krystality – oddzielone
są obszarami amorficznymi. Ze wzrostem stopnia krystaliczności polimerów wzrasta
temperatura

topnienia,

poprawiają

się

właściwości

wytrzymałościowe,

maleje

przezroczystość a przejście ze stanu stałego w ciekły odbywa się w węższym zakresie
temperatur.

7

4.

Przegląd wybranych tworzyw sztucznych

POLISTYREN [PS] i KOPOLIMERY STYRENOWE
Otrzymywany jest metodami polimeryzacji styrenu w masie lub zawiesinie. Polistyren
niemodyfikowany jest tworzywem kruchym i przeźroczystym. Dzięki modyfikacji polistyrenu
dodatkami kauczuków lub elastomerów otzymuje się tworzywa o znacznej udarności.
Przetwarzany

metodami

wtryskowymi

oraz

metodami

spieniania.

Pod

wpływem

promieniowania ultrafioletowego żółknie i staje się kruchy. Zakres temperatur użytkowania
od -20 do +60°C. Stosowany jako tworzywo konstrukcyjne, do celów elektrotechnicznych
oraz termoizolacyjnych. Kopolimery styrenowe o dużej udarności i zakresie temperatur
użytkowania od -40 do +80°C są stosowane do wyrobu korpusów urządzeń
elektrotechnicznych i elektronicznych, elementów wyposażenia pojazdów oraz rur.
Specyficzną cechą kopolimeru ABS jest jego podatność do metalizacji.

POLI(CHLOREK WINYLU) [PVC]
Jest to polimer amorficzny, zawierający do 10% fazy krystalicznej. Czysty PVC jest
polimerem twardym, o małej odporności cieplnej. Już w temperaturze 120°C rozpoczyna się
jego rozkład z wydzieleniem HCl. Właściwości fizyczne PVC modyfikuje się poprzez dodatki
stabilizatorów termicznych i optycznych (np. węglany metali alkalicznych, sadza, dwutlenek
tytanu) oraz zmiękczaczy. PVC o podwyższonej udarności otrzymuje się w wyniku
modyfikacji fizycznej (mieszanie w stopie) lub chemicznej (kopolimeryzacja z elastomerami).
Twardy PVC stosowany jest do wyrobu rur i profili konstrukcyjnych, zaś zmiękczony -
głównie do wyrobu izolacji kabli i rur.

POLIOLEFINY [PE, PP, PIB]
Jest to

duża grupa polimerów termoplastycznych węglowodorowych,

o bardzo

zróżnicowanych właściwościach. Spośród tworzyw tej grupy najczęściej stosowane są
polietylen nałej i dużej gęstości (LDPE i HDPE), polipropylen (PP) oraz poliizobutylen (PiB).
Poliolefiny mają dobre właściwości dielektryczne, małą gęstość i doskonałą odporność
chemiczną. Wyroby z poliolefin o dużym stopniu polimeryzacji stosowane są w
temperaturach do 130°C. Właściwości poliolefin można modyfikować poprzez dodatki
napełniaczy takich jak talk, kreda, sadza oraz szkło w postaci krótkiego włókna lub
mikrosfer. Istnieje możliwość częściowego sieciownia poliolefin w wyniku naświetlania
promieniowaniem jonizującym. Typowymi zastosowaniami poliolefin są rury instalacji
wodnych, kanalizacyjnych, gazowych i grzewczych (HDPE i PP), obudowy i opakowania,
izolacje kabli, elementy elektrotechniczne oraz włókna i tkaniny techniczne. LDPE w postaci
spienionej lub tzw. folii kubeczkowych stosowany jest do zabezpieczania przedmiotów
podczas transportu. Specyficznym zastosowaniem wysokokrystalicznego, izotaktycznego PP
są liny cumownicze.

POLI(METAKRYLAN METYLU) [PMMA]
Jest polimerem amorficznym o dużej twardości i doskonałych właściwościach optycznych.
Przetwarzany jest głównie metodami odlewania i wytłaczania. Zastosowania PMMA wynikają
z jego właściwości optycznych: przeźroczyste osłony lamp, otworów okiennych i wzierników,
światłowody, przeźroczyste kompozycje do zalewania układów elektronicznych.

ŻYWICE EPOKSYDOWE [EP]
Są to związki zawierające co najmniej dwie grupy epoksydowe:

C

C

O

Pierścień ten łatwo reaguje ze związkami zawierającymi aktywne atomy wodoru. W wyniku
polireakcji następuje usieciowanie żywicy. Wybór utwardzacza zależy od temperatury
utwardzania.
Od temperatury utwardzania (do 180°C) zależy odporność cieplna utwardzonego produktu.
Żywice epoksydowe stosowane są w przemyśle elektotechnicznym i elektronicznym,
maszynowym, budowy środków transportu. Podstawowe formy zastosowania tworzyw

8

epoksydowych to żywice do zalewania, laminaty, kompozytowe elementy konstrukcyjne,
kleje i proszkowe materiały malarskie oraz materiały do napraw i regeneracji (np. produkty
firmy Belzona). Wzmacnianie żywic epoksydowych zbrojeniami włóknistymi o dużej
wytrzymałości (grafit, szkło, włosowate monokryształy metali) pozwala uzyskać materiały
konstrukcyjne nie ustępujące metalom pod względem właściwości wytrzymałościowych.

5.

Identyfikacja tworzyw sztucznych

Przepisy dotyczące ochrony środowiska wymagają znakowania wyrobów z tworzyw

sztucznych symbolami znormalizowanymi w skali międzynarodowej. Symbole te pozwalają
na zidentyfikowanie materiału. O ile wyrób nie jest oznakowany, można podjąć próbę
określenia rodzaju tworzywa na postawie próby spalania lub wrażliwości na działanie
wybranych odczynników.

Tworzywa sztuczne i zmodyfikowane tworzywa naturalne są identyfikowane na podstawie:

–

wyglądu i postaci wyrobu,

–

przybliżonej gęstości;

–

zachowania się podczas ogrzewania i w płomieniu palnika;

–

odporności na działanie kwasów, zasad i rozpuszczalników.

W celu prawidłowej identyfikacji konieczne jest zapoznanie się z wyglądem wzorców
tworzyw.

9

5.1. Oznaczenia wybranych polimerów

ABR

kauczuk akrylanowo-butadienowy (Acrylat-Butadien-Rubber)

ABS

akrylonitryl-butadien-styren

BR

kauczuk butadienowy (1,4-polibutadien)

BS

butadien-styren

CA

octan celulozy (CZA = bioctan cel., C3A = trioctan cel., także CTA)

CAB

octanomaślan celulozy

CPVC chlorowany polichlorek winylu), (rzadkie oznaczenie), p. także PVC-C
EMA kopolimer etylen/metakrylan
EP

żywica epoksydowa

EPP

kopolimer etylen/propylen

FF

ż

ywice furanowo-formaldehydowe

IR

kauczuk izoprenowy (Isopren-Rubber)

PA 6

poliamid z kaprolaktamu

PA 66 poliamid z heksametylenodiaminy/kwasu adypinowego
PA 11 poliamid z kwasu 11-aminoundekanowego
PA 12 poliamid z kwasu dodekanowego
PC

poliwęglan

PC+ABS mieszanka (blenda) poliwęglan + akrylonitryl-butadien-styren
PE

polietylen o niskiej gęstości

PET

poli(tereftalan etylenu)

PF

ż

ywica fenolowo-formaldehydowa

PI

poliimid

PIB

poliizobutylen, także poliizobuten,

POM polioksymetylen albo poliformaldehyd albo poliacetal
PP

polipropylen

PPS

poli(siarczek fenylenu)

PS

polistyren

PSE

polistyren, spieniony (p. także EPS)

PSU

polisulfon

PUR

poliuretan

PUR-E poliuretan spieniony
PUR+ABS mieszanka (blenda) poliuretan + akrylonitryl-butadien-styren
PUR+PC mieszanka (blenda) poliuretan termoplastyczny + poliwęglan
PVAC polioctan winylu)
PVAL poli(alkohol winylowy)
PVC

polichlorek winylu) (E-PVC = emulsja-PVC, S-PVC = suspensja-PVC)

PVC-C chlorowany PVC, (czasem także CPVC)
PVF

poli(fluorek winylu)

PTFE

policzterofluoroetylen

VF

fibra

Oznaczenia dodatkowe: HD – wysoka gęstość, LD niska gęstość, GF – dodatek włókna szklanego.

10

Tabela 2. Rozróżnianie tworzyw sztucznych na podstawie wyglądu zewnętrznego i postaci
wyrobu (wg K. Dobrosza i A. Matysiaka)

Wygląd zewnętrzny

i postać tworzywa

Przypuszczalny rodzaj tworzywa lub grupy tworzyw

Granulaty wtryskowe

tworzywa termoplastyczne, rzadziej duroplasty

Tłoczywa do prasowania

o jasnych barwach

przede wszystkim aminoplasty, wyklucza się fenoplasty

Folie

najczęściej polietylen, poli(chlorek winylu), polipropylen,
poliamidy, poliwęglan, poli(tetraftalan etylenowy), octan i
octanomaślan celulozy; postać folii eliminuje duroplasty

Włókna

poliamidy, poliestry termoplastyczne; polipropylen; postać
włókien eliminuje duroplasty

Profile miękkie

najczęściej

PVC

zmiękczony,

polietylen,

polipropylen

poliamidy,

octan

i

octanomaślan

celulozy,

politetrafluoroetylen; wyklucza się duroplasty

Profile sztywne

PVC twardy; wyklucza się tworzywa miękkie, np. PVC
zmiękczony lub polietylen

Laminaty zbrojone włóknem

szklanym

najczęściej laminaty poliestrowe lub epoksydowe

Kity

przede

wszystkim

fenoplasty,

epoksydy,

poliestry

lub

poliuretany, PVC zmiękczony

Żywice ciekłe lub stałe

żywice fenolowe, poliestrowe lub epoksydowe

Laminaty

z

nośnikiem

papierowym

lub

tekstylnym

przede wszystkim laminaty lub melaminowe

Płyty i elementy wykrawane

z płyt

najczęściej poli(metakrylan metylu), PVC twardy, termoplasty-
czne estry celulozy, poliwęglan;
postać płyt mogą mieć także laminaty, najczęściej fenolowe,
melaminowe i poliestrowe

Tworzywa porowate

najczęściej poliuretany, polistyren (kolor śnieżnobiały) i PVC

Przezroczyste płyty o dużej

grubości

poli(metakrylan metylu), poliwęglan

Odlewy o masie do kilku kg

żywice poliestrowe lub epoksydowe, rzadziej polimetakrylan
metylu

11

Tabela 3. Rozróżnianie wybranych tworzyw sztucznych na podstawie gęstości, temperatury topnienia (mięknienia) polimeru oraz zachowania się w płomieniu

i w rozpuszczalnikach

Tworzywa

Gęstość

[g/cm

3

]

Temperatura

topnienia

(mięknienia)

polimeru [°C]

Zachowanie się

tworzywa

w płomieniu

Wygląd

płomienia

Zapach po zgaszeniu

próbki

Zachowanie się tworzywa

w rozpuszczalnikach

1

2

3

4

5

6

7

Polipropylen

0,89 ÷ 0,91

160 ÷ 170

po zapaleniu pali się
dalej samo, topi się
i kapie

świecący
z niebieskim
środkiem

słaby, palonej
parafiny

rozpuszcza się we wrzącym
toluenie, wytrąca się po
ochłodzeniu

Polietylen

0,91 ÷ 1,00
0,92 ÷ 0,94
0,94 ÷ 0,96

100 ÷ 110
110 ÷ 120
130 ÷ 140

po zapaleniu pali się
dalej samo, topi się
i kapie

świecący
z niebieskim
środkiem

słaby, palonej
parafiny

rozpuszcza się we wrzącym
toluenie

Poliamid 12
Poliamid 11
Poliamid 6
Poliamid 6.6

1,01 ÷ 1,04
1,03 ÷ 1,05
1,12 ÷ 1,15
1,13 ÷ 1,16

170 ÷ 180
180 ÷ 190
215 ÷ 225
250 ÷ 260

po zapaleniu pali się
dalej samo, kapie,
powstają banieczki i
ciągnące się nitki

świecący,
niebieskawy
z żółtym
obrzeżem

typowy, podobny do
palonego rogu

rozpuszczalne w stężonym kwasie
mrówkowym i fenolu

Polistyren

1,04 ÷ 1,08

90 ÷ 110

zapalony pali się
dalej, mięknie

świecący, silnie
kopcący

charakterystyczny
słodko-kwiatowy

rozpuszczalne w acetonie, chlorku
metylu

Kopolimery styrenu

1,02 ÷ 1,09

–

po zapaleniu pali się
dalej samo, mięknie

świecący, silnie
kopcący

charakterystyczny
słodko-kwiatowy
oraz palonej gumy
lub drapiący

podobnie jak polistyren; zależnie
od rodzaju kopolimeru
rozpuszczalność może być mniejsza

Żywice poliestrowe
Żywice poliestrowe z

włóknem szklanym

1,10 ÷ 1,40
1,80 ÷ 2,30

–
–

po zapaleniu pali się
dalej samo, zwęgla
się

świecący,
kopcący

słodko-kwiatowy
(podobnie jak przy
polistyrenie)

praktycznie nierozpuszczalne
(słabo rozpuszczalne w acetonie)

Aminoplasty
z napełniaczem
mineralnym

Aminoplasty
z napełniaczem
mineralnym

Aminoplasty
z napełniaczem
mineralnym

Aminoplasty
z napełniaczem
mineralnym

Aminoplasty
z napełniaczem
mineralnym

Aminoplasty
z napełniaczem
mineralnym

Aminoplasty z napełniaczem
mineralnym

Żywice epoksydowe
Żywice epoksydowe z

włóknem szklanym

1,10 ÷ 1,40

1,80 ÷ 2,30

–

–

po zapaleniu pali się
dalej samo

świecący,
kopcący

najpierw mało
charakterystyczny,
potem fenolu

praktycznie nierozpuszczalne
(pęcznieje nieco w acetonie
i estrach)

12

Tworzywa

Gęstość

[g/cm

3

]

Temperatura

topnienia

(mięknienia)

polimeru [°C]

Zachowanie się

tworzywa

w płomieniu

Wygląd

płomienia

Zapach po zgaszeniu

próbki

Zachowanie się tworzywa

w rozpuszczalnikach

1

2

3

4

5

6

7

Octanomaślan

celulozy

1,11 ÷ 1,22

125 ÷ 175

po zapaleniu pali się
dalej samo, topi się i
kapie

świecący, żółty,
iskrzący

kwasu octowego
i masłowego,
palonego papieru

rozpuszczalne w acetonie,
dioksanie i octanie etylu; przy
ogrzewaniu w 30% kwasie
siarkowym występuje zapach octu
i kwasu masłowego

Poli(metakrylan

metylu)

1,16 ÷ 1,20

160 ÷ 190

po zapaleniu pali się
dalej samo, mięknie

świecący,
trzaskający,
żółty z
niebieskim
środkiem

typowy, owocowy

rozpuszczalne w acetonie,
benzenie, dioksanie i octanie
etylenu

Poli(chlorek winylu)

zmiękczony

Poli(chlorek winylu)

twardy

1,19 ÷ 1,41

1,38 ÷ 1,41

–

140 ÷ 160

pali się w płomieniu,
gaśnie poza
płomieniem,
mięknie, następnie
ulega rozkładowi
barwiąc się na
brązowo lub czarno

żółty z zielonym
obrzeżem, białe
dymy,
ewentualnie
iskry

chlorowodoru
(charakterystyczny
dla tworzyw
winylowych)

rozpuszczalne w cykloheksanonie i
tetrawodorofuranie

Poliwęglan

1,20 ÷ 1,22

220 ÷ 230

pali się w płomieniu,
gaśnie poza
płomieniem, topi się,
ulega rozkładowi i
zwęgleniu

świecący,
kopcący

zbliżony do fenolu

rozpuszczalne w chlorku metylu,
cykloheksanonie i krezolu

Poliuretany

usieciowane

1,20 ÷ 1,26

–

po zapaleniu pali się
dalej samo, topi się i
kapie, szybko się
zwęgla

świecący

charakterystycznie
nieprzyjemny, ostry

rozpuszczalne w
dimetyloformamidzie, poza tym
prawie nierozpuszczalne

13

Tworzywa

Gęstość

[g/cm

3

]

Temperatura

topnienia

(mięknienia)

polimeru [°C]

Zachowanie się

tworzywa

w płomieniu

Wygląd

płomienia

Zapach po zgaszeniu

próbki

Zachowanie się tworzywa

w rozpuszczalnikach

1

2

3

4

5

6

7

Octan celulozy

1,22 ÷ 1,32

125 ÷ 175

żółtozielony, iskrzący kwasu octowego

i palonego
papieru

kwasu octowego
i palonego papieru

rozpuszczalne w acetonie,
dioksanie i octanie etylu; przy
ogrzewaniu w 30% kwasie
siarkowym występuje zapach octu

Żywice fenolowe

1,26 ÷ 1,28

–

pali się słabo w
płomieniu, gaśnie
poza płomieniem

jasny, kopcący

fenolu i
formaldehydu

rozpuszczalne w stężonym ługu,
alkoholu i acetonie (tylko
w przypadku żywic)

Tłoczywa fenolowe z

napełniaczem
organicznym

1,30 ÷ 1,41

–

Tłoczywa fenolowe z

napełniaczem
nieorganicznym

1,50 ÷ 2,00

–

Poliestry

termoplastyczne

– poli(tereftalan

etylenowy)

– poli(tereftalan

butylenowy)

1,38 ÷ 1,41

–

250 ÷ 260

220 ÷ 230

po zapaleniu pali się
dalej samo, mięknie,
topi się i kapie

świecący,
kopcący

słodkawy,
aromatyczny

rozpuszczalne w fenolu oraz
w mocnych kwasach i zasadach;
ulega hydrolizie we wrzącej wodzie

Tworzywa acetalowe

1,41 ÷ 1,43

165 ÷ 185

po zapaleniu pali się
dalej samo, topi się i
rozkłada

świecący,
niebieskawy

ostry, formaldehydu

rozpuszczalne w trietanoloaminie

Amonoplasty

z napełniaczem
organicznym

1,47 ÷ 1,52

–

pali się bardzo słabo,
gaśnie poza
płomieniem

jasny, często
z białymi
brzegami

amoniaku i
formaldehydu

nierozpuszczalne w
rozpuszczalnikach organicznych

1,50 ÷ 2,00

–

Politetrafluoroetylen

2,10 ÷ 2,20

327

nie pali się

–

–

Nierozpuszczalne

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Przybliżone gęstości w g/cm3 najpopularniejszych tworzyw sztucznych są następujące:

–

0,9 - 1,0 - polietylen, polibutylen, polipropylen (nie toną w wodzie; jeszcze
mniejszą gęstość posiadają tworzywa w postaci spienionej);

–

1,0 - 1,2 - polistyren, polimetakrylany, poliestry, epoksydy, poliamidy;

–

1,2 - 1,4 - fibra, bakelit, celuloid, celofan, polichlorek winylu;

–

1,4 - 1,5 - aminoplasty;

–

1,5 - 1,8 - tworzywa z wypełniaczami nieorganicznymi, laminaty;

–

powyżej 1,8 - silikony, teflon.

6. Cel i wykonanie ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie najważniejszych tworzyw sztucznych i przykładów ich

zastosowań oraz metod ich identyfikacji.

7. Przebieg ćwiczenia

1.

Zidentyfikować próbki tworzyw sztucznych kierując się następującymi kryteriami:
–

określić barwę, przezroczystość, przybliżoną gęstość i elastyczność
próbek tworzyw sztucznych;

–

określić zachowanie się próbek tworzyw sztucznych w otwartym
płomieniu, trzymając próbkę szczypcami nad płomieniem tak, aby w
początkowej fazie nie dopuścić do jej zwęglenia;

–

zbadać zachowanie się próbek tworzyw podczas ogrzewania w probówce; ustalić
odczyn wydzielających się podczas ogrzewania par,

–

określić odporność próbek tworzyw sztucznych na działanie kwasów, zasad i
rozpuszczalników organicznych, umieszczając próbki na porcelanowej płytce i
nanosząc na ich powierzchnię kolejno kropię kwasu, zasady i rozpuszczalnika
organicznego, a następnie obserwować reakcje.

2.

Zapoznać się z przykładami zastosowań wybranych grup materiałów polimerowych na
podstawie przedstawionych zestawów próbek.

8. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać:

–

podstawowe wiadomości o tworzywach sztucznych;

–

dokładny opis przeprowadzonych prób i wyniki dla każdego

–

tworzywa;

–

oznaczenia zidentyfikowanych tworzyw sztucznych oraz podstawowe
informacje o ich właściwościach i zastosowaniach.

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

9. Wymagania

1.

Podstawowe pojęcia charakteryzujące tworzywa sztuczne.

2.

Sposoby klasyfikacji tworzyw sztucznych.

3.

Struktura chemiczna i morfologiczna tworzyw sztucznych.

4.

Podstawowe właściwości i zastosowania najpowszechniej stosowanych tworzyw
sztucznych.

5.

Oznaczenia tworzyw sztucznych.

10. Literatura uzupełniająca

1.

Blicharski M.: „Wstęp do inżynierii materiałowej"', WNT, Warszawa 2001 (str.
350 - 355 i 417 -421).

2.

Topoliński T.: „Materiałoznawstwo", WTJATR, Bydgoszcz 1999 (str. 110-131).

3.

Ashby M. A.: „Materiały inżynierskie" tom II, WNT, Warszawa 1996 (str. 265-320),

4.

Domke W.: „Vademecum materiałoznawstwa'', WNT, Warszawa 1989 (str. 227-268).

5.

Prowans S.: „Materiałoznawstwo"1, PWN, Warszawa 1986 (str. 417 -427).