w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

PORÓWNANIE STRUKTURY PRZEŁOMÓW I WŁASNOŚCI
MECHANICZNYCH POLIMERÓW KONSTRUKCYJNYCH

Polimer

(gr. polymeres - wieloczęściowy, zbudowany z wielu części) związek chemiczny o

bardzo dużej masie cząsteczkowej, który składa się z wielokrotnie powtarzających się
elementów zwanych merami.

Podczas przeróbki ropy naftowej lub węgla kamiennego powstają surowce do wyrobu
materiałów polimerowych (np.: etylen, butadien, siarka, wodór). Materiały polimerowe
wytwarza się w reaktorach, do których wkłada się składniki w odpowiednich proporcjach i
zadaje odpowiednie warunki (temperatura, ciśnienie).

Węgiel i wodór to podstawa każdego polimeru. Także spotykanymi pierwiastkami są: tlen,
chlor, fluor, krzem i siarka.

Wytwarzanie materiałów polimerowych opiera się na dwóch metodach:

P

P

P

o

oo

l

ll

i

ii

m

m

m

e

ee

r

rr

y

yy

z

zz

a

aa

c

cc

j

jj

i

ii

a

aa

d

d

d

d

d

d

y

yy

c

cc

y

yy

j

jj

n

n

n

e

ee

j

jj

(

((

ł

łł

a

aa

ń

ń

ń

c

cc

u

u

u

c

cc

h

h

h

o

oo

w

w

w

e

ee

j

jj

)

))

i

ii

P

P

P

o

oo

l

ll

i

ii

m

m

m

e

ee

r

rr

y

yy

z

zz

a

aa

c

cc

j

jj

i

ii

k

k

k

o

oo

n

n

n

d

d

d

e

ee

n

n

n

s

ss

a

aa

c

cc

y

yy

j

jj

n

n

n

e

ee

j

jj

(

((

p

p

p

o

oo

l

ll

i

ii

k

k

k

o

oo

n

n

n

d

d

d

e

ee

n

n

n

s

ss

a

aa

c

cc

j

jj

i

ii

)

))

BUDOWA POLIMERÓW

Podstawową jednostką każdego materiału polimerowego jest MER.

–CH2 CH2CH2 CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2–

1 mer polietylenu.

Jeżeli tworzywo sztuczne składa się z więcej niż jednego rodzaju merów
nazywa się :

KOPOLIMEREM

Wyróżniamy kopolimery:

-blokowe,

-gradientowe,

-statystyczne, -przemienne,

-okresowe,

-szczepione.

Architektura makrocząsteczek warunkuje charakter tworzywa.
Architekturę liniową i rozgałęzioną posiadają tworzywa termoplastyczne (termoplasty),
natomiast architektura usieciowana to tworzywa termoutwardzalne (duroplasty).
Termoplasty rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych, topią się i można je łatwo
formować.
Duroplasty natomiast są odporne na rozpuszczalniki organiczne i nie topią się.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Polipropylen – PP

―

CH2―CH(CH3)―

Budowa PP może przyjmować postać izotaktyczną, syndiotaktyczną,

ataktyczną lub stereoblokową. Struktura izotaktyczna zapewnia najlepsze własności
mechaniczne oraz osiąga najwyższą temperaturę topnienia 165 ÷170 °C. Wadą PP jest
skłonność do utleniania, szczególnie z miedzią w temperaturze powyżej 60 °C. W celu
poprawy udarności i obniżenia temperatury kruchości powstało wiele odmian oraz
kopolimerów PP.

Polietylen – PE

– CH2 –

Posiada bardzo dobre własności elektryczne, na które mały wpływ mają temperatura i

częstotliwość. Elementy wykonane z PE są elastyczne a mimo to posiadają dobre własności
mechaniczne. PE może zawierać od 30 do 95% fazy krystalicznej. Temperatura zeszklenia PE
wynosi ok. -120 °C. jego temperatura topnienia to ok. 110 ÷ 132 °C, co sprawia że pod
obciążeniem występuje pełzanie. PE można podzielić na polietylen o niskiej, średniej i
wysokiej gęstości. Gęstość zależy od ciśnienia podczas wytwarzania. Przy niskim ciśnieniu
otrzymujemy PE słabo rozgałęziony o dużej ilości fazy krystalicznej, przy wysokim mało
fazy krystalicznej a bardzo rozgałęzioną strukturę.

Poliamid – PA

– NHCO –

Powstaje z aminokwasów, laktamów lub dwumin oraz kwasów dwukarboksylowych.

Polarność i chłonność wody PA rosną w miarę wzrostu ilości grup – NHCO – w stosunku do
– CH2 –. Własności poliamidu są bardzo dobre. Ma on niski współczynnik tarcia, posiada
dużą wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, zginanie, udarność i ścieranie, będąc przy tym
w miarę elastycznym materiałem. Wadą PA jest chłonność wody (nawet do 12% masy
elementu w przypadku poliamidu 6).

Poli(chlorek winylu) – PVC

– CH2 –CHCl –

Powstaje z węgla i soli kuchennej a dokładnie z chloru uzyskanego podczas

elektrolizy soli. Mimo swojej toksyczności podczas procesu wytwarzania jest należy do
najczęściej stosowanych w przemyśle i życiu codziennym tworzyw sztucznych. Jest odporny
na działanie nieorganicznych związków chemicznych i jest niepalny. PVC daje się łatwo
przetwarzać i dobrze łączy się z dodatkami ( plastyfikatory, stabilizatory, napełniacze).
Wyróżnia się PVC twardy i miękki.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

METODY BADAŃ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Badania własności wytrzymałościowych materiałów polimerowych są zbliżone do

badań wytrzymałościowych metali, z tą różnicą, że w przypadku polimerów należy
uwzględnić ich lepkosprężysty charakter. Powoduje to konieczność podania znacznie
większej ilości parametrów i czynników wpływających na wyniki badań. W przypadku
materiałów polimerowych najważniejsza jest temperatura oraz czas pomiaru.

Podczas badań wyznacza się następujące wielkości:

Gęstość, g/cm2

Temperatura płynięcia polimeru, °C

Chłonność wody po 24h, %

Wytrzymałość na rozciąganie N/ mm2

Moduł sprężystości przy rozciąganiu, N/ mm2

Wydłużenie przy zerwaniu, %

Wytrzymałość na zginanie, N/ mm2

Udarność bez karbu, N/ mm2

Udarność z karbem N/ mm2

Twardość wg Shore`a lub Rockwell`a, skala

Temperatura mięknięcia wg Vicata, °C (P=10N)

Temp. ugięcia pod obciążeniem δ=4,6 kN/ mm2, °C

Wytrzymałość dielektryczna, kV/mm

Oporność elektryczna skrośna, Ω*cm

Oporność elektryczna powierzchniowa, Ω

Współczynnik strat dielektrycznych tg δ (50Hz)

Maksymalna temperatura użytkowania, °C

BADANIE UDARNOŚCI

Badanie udarności przeprowadza się przy użyciu młota

S

S

S

h

hh

a

aa

r

rr

p

pp

y

yy

`

``

e

ee

g

gg

o

oo, Izoda lub

przy pomocy aparatu Dystat. Najczęściej stosowana jest metoda Sharpy`ego. Polega ona na
próbie złamania próbki z karbem lub bez karbu.

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

S

S

S

t

tt

a

aa

t

tt

y

yy

c

cc

z

zz

n

nn

a

aa

p

pp

r

rr

ó

óó

b

bb

a

aa

r

rr

o

oo

z

zz

c

cc

i

ii

ą

ąą

g

gg

a

aa

n

nn

i

ii

a

aa pozwala wykazać własności materiału związane z

rozciąganiem, takie jak: wytrzymałość na rozciąganie Rm, granica plastyczności Re, umowna
granica plastyczności Rp0,2 (jeżeli nie ma wyraźnego punktu zerwania próbki na wykresie
wyznacza się granicę dolną i górną), wydłużenie A, przewężenie Z, wydłużenie równomierne
Ar, umowne wydłużenie trwałe x.

WŁAŚCIWOŚCI DIELEKTRYCZNE I ELEKTRYCZNE

Materiały polimerowe są doskonałymi izolatorami elektrycznymi, ich opór właściwy skrośny

zawiera się w przedziale 109 ÷ 1020 Ω·cm. Opór tworzywa jest zależy od ilości i rodzaju
grup polarnych, budowy chemicznej, rodzaju i ilości napełniaczy i zanieczyszczeń. Jeżeli
łańcuch jest zbudowany symetrycznie lub bliski symetrycznej budowie, wtedy moment
dipolowy jest równy zeru i nie występuje przesunięcie ładunków elektrycznych. Do
najważniejszych badanych cech elektrycznych materiałów polimerowych należą:

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

wytrzymałość elektryczna, odporność elektryczna, odporność na prądy pełzające, odporność
na łuk elektryczny, przenikalność elektryczna i stratność dielektryczna.

PRZETWÓRSTWO MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Pod pojęciem przetwórstwa tworzyw sztucznych należy rozumieć zbiór

procesów i zabiegów technologicznych mających na celu zmianę kształtu materiałów
polimerowych tworząc z nich gotowy wyrób lub półwyrób.

WYTŁACZANIE

Jest jednym z najczęściej stosowanych sposobów nadawania kształtu tworzywom

sztucznym termoplastycznym.

WTRYSKIWANIE

W

W

W

t

tt

r

rr

y

yy

s

ss

k

kk

a

aa

r

rr

k

kk

a

aa ma podobną budowę do wytłaczarki, różnią się tylko tym, że we

wtryskarce zarówno ślimak jak i cały cylinder są ruchome w osi ślimaka.

Wtryskanie jest procesem cyklicznym, po wybiciu wypraski z formy można przystąpić

do jej ponownego wypełnienia.

PRASOWANIE

Prasowanie dzielimy na dwie grupy, nisko i wysoko ciśnieniowe. Z czego prasowanie

wysokociśnieniowe dzielimy na prasowanie tłoczne,

p

pp

r

rr

z

zz

e

ee

t

tt

ł

łł

o

oo

c

cc

z

zz

n

nn

e

ee i płytowe.

ODLEWANIE

Ten rodzaj formowania ma największą gamę odmian w zależności od rodzaju materiału
formowanego, wielkości produkcji oraz rodzaju form. Dla małej ilości wykonywanych
egzemplarzy stosuje się formy lub modele o małej twardości np. z

g

gg

i

ii

p

pp

s

ss

u

uu

l

ll

u

uu

b

bb

s

ss

i

ii

l

ll

i

ii

k

kk

o

oo

n

nn

u

uu. Dla

dużych serii oraz dla tworzyw epoksydowych, fenolowych lub poliestrowych stosuje się
formy twarde np. stalowe kokile lub formy piaskowe, jeżeli mamy do czynienia z niezbyt
skomplikowanymi kształtami. Formy dzielimy także na otwarte i zamknięte oraz na
nieruchome i obrotowe.

KALANDROWANIE

K

K

K

a

aa

l

ll

a

aa

n

nn

d

dd

r

rr

o

oo

w

w

w

a

aa

n

nn

i

ii

e

ee jest procesem ciągłym. Polega na kształtowaniu pasma

tworzywa sztucznego z możliwością regulowania jego grubości, poprzez przepuszczenie
wstęgi materiału przez układ walców zależny od żądanego wyrobu końcowego. Sam kalander
to układ kilku walców, o regulowanej prędkości i rozstawie. Grubość szczelin
międzywalcowych kalandra maleje stopniowo, co umożliwia pozbycie się pęcherzyków
powietrza.

WALCOWANIE

Walcowanie dzieli się na dwa typy: walcowanie wstępne oraz walcowanie formujące.
Walcowanie odbywa się przy stałej i takiej samej prędkości dla obu walców, które maja
taką samą średnicę, oraz przy stałej szczelinie międzywalcowej. Maszyny przeznaczone do
walcowania nazywamy

w

w

w

a

aa

l

ll

c

cc

a

aa

r

rr

k

kk

a

aa

m

m

m

i

ii.