MECHANIZMY

NISZCZENIA

TWORZYW

1

1/69

CZYM JEST TWORZYWO?

tworzywo to materiał, który w procesie
produkcyjnym przerabia się, nadając mu
wymagany kształt

podział:
- tworzywa naturalne, np. gips, szkło,
drewno, jedwab
- tworzywa sztuczne, np. polistyren,
polietylen, polipropylen, PCV

2/69

MECHANIZMY

NISZCZENIA

3

3/69

MECHANIZMY

NISZCZENIA

• chemiczne

• elektrochemiczne

• mikrobiologiczne

• mechaniczne

4/69

NISZCZENIE A KOROZJA

korozja to proces niszczący mikrostrukturę

materiału, który prowadzi do jego rozpadu

ze względu na rodzaj czynnika

destrukcyjnego wyróżniamy różne rodzaje
korozji, np. chemiczną, elektrochemiczną,
mikrobiologiczną, mechaniczną

innym określeniem niszczenia jest

deterioracja

5/69

NISZCZENIE

CHEMICZNE

6

6/69

MECHANIZMY

• korozja chemiczna

• korozja atmosferyczna

• rozpuszczanie

• zwęglenie

• pęcznienie

7/69

KOROZJA CHEMICZNA

proces niszczenia materiału wskutek
działania substancją chemiczną, pod
warunkiem, że reakcji nie towarzyszy
przepływ prądu

pojęcie dotyczy głównie metali i stopów

proces heterogeniczny, przebiegający na
granicy dwóch faz: metalu i otaczającej
fazy gazowej lub ciekłej

8/69

RDZA

produktem korozji metali jest rdza

nie jest to ściśle określona substancja,
lecz mieszanina tlenu, wodoru oraz
żelaza (tlenki żelaza, wodorotlenki żelaza,
węglany żelaza)

warunkiem koniecznym do powstania
rdzy jest obecność wody i tlenu

9/69

POWSTAWANIE RDZY

pod wpływem wody i tlenu żelazo
przechodzi powoli w trudno rozpuszczalny
wodorotlenek żelaza (II), który następnie
utlenia się do wodorotlenku żelaza (III), a
dalej oba wodorotlenki przechodzą
stopniowo w tlenki lub węglany

2 Fe + 2 H

2

O + O

2

-> 2 Fe(OH)

2

4 Fe(OH)

2

+ 2 H

2

O + O

2

-> 4 Fe(OH)

3

10/69

11

11/69

WPŁYW ATMOSFERY

oddziaływanie atmosfery na materiały

zależy od:

-czynników naturalnych (skład chemiczny

powietrza, panujące warunki
meteorologiczne i klimatyczne)

-czynników antropogenicznych (ilość i

rodzaj zanieczyszczeń wprowadzanych do
powietrza na skutek działalności
człowieka)

12/69

CZYNNIKI NATURALNE

wysoka wilgotność sprzyja powstawaniu
ogniw korozyjnych i rozwojowi grzybów

wpływ mają również opady atmosferyczne,
które zwilżają powierzchnię materiału

zmiany temperatury powodują rozluźnienie
struktury materiałów i przyczyniają się do
zmniejszenia ich wytrzymałości

13/69

CZYNNIKI

ANTROPOGENICZNE

skroplona para wodna rozpuszcza
zanieczyszczenia, takie jak: dwutlenek
siarki, dwutlenek azotu, pary amoniaku,
dwutlenek węgla, związki fluoru,
węglowodory, wolny ozon

tworzą się warstewki roztworów wodnych
na powierzchniach materiałów, które w
skutek dyfuzji dostają się w głąb tworzywa
i powodują korozję w ich wnętrzu

14/69

PROCESY KOROZYJNE

• rdzewienie metali na powietrzu

• niszczenie metali w morskiej lub

rzecznej wodzie

• oddziaływanie chemikaliów

• rdzewienie rurociągów podziemnych

• utlenianie się metalu podczas jego

obróbki w wysokiej temperaturze

15/69

MATERIAŁY KAMIENNE

1) woda rozpuszcza składniki

skałotwórcze i spoiwa, zachodzi
utlenianie skał zawierających związki
żelaza, które prowadzi do powstania
kwasu siarkowego (VI), który niszczy
beton, żelazo i kamień

4 FeS

2

+ 15 O

2

+ 2 H

2

O -> 2 Fe

2

(SO

4

)

3

+ 2

H

2

SO

4

16/69

MATERIAŁY KAMIENNE

2) woda z rozpuszczonym dwutlenkiem

węgla powoduje rozpuszczanie się
kamieni zawierających węglan wapnia,
np. marmurów

CaCO

3

+ H

2

O + CO

2

-> Ca(HCO

3

)

2

17/69

PODATNOŚĆ

na korozję atmosferyczną najbardziej
odporne są lite skały magmowe, np. granity

najbardziej podatne są porowate skały
osadowe, np. gips, wapienie, dolomity

18/69

SPOIWA MINERALNE

1) pod wpływem kwasów rozkłada się

większość spoiw mineralnych, m.in.
spoiwa wapienne

CaCO

3

+ 2 H

+

->Ca

2+

+ H

2

O + CO

2

2) spoiwo gipsowe CaSO

4

rozpuszcza się w

wodzie

3) cement glinowy hydrolizuje i tworzy

amfoteryczny wodorotlenek glinu

19

19/69

PODATNOŚĆ

najbardziej odporne na korozję są kity i
zaprawy krzemianowe, które są
mieszaninami kwasoodpornej mączki
mineralnej ze szkłem wodnym i
fluorokrzemianem sodu

spoiwa te nie są odporne tylko na
działanie kwasu fluorowodorowego

20/69

SZKŁO

ze względu na swój skład chemiczny
(SiO

2

, Na

2

O, CaO, Al

2

O

3

) odznacza się

dużą odpornością zarówno na czynniki
atmosferyczne jak i chemiczne

największą odporność mają szkła
laboratoryjne

podatne na działanie kwasu
fluorowodorowego

21

21/69

POLIMERY

polimery o budowie polarnej rozpuszczają się
w rozpuszczalnikach organicznych o budowie
polarnej, np. polietylen można rozpuścić w
tetrachlorku węgla

większość polimerów jest stosunkowo
odporna na działanie kwasów, zasad, soli i
rozpuszczalników

polimery są podatne na działanie kwasów
utleniających

22

22/69

DREWNO

główne składniki drewna (celuloza i
lignina) nie rozpuszczają się w wodzie i
większości rozpuszczalników
organicznych, natomiast podatne są na
działanie kwasów nieorganicznych i zasad

23

23/69

ZWĘGLENIE

proces zwęglenia polega na rozkładzie
materiału na proste związki nieorganiczne,
m.in. wodę i węgiel pod wpływem działania
substancji chemicznej

do zwęglania używamy głównie stężonych
roztworów kwasów

zwęgleniu ulegają związki organiczne,
zbudowane na bazie atomów węgla, np.
cukry i białka

24/69

ZWĘGLENIE

materiałami ulegającymi zwęgleniu są
wszelkie tworzywa naturalne, zbudowane z
cukrów i białek, oraz ich pochodne, np. papier,
włókna

główne składniki drewna, celuloza i lignina,
ulegają zwęgleniu pod wpływem kwasu
siarkowego (VI)

reakcja sacharozy z kwasem siarkowym (VI):

C

12

H

22

O

11

+ H

2

SO

4

-> 12 C + 11 H

2

O

25/69

26

26/69

PĘCZNIENIE

proces zwiększania objętości materiału,
połączony najczęściej ze zwiększaniem
masy, spowodowany wnikaniem
cząsteczek innej substancji w strukturę
tworzywa

27/69

DREWNO I POLIMERY

kwasy nieorganiczne powodują
pęcznienie i hydrolizę składników drewna

polimery pęcznieją pod wpływem wody

28

28/69

NISZCZENIE

ELEKTROCHEMICZNE

29

29/69

MECHANIZMY

• korozja elektrochemiczna

• korozja atmosferyczna

30/69

KOROZJA

ELEKTROCHEMICZNA

proces niszczenia metalu związany z

przepływem prądu elektrycznego przez

granicę faz metal-elektrolit

przykładem występowania są korozja

metali w roztworach wodnych, stopionych

solach, wilgotnych glebach

przepływ prądu jest najczęściej wynikiem

działania istniejących w układzie makro-

lub mikroogniw elektrochemicznych

31/69

MIKRO- I MAKROOGNIWA

mikroogniwa tworzą się w wyniku
niejednorodności krystalicznej w budowie
strukturalnej metali (lokalne zaburzenia sieci,
różne składniki fazowe istniejące w stopach)

przyczyną powstawania makroogniw może
być np. nierównomierny dostęp do tlenu do
powierzchni metalu lub połączenie dwóch
różnych metali stykających się jednocześnie
z elektrolitem

32/69

PODZIAŁ OGNIW

• powstałe w skutek zetknięcia dwóch metali

• wytworzone w skutek częściowej pasywacji

• powstałe w wyniku napięć mechanicznych,

występujących w niejednorodnym
chemicznie metalu czy stopie

• powstałe, gdy kawałek metalu styka się z

roztworami o różnych stężeniach soli lub
tlenu

33/69

PROCES KOROZYJNY

proces anodowy polega na przejściu atomu
metalu M do roztworu w postaci jonów Mm+

M -> M

m+

+ m × e

uwolnione w tym procesie elektrony zużywane
są w równolegle przebiegającym procesie
katodowym

N

n-

+ n × e -> N

proces anodowy i katodowy biegną w różnych
miejscach na powierzchni metalu

34/69

NISZCZENIE

MIKROBIOLOGICZNE

35

35/69

„BIOLOGIA

MATERIAŁÓW”

nauka zajmująca się zależnościami
między materiałami a mikroorganizmami
(bakterie, grzyby, glony)

pojęcie zdefiniowane w 1935 roku przez
prof. Bruno Schulze (1899 – 1968)

inni naukowcy: Ludwik Pasteur, Robert
Koch

36/69

MECHANIZMY

• korozja mikrobiologiczna

• obrastanie powierzchni

• rozkład enzymatyczny

• butwienie

37/69

KOROZJA

MIKROBIOLOGICZNA

proces korozji zachodzący pod wpływem
mikroorganizmów, głównie bakterii i
grzybów, oraz produktów przemiany ich
materii

korozji mikrobiologicznej ulegają zarówno
tworzywa metaliczne i niemetaliczne

38/69

OBRASTANIE

POWIERZCHNI

proces obrastania polega na utworzeniu
warstwy na materiale przez
drobnoustroje, w wyniku czego
powierzchnia tworzywa zaatakowana, np.
przez grzyby, ulega zniszczeniu

39/69

40

40/69

ROZKŁAD

ENZYMATYCZNY

proces związany z metabolizmem drobnoustrojów

materiały pochodzenia organicznego (np.
drewno, skóra, włókna pochodzenia roślinnego i
zwierzęcego, papier), które mogą być
wykorzystywane jako źródło węgla, stymulują
drobnoustroje do produkcji enzymów

wytwarzane przez drobnoustroje enzymy
powodują rozkład, a materiał stanowi źródło ich
pokarmu

41/69

BUTWIENIE

proces rozkładu, czyli gnicie, tworzyw
pochodzenia roślinnego, prowadzony w
obecności tlenu przez mikroorganizmy
należące do destruentów

produktami butwienia są woda,
dwutlenek węgla, amoniak, jony
fosforanowe, azotanowe i siarczanowe

42/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

włókna i tkaniny

naturalne

pochodzenia

roślinnego celulozowe

(bawełna, len,

konopie, juta)

Bacillus, Cellulomonas,

Cellvibrio, Clostridium,

Cytophaga, Microbispora,

Micromonospora,

Pseudomonas,

Sporocytophaga,

Streptomyces Alternaria,
Aspergillus, Chaetomium,

Cladosporium, Epicoccum,

Fusarium, Myrothecium,

Penicillium, Rhodotorula,

Stachybotrys,
Trichoderma

rozkład enzymatyczny

43/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

włókna i tkaniny naturalne

pochodzenia zwierzęcego

białkowe

(wełna, jedwab)

Alcaligenes, Bacillus,

Microsporum,

Pseudomonas, Proteus,

Streptomyces

Acremonium, Alternaria,

Aspergillus, Chaetomium,

Cladosporium, Fusarium,
Penicillium, Phoma,

Torulopsis, Trichophyton

rozkład enzymatyczny

44/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

włókna i tkaniny

syntetyczne

(poliamidy, poliestry,

polipropylen,

poliakrylonitryl)

Achromobacter,

Alcaligenes, Arthrobacter,

Bacillus, Brevibacterium,

Flavobacterium,

Pseudomonas,

Streptomyces

Alternaria, Aspergillus,
Aureobasidium,

Chaetomium, Fusarium,

Paeciliomyces, Penicillium,

Stachybotrys,

Trichoderma

rozkład enzymatyczny,

korozja wzbudzona przez

mikroorganizmy

45/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

wyroby z drewna

papier i wyroby

papiernicze

(tektura, tapety, płyty

kartonowo-gipsowe,

papier zabytkowy)

Bacillus, Bacterioides,

Cellulomonas, Cellvibrio,

Clostridium, Cytophaga,

Desulfovibrio, Escherichia,

Eubacterium,

Microbispora,

Micromonospora,
Propionibacterium,

Pseudomonas,

Sporocytophaga,

Streptomyces Alternaria,

Aspergillus, Candida,

Chaetomium,

Cladosporium, Epicoccum,

Fusarium, Mucor,

Myrothecium, Penicillium,

Rhodotorula,

Scopulariopsis,

Stachybotrys,

Trichoderma, Verticillium,

grzyby domowe

rozkład enzymatyczny

46/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

skóra, wyroby skórzane,

pergamin

Bacillus, Clostridium,

Escherichia, Micrococcus,

Pseudomonas,

Staphylococcus,

Streptomyces

Aspergillus, Candida,

Cephalosporium,
Cladosporium, Fusarium,

Mucor, Paeciliomyces,

Penicillium, Rhodotorula,

Scopulariopsis,Trichoderm

a, Verticillium

rozkład enzymatyczny

47/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

kauczuk i guma

Aerobacter, Actinomyces,

Azotobacter , Bacillus,

Bacterium, Clostridium,

Escherichia, Gordonia,

Lactobacillus,

Micrococcus, Moraxella,

Mycobacterium, Nocardia,
Propionibacterium,

Proteus, Pseudomonas,

Sarcina, Streptococcus,

Streptomyces

Aspergillus, Cladosporium,

Epidermophyton,

Helminthosporium,

Fusarium, Microsporum,

Monascus, Phialophora,

Penicillium, Trichophyton

rozkład enzymatyczny,

korozja wzbudzona przez

mikroorganizmy

48/69

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

mineralne materiały

budowlane (kamień,

beton, cegła, zaprawy,

szkło)

Arthrobacter,

Aureobacterium,

Brevibacterium, Bacillus,

Micrococcus,

Nitrosocystis,

Nitrosomonas, Nitrobacter,

Methylobacterium,
Staphylococcus,

Thiobacillus

Aureobasidium,

Aspergillus, Alternaria,

Botritis, Cladosporium,

Chaetomium, Coniophora,

Culvularia, Fusarium,

Paeciliomyces ,

Penicillium, Phoma,

Scopulariopsis, Serpula,

Stemphyllium

korozja wzbudzona przez

mikroorganizmy,

obrastanie powierzchni

49/57

MIKROORGANIZMY

materiał techniczny

przykłady

drobnoustrojów

mechanizm

niszczenia

metale i stopy

Achromobacter,

Aerobacter, Alcaligenes,

Bacillus, Beggiatoa,

Clostridium, Crenotrix,

Desulfovibrio, Escherichia,

Flavobacterium,

Galionella, Micrococcus,
Lactobacillus, Leptotrix,

Proteus, Pseudomonas,

Spherotilus,

Streptococcus,

Sulfobacillus, Sulfolobus,

Vibrio.

Aspergillus,

Ceratostonella,

Cladosporium, Fusarium,

Hormoconis, Penicillium,

Trichoderma

korozja wzbudzona przez

mikroorganizmy,

obrastanie powierzchni

50/69

POZYTYWNY WPŁYW

polimery nowej generacji, składające się z
polimerów naturalnych i syntetycznych,
mogą być biodegradowane przez
aktywne drobnoustroje np. bakterie z
rodzaju Bacillus, Clostridium, Alcaligenes,
Streptomyces oraz grzyby Aspergillus,
Penicillium i Fusarium

51/69

NISZCZENIE

MECHANICZNE

52

52/69

MECHANIZMY

• pękanie, zrywanie

• kruszenie

• rysowanie i bruzdowanie

• pełzanie (odkształcenia)

• zużycie

• starzenie się

53/69

PĘKANIE

pękanie inaczej nazywamy korozją
naprężeniową

wynika z występowania stałych naprężeń,
gdzie po przekroczeniu ich wartości
następuje zerwanie materiału

zjawisko pękania tłumaczy się
nierównomiernym rozmieszczeniem
składników stopu

54/69

KRUSZENIE

zjawisko wywołane w wyniku odkształceń,
którym towarzyszą naprężenia krytyczne dla
danego materiału

kruszenie obserwuje się, gdy wytrzymałość
na ścinanie jest większa niż wytrzymałość na
zrywanie

mechanizm kruszenia obserwujemy w
materiałach kruchych, np. betonie, ceramice

55/69

RYSOWANIE

zjawisko tworzenia rys w ścieranym
materiale w wyniku przesuwania
elementu ciała współpracującego (na
skutek odsuwania materiału na boki)

56/69

BRUZDOWANIE

zjawisko polegające na wgłębianiu
elementu jednego z ciał
współpracujących w ścierany materiał i
plastycznym wyciśnięciu w nim bruzdy
podczas ruchu

57/69

PEŁZANIE

pod pojęciem pełzania rozumie się trwałe
odkształcenia plastyczne, które nie
zanikają po usunięciu statycznego układu
sił zewnętrznych, który je wywołał

58/69

ZUŻYCIE

poprzez zużycie się tworzywa rozumie się
trwałe zmiany jego stanu, występujące w
czasie eksploatacji, w wyniku których potencjał
użytkowy elementu stopniowo wyczerpuje się

stan tworzywa określany jest na podstawie
dwóch parametrów:
- stereometrycznych (kształt, wymiary)
- fizykalnych (skład chemiczny, zmiany
twardości)

59/69

STARZENIE SIĘ

starzeniem nazywamy procesy fizyczne, w
skutek których zachodzą nieodwracalne
zmiany własności użytkowych

procesy starzenia występują z chwilą
zakończenia produkcji tworzywa

60/69

ZALEŻNOŚCI

starzenie zależy od:
•czynników atmosferycznych (klimat)
•opadów atmosferycznych (deszcz, śnieg)
•ciśnienia atmosferycznego
•promieniowania słonecznego
•wilgotności
•zanieczyszczeń

61/69

PODSUMOWANIE

62

62/69

SKUTKI NISZCZENIA

• obniżenie wytrzymałości, jakości
• ubytki materiału
• pigmentacja (przebarwienia)
• utrata dotychczasowych właściwości

(elastyczności, udarności)

• zmiana składu chemicznego
• wżery

63/69

MECHANIZMY

należy pamiętać, że każdy z
mechanizmów nie występuje osobno, bez
udziału innego

wszystkie procesy zazębiają się i ciężko je
oddzielić od siebie

64

64/69

DOBIERANIE MATERIAŁU

•warunki pracy aparatury wykonanej z

materiału

•właściwości chemiczne materiału
•właściwości fizyczne materiału

65/69

BIBLIOGRAFIA

http://pl.wikipedia.org/wiki/Tworzywo
http://pl.wikipedia.org/wiki/Korozja
http://pl.wikipedia.org/wiki/Korozja_chemiczna
http://pl.wikipedia.org/wiki/Korozja_elektrochemiczna
http://pl.wikipedia.org/wiki/Korozja_napr

%C4%99%C5%BCeniowa

http://pl.wikipedia.org/wiki/Butwienie
http://pl.wikipedia.org/wiki/Kruszenie

66/69

BIBLIOGRAFIA

• http://www.glazurnicy.pl/baza_wiedzy/porady/krok_po

_kroku.html/389/Korozja-materialow-budowlanych-

Ochrona-materialow-budowlanych-przed-korozja-

biologiczna/

• http://www.cbr.edu.pl/fnr/niszczenie.pdf
• http://www.primuspontis.pl/ciekawostki
• http://www.gazetanarzedziowa.pl/art.php?id=547
• http://zpid.utp.edu.pl/e-ksiazki/5/R4.PDF
• http://www.uz.zgora.pl/~mkuczma/summ-cz1.pdf
• http://chemia_ogolna.webpark.pl/rozdzial_IX/utleniani

e4.htm

• http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3925935

67/69

DZIĘKUJĘ ZA

UWAGĘ ;)

68

68/69

prezentację wykonała

Joanna Haenel

TC 2

69

69/69