Slajd 1 ___________________________________
___________________________________
___________________________________
CZYM JEST
___________________________________
TWORZYWO SZTUCZNE
przygotował:
dr inż. Leszek Nakonieczny
wykład 2013
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 2 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
wyroby
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 3 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
półprodukty
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 4 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
istniejące materiały
___________________________________
konstrukcyjne
zajrzyjmy do wewnątrz !
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 5 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
Materiały krystaliczne
przykłady: woda, stal, miedz
, inne metale&
cechy struktury: z pojedynczych atomów, uporządkowanie w przestrzeni ___________________________________
własności: duża sztywność i wytrzymałość we wszystkich kierunkach
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 6 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
Materiały amorficzne
przykłady: szkło, polimery, bursztyn, obsydian (skała wulkaniczna)
cechy struktury: nieuporządkowanie w przestrzeni ___________________________________
własności: duża różnorodność
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 7 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
Materiały polimerowe
" przykłady: polietylen, polipropylen, poliamid, guma, epidian, silikon& & & &
" cechy struktury: mieszanina, główny. skł.: związek wielkocząsteczkowy, ___________________________________
nieuporządkowanie w przestrzeni
" własności: silna zależność od temperatury i prędkości odkształcenia
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 8 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Polimer (z greckiego )
___________________________________
poly = wiele, meros = część
Polimery są to z reguły związki organiczne, których
głównym składnikiem jest węgiel.
___________________________________
polimery
makrocząsteczki o ciężarze cząsteczkowym
>10 000
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 9 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 10 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 11 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
osiągnięcia:
___________________________________
1922 wprowadzenie
pojęcia
makrocząsteczka
1953 nagroda NOBLA
___________________________________
za wkład w
zrozumienie budowy
polimerów
HERMANN STAUDINGER
demonstruje swoje odkrycie,
___________________________________
makrocząsteczkę
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 12 ___________________________________
mer  jednostka strukturalna
___________________________________
polimer
___________________________________
zapis
skrócony
n
polimeru
liczba merów w
n
łańcuchu = ___________________________________
stopień polimeryzacji
___________________________________
___________________________________
___________________________________
normalnych
od jej wielkości
chemicznej w warunkach
Zależność własności cząstki
Slajd 13 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Wszystkie organiczne związki wielkocząsteczkowe (w tym polimery)
___________________________________
bazują na skłonności węgla do wchodzenia w połączenia
kowalencyjne atomów. Polega ono na uzupełnieniu  luki w
warstwie zewnętrznej przez  pożyczenie elektronu od innego
atomu.
___________________________________
Proste połączenie
między atomami węgla
(BASF AG)
___________________________________
C C
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 14 ___________________________________
___________________________________
rodnik etylen
polietylen
POLIMERYZACJA
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 15 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Polimer Monomer
___________________________________
___________________________________
Poli(etylen) Etylen
PE
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 16 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Polimer Monomer
___________________________________
___________________________________
Poli(propylen) Propylen
PP
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 17 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Polimer Monomer
___________________________________
___________________________________
Poli(chlorek winylu) Chlorek winylu
PVC
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 18 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Polimer Monomer
___________________________________
___________________________________
Poli(styren) Styren
___________________________________
PS
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 19 ___________________________________
silikony to też tworzywa
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 20 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Struktura pierwotna polimerów
___________________________________
" powtarzalność podstawników
" izometria głowa-ogon
" stereoizometria
" izometria obrotowa
___________________________________
" rozgałęzienia
" tworzenie bloków
" upakowanie
" ciężar cząsteczkowy ___________________________________
" usieciowanie
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 21 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
H H H H
- C  C - C  C -
-
___________________________________
H R1 H R1
izometria głowa-ogon
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 22 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
H H H H
- C  C - C  C -
-
___________________________________
H R1 R1 H
izometria ogon-ogon
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 23 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 24 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Struktura łańcuchów polimerowych - usieciowanie
___________________________________
___________________________________
___________________________________
usieciowanie rzadkie, elastomery, usieciowanie gęste, duroplasty,
temperatura zeszklenia -200C temperatura zeszklenia +1800C
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 25 ___________________________________
połączenie C-C
___________________________________
łańcuch ___________________________________
obcy
atom lub
cząstka
___________________________________
Stopień usieciowania, np. stosunek atomów węgla w węzłach
i poza węzłami
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 26 ___________________________________
Uporządkowanie merów w kopolimerze
___________________________________
___________________________________
szczepiony ___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 27 ___________________________________
Stereoizometria
Rodzaj uporządkowania w łańcuchu
___________________________________
polimerowym, dotyczy sposobu
rozmieszczenia merów i podstawników.
Wpływa na własności tworzyw np. trwałość
kształtu, wytrzymałość termiczną,
___________________________________
przewodnictwo cieplne właściwe.
Występuje w części tworzyw otrzymanych
drogą polimeryzacji (np. w polipropylenie).
Także w wyniku sterowania procesem
___________________________________
polimeryzacji (np. stereokataliza )
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Różne sposoby łączenia
łańcuchów polimerowych ze
sobą
dr inż. Leszek Nakoniecznyv
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 28 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
łańcuch
izotaktyczny
___________________________________
PS
łańcuch
syndiotaktyczny
___________________________________
łańcuch
ataktyczny
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 29 ___________________________________
�� W zależności od temperatury i wielkości sił
___________________________________
międzycząsteczkowych (SM), cząsteczki wykonują
chaotyczne ruchy  ruchy Browna.
�� Częściowy ruch segmentów cząsteczek 
mikroruchy Browna.
___________________________________
Zmiany położenia całych cząsteczek  makroruchy
Browna.
Konformacja łańcucha  powstaje w wyniku
ograniczonego ruch fragmentów makrocząsteczek ___________________________________
nie zmieniającego położenia cząstek
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 30 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
Schemat a) � c) tworzenia się w polimerach łańcuchów liniowych o różnych kształtach
___________________________________
(krawędzie stożków wskazują możliwe położenie następnych atomów węgla) (według
D.R.Askelanda), d) makrocząsteczki polimeru złożonego z jednego łańcucha liniowego o
złożonym kształcie ( według L.R.G. Treloara)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 31 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
Termoplasty w Duroplasty nie Elastomery
wyniku podgrzania przechodzą w stan odznaczają się dużą
przechodzą w stan płynny, odkształcalnością i ___________________________________
płynny nierozpuszczalne sprężystością
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 32 ___________________________________
Krystalizacja polimerów zaczyna się od tworzenia się zarodków fazy krystalicznej.
Różne czynniki uniemożliwiają pełną krystalizację polimeru.
___________________________________
amorficzno-krystaliczna
___________________________________
sferoidyt
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 33 ___________________________________
___________________________________
___________________________________
Modele obszarów amorficznych między krystalitami
a) wszystkie łańcuchy z jednego krystalitu biegną do innych
krystalitów  wariant mało prawdopodobny
b) niektóre łańcuchy z jednego krystalitu biegną do innych
krystalitów  wariant bardziej prawdopodobny
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 34 ___________________________________
Wzrastające uporządkowanie
roztwór lub stopiony stan stały stan stały
___________________________________
___________________________________
___________________________________
amorficzny częściowo-krystaliczny częściowo-krystaliczny
i zorientowany
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 35 ___________________________________
Moduł sprężystości E dla poli(etylenu)
Obszary amorficzne Obszary krystaliczne
___________________________________
równolegle prostopadle
E = 0.5 GPa E = 250 GPa E = 5 GPa
___________________________________
Moduł sprężystości Moduł sprężystości w
mocno zależny od małym stopniu zależny
czasu i temperatury od temperatury
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 36 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
W polimerach ciężar
makrocząsteczki zależy od stopnia
jej polimeryzacji n.
___________________________________
Zróżnicowany stopień polimeryzacji
powoduje, że posługujemy się tzw.
średnim ciężarem
cząsteczkowym Mn.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
kier ło ek ułożłó ia
Kierunek uunżenia wenkien
dr inż. Leszek Nakonieczny
dr inż. Leszek Nakonieczny
Slajd 37 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
o zróżnicowaniu ciężaru cząsteczkowego mówi
stopień polidyspersyjności Dp lub ___________________________________
stopień niejednorodności ciężaru cząsteczkowego U = Dp-1
dla polimerów o wyrównanej wielkości cząstek DP dąży do 1
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 38 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
Wzrost ciężaru cząsteczkowego powoduje wzrost:
___________________________________
Ciężar
- własności wytrzymałościowych
cząsteczkowy
- rozszerzalności cieplnej
- odporności cieplnej
- lepkości
___________________________________
___________________________________
od wartości ciężaru cząsteczkowego polimeru zależy
szereg jego cech fizycznych
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 39 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 40 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
Anizotropia:
wytrzymałości
sprężystości ___________________________________
pękania
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 41 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 42 ___________________________________
Zawartość dodatków w tworzywie od 1/xx % do xx %
Nazwa dodatku Co jest dodatkiem Jak zmienia własności
Napełniacze Mączka drzewna, włókna cięte, Podwyższają własności wytrzymałościowe,
twardość ___________________________________
włókna ciągłe, skrawki tkanin,
Podwyższają temperaturę użytkowania
sadze, talk, proszki metaliczne
Plastyfikatory Lotne, wysokowrzące, zazwyczaj Obniżają temperatur zeszklenia
ciekłe, oleiste estry kwasów dwu- i
(Zmiękczacze) Ułatwiają orientację cząstek
trójkarboksylowych
Polepszają własności adhezyjne
Stabilizatory Związki ołowiowe, wapniowe, Uodparniają przed utlenianiem,
depolimeryzacją, degradacją (rozkładem)
cynowe, sadze
___________________________________
Barwniki Nieorganiczne  tlenki żelaza, Uodporniają na długotrwałe działanie
ultramarynę, żółcień, zieleń
światła i podwyższonych temperatur
(Pigmenty)
chromową, siarczek kadmowy...
Zwiększają zdolność do mieszania się
Organiczne (dają żywe kolory)
Porofory Nieorganiczne - np. nietrwałe sole Tworzą strukturę porowatą tworzywa
Organiczne - lotne ciecze
___________________________________
organiczne
Środki zmniejszające Chlor, brom, antymon, fosfor, Dodaje się do tworzyw pracujących w
bromowane węglowodory
palność warunkach zagrożenia pożarowego
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 43 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 44 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Stany skupienia tworzyw amorficznych
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 45 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Stany skupienia tworzyw semikrystalicznych
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Slajd 46 ___________________________________
Tworzywo sztuczne ?
___________________________________
 Ten płyn to także w pewnym
sensie ciecz.
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________