MATERIAŁY POLIMEROWE

1

Wykład 1

– tworzywa sztuczne (polimerowe)

– podstawowe pojęcia oraz nazewnictwo

Rok akademicki 2009/2010

Studia stacjonarne

Specjalność: Przetwórstwo polimerów

Tworzywa sztuczne

Tworzywa polimerowe

Materiały polimerowe

2

Materiały polimerowe

Pojęcia podstawowe

Materiały polimerowe – co to jest ?

POLI

POLI--

w złożeniach: wiele; wielo-; rozmaity; dużo;

multi-;

nadmierny;

anormalny;

hiper-;

chem.

zawierający więcej niż jedną (a zwł. niż

dwie,

trzy

jednostki

określonej

substancji;

polimer(yczny)

3

polimer(yczny)

- gr.

polýs

‘liczny; duży; potężny’

- gr.

méros

‘część’

Kopaliński W. : Słownik wyrazów obcych i zwrotów obcojęzycznych, MUZA, Warszawa 2002

Materiały polimerowe – co to jest ?

MATERIAŁ

MATERIAŁ POLIMEROWY

POLIMEROWY

(POLYMERIC

(POLYMERIC MATERIAL)

MATERIAL)

Termin określający łącznie polimer i tworzywo

polimerowe.

Terminy niezalecane

: tworzywo sztuczne, masa

4

Terminy niezalecane

: tworzywo sztuczne, masa

tworzywowa.

Terminy niedopuszczalne

: plastik.

Sikora R.: Leksykon naukowo techniczny. Wprowadzenie do przetwórstwa tworzyw polimerowych.. Lublin 2002

Materiały polimerowe – co to jest ?

TWORZYWO POLIMEROWE

TWORZYWO POLIMEROWE

(PLASTIC)

(PLASTIC)

Materiał, którego głównym składnikiem
determinującym jego właściwości i strukturę jest
polimer. Udział polimeru w tworzywie może być
mniejszy niż 50%. Tak zdefiniowane tworzywo jest

5

mniejszy niż 50%. Tak zdefiniowane tworzywo jest
powszechnie przetwarzane.

Terminy tożsame

: tworzywo wielkocząsteczkowe,

tworzywo

Termin niezalecany

: tworzywo sztuczne,

Termin niedopuszczalny

: plastik.

Sikora R.: Leksykon naukowo techniczny. Wprowadzenie do przetwórstwa tworzyw polimerowych.. Lublin 2002

Materiały polimerowe – co to jest ?

POLIMER

POLIMER

(POLYMER)

(POLYMER)

Substancja złożona wyłącznie z makrocząsteczek.
Tak zdefiniowany polimer jest poddawany
przetwórstwu bardzo rzadko.

6

Termin tożsamy

: związek wielkocząsteczkowy,

Terminy niedopuszczalne

: masa plastyczna, masa

wielkocząsteczkowa.

Sikora R.: Leksykon naukowo techniczny. Wprowadzenie do przetwórstwa tworzyw polimerowych. Lublin 2002

Materiały polimerowe – co to jest ?

EWOLUCJA NAZEWNICTWA „TWORZYWO…”

PLASTIK

PLASTIK

TWORZYWO

TWORZYWO SZTUCZNE

SZTUCZNE

TWORZYWO

TWORZYWO

WIELKOCZĄSTECZKOWE

WIELKOCZĄSTECZKOWE

7

Kopaliński W. : Słownik wyrazów obcych i zwrotów obcojęzycznych, MUZA, Warszawa 2002

TWORZYWO

TWORZYWO

WIELKOCZĄSTECZKOWE

WIELKOCZĄSTECZKOWE

TWORZYWO

TWORZYWO

POLIMEROWE

POLIMEROWE

*PLASTYK

*PLASTYK (PLASTIK)

(PLASTIK)

pop

tworzywo sztuczne

-gr.

plastós

‘ukształtowany; ulepiony; wymyślony;

zełgany

Materiały polimerowe – co to jest ?

KALKA JĘZYKOWA

8

KUNSTSTOFFE

KUNSTSTOFFE

niem

tworzywa sztuczne

-die Kunst

sztuka, kunszt, artyzm

-der Stoff

materia, materiał, tworzywo

*Kopaliński W. : Słownik wyrazów obcych i zwrotów obcojęzycznych, MUZA, Warszawa 2002

Materiały polimerowe – co to jest ?

Przez pojęcie

Przez pojęcie

„MATERIAŁY POLIMEROWE”

„MATERIAŁY POLIMEROWE”

należy rozumieć :

należy rozumieć :

•

• tworzywa wielkocząsteczkowe,

tworzywa wielkocząsteczkowe,

•

• mieszaniny polimerowe

mieszaniny polimerowe

•

• kompozyty

kompozyty

•

• oraz w niektórych przypadkach również same polimery.

oraz w niektórych przypadkach również same polimery.

9

W

W

mechanice i przetwórstwie

mechanice i przetwórstwie

stosuje się na ogół nazwę

stosuje się na ogół nazwę

„TWORZYWA WIELKOCZĄSTECZKOWE”.

„TWORZYWA WIELKOCZĄSTECZKOWE”.

w chemii

w chemii

: „POLIMER”

: „POLIMER”

a w

a w

inżynierii materiałowej

inżynierii materiałowej

: „MATERIAŁ POLIMEROWY”

: „MATERIAŁ POLIMEROWY”

Koszkul J.: Materiały polimerowe. Częstochowa 1999

Podział tworzyw polimerowych

~ze względu na właściwości mechaniczne

Tworzywa polimerowe

Plastomery

Elastomery

E

t

Moduł

>1000 MPa

1-4 MPa

10

Moduł
sprężystości
przy
rozciąganiu

ε

B

Wydłużenie
przy
rozciąganiu

~ 1%

- tworzywa kruche

100-300% -

tworzywa sprężyste

Kilkaset %
(10

2

%)

Podział tworzyw polimerowych

~ze względu na właściwości cieplno-przetwórcze

Tworzywa polimerowe

Termoplastyczne

np. PE, PP, PS…

Po zestaleniu można je
ponownie stopić.

Utwardzalne

Po usieciowaniu nie można
ich stopić ponownie

11

ponownie stopić.

Można je przetwarzać
wielokrotnie

Termoutwardzalne

np. PF

Usieciowanie pod wpływem
wysokiej temperatury

Chemoutwardzalne

np. EP

Usieciowanie pod wpływem czynnika
chemicznego

Fotopolimery

Usieciowanie pod wpływem
światła np. UV

Podział tworzyw polimerowych

~ze względu na zastosowanie

Tworzywa polimerowe

Konstrukcyjne

np. poliamid, poliacetal,

Włóknotwórcze

np. poliamid, polipropylen,

12

np. poliamid, poliacetal,
kompozyty z włóknem
szklanym etc.

np. poliamid, polipropylen,
poliestry

Powłokowe

np. polietylen, poliuretan,
poliamid, epoksydy

Podział tworzyw polimerowych

~ze względu na skład chemiczny makrocząsteczki

13

PN-EN ISO 1043-1:2004

Tworzywa sztuczne.

Symbole i skróty nazw. Część 1: Polimery
podstawowe i ich cechy charakterystyczne

PN-EN ISO 1043-2:2004

Tworzywa sztuczne.

Symbole i skróty nazw. Część 1: Napełniacze i
materiały wzmacniające

SKRÓTY NAZW POLIMERÓW

14

materiały wzmacniające

PN-EN ISO 1043-3:2001

Tworzywa sztuczne.

Symbole i skróty. Część 3: Plastyfikatory

PN-EN ISO 1043-4:2001

Tworzywa sztuczne.

Symbole i skróty. Część 4: Środki zmniejszające
palność

Skrót

nazwy

Nazwa materiału

AB

tworzywo sztuczne akrylonitryl-butadien

ABS

tworzywo sztuczne akrylonitryl-butadien-styren

ASA

tworzywo sztuczne akrylonitryl-styren-akrylan

CA

octan celulozy

CAB

octanomaślan celulozy

CF

żywica krezolowo-formaldehydowa

CN

azotan celulozy

CP

propionian celulozy

Skróty nazw homopolimerów, kopolimerów i naturalnych

materiałów polimerowych

15

CP

propionian celulozy

EP

epoksyd; żywica epoksydowa lub tworzywo sztuczne

E/P

tworzywo sztuczne etylen-propylen; zalecany temrin w odniesieniu do EPM

EVAC

tworzywo sztuczne etylen-octan winylu, zelacany termin w odniesieniu do EVA

FF

żywica furanowo-formaldehydowa

LCP

polimer ciekłokrystaliczny

MC

metyloceluloza

MF

żywica melaminowo-formaldehydowa

MP

żywica melaminowo-fenolowa

PA

poliamid

PAEK

poliaryloeteroketon

PAK

poliakrylan

PAN

poliakrylonitryl

PB

polibuten

PC

poliwęglan

PCL

polikaprolakton

PE

polietylen

PE-C

chlorowany polietylen; zalecany temrin w odniesieniu do CPE

PE-HD

polietylen dużej gęstości; zalecany termin w odniesieniu do HDPE

PE-LD

polietylen małej gęstości; zalecany termin w odniesieniu do LDPE

PE-LLD

polietylen liniowy małej gęstości; zalecany termin w odniesieniu do LLDPE

PE-MD

polietylen średniej gęstości; zalecany termin w odniesieniu do MDPE

PE-

polietylen o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym; zalecany termin w

16

PE-
UHMW

polietylen o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym; zalecany termin w
odniesieniu do UHMWPE

PE-VLD

polietylen bardzo małej gęstości; zalecany termin w odniesieniu do VLDPE

PEEK

polieteroeteroketon

PEK

polieteroketon

PEOX

poli(tlenek etylenu)

PESU

polieterosulfon

PET

poli(tereftalan etylenu)

PF

żywica fenolowo-formaldehydowa

PI

poliimid

PIB

poliizobutylen

PK

poliketon

PMMA

poli(metakrylan metylu)

POM

polioksymetylen; poliacetal; poliformaldehyd

PP

polipropylen

PP-E

polipropylen spieniony, spienialny, do spieniania; zalecany termin w
odniesieniu do EPP

PP-HI

polipropylen wysokoudarowy, zalecany termin w odniesieniu do HIPS

PPE

poli(eter fenylenu)

PS

polistyren

PS-E

polistyren spieniony, spienialny, do spieniania; zalecany temrin w
odniesieniu do EPS

PS-HI

polistyren wysokoudarowy; zalecany termin w odniesieniu do HIPS

17

PS-HI

polistyren wysokoudarowy; zalecany termin w odniesieniu do HIPS

PSU

polisulfon

PTFE

politetrafluoroetylen

PUR

poliuretan

PVAC

poli(octan winylu)

PVAL

poli(alkohol winylowy); zalecany termin w odniesieniu do PVOH

PVC

poli(chlorek winylu)

PVC-C

poli(chlorek winylu) chlorowany; zalecany termin w odniesieniu do CPVC

PVC-U

poli(chlorek winylu) cnieplastyfikowany; zalecany termin w odniesieniu do
UPVC

PVDC

poli(chlorek winylidenu)

PVDF

poli(fluorek winylidenu)

PVF

poli(fluorek winylu)

SAN

tworzywo sztuczne styren-akrylonitryl

SB

tworzywo sztuczne styren-butadien

SI

tworzywo sztuczne silikonowe

UF

żywica mocznikowo-formaldehydowa

UP

nienasycona żywica poliestrowa

VE

zywica winyloestrowa

18

Reguły międzynarodowej

Unii Chemii Czystej i Stosowanej

(IUPAC)

,

aby

uniknąć

niejasności

w

przypadku

nazw

polimerów

wywodzących się z nazw substratów zalecają

stosować nawiasy, jeżeli po „poli” występuje więcej niż jedno
słowo. Zasada ta jest przestrzegana w normie ISO 1043, lecz
w powszechnym użyciu nawiasy często się pomija.

Klasa

Grupa

Rodzaj tworzywa

Symbol

Tworzywa
węglowodorowe

Tworzywa
olefinowe

polietylen

PE

polipropylen

PP

poliizobutylen

PIB

kopolimer etylen/propylen

E/P

Tworzywa
styrenowe

polistyren

PS

kopolimer styren/akrylonitryl

SAN

Podział tworzyw polimerowych

~ze względu na skład chemiczny makrocząsteczki

19

kopolimer styren/akrylonitryl

SAN

terpolimer
akrylonitryl/butadien/styren

ABS

Tworzywa
fluorowcowe

Tworzywa
fluorowe

politetrafluoroetylen

PTFE

polifluorek winylu

PVF

Tworzywa
chlorowe

polichlorek winylu

PVC

kopolimer chlorek winylu/octan
winylu

VC/VAC

Tworzywa
hydroksylowe

Polialkohole
i ich pochodne

polialkohol winylowy

PVAL

polioctan winylu

PVAC

Polietery

poliformaldehyd

POM

politrioksan

POT

politlenek etylenu

PEOX

politlenek fenylenu

PPO

Tworzywa
fenolowe

tworzywa fenolowo-
formaldehydowe

PF

tworzywa krezolowo-
formaldehydowe

CF

20

Tworzywa
epoksydowe

tworzywa dianowe

EP

Tworzywa
karboksylowe

Tworzywa
akrylowe

polimetakrylan metylu

PMMA

poliakrylonitryl

PAN

Tworzywa
estrowe

politereftalan etylenowy

PET

politereftalan butylenowy

PBT

poliarylany

PAR

żywice poliestrowe

UP

Tworzywa
węglanowe

poliwęglan

PC

Tworzywa azotowe

Tworzywa aminowe

tworzywa mocznikowe

UF

tworzywa melaminowe

MF

Tworzywa amidowe

poliamidy

PA

Tworzywa uretanowe

poliuretany

PUR

Tworzywa imidowe

poliimid

PI

Tworzywa dienowe

Gumy

guma izoprenowa

IR

guma butadienowo-styrenowa

SBR

guma butadienowa

BR

guma chloroprenowa

CR

21

guma chloroprenowa

CR

inne gumy

Tworzywa
nieorganiczne

Tworzywa silikonowe

silikony

SI

Tworzywa sulfonowe

polisulfon

PSU

poliarylosulfon

PAS

Inne

polisiarczek fenylenowy

PPS

poliazotek siarki

Tworzywa
celulozowe

Estry celulozy

azotan celulozy

CN

octan celulozy

CA

Symbol

Znaczenie

A

kwas (modyfikowany)

A

amorficzny, ataktyczny

B

dwuosiowy, dwukierunkowy

B

blok; blokowy

B

bromowany

C

chlorowany

C

krystaliczny

D

gęstość

E

elastomer

spieniony; spienialny, do

Symbole określające cechy charakterystyczne

Symbole nazw polimerów
podstawowych można, w
razie potrzeby, uzupełnić do
czterech symboli w celu
odróżnienia poszczególnych
modyfikacji danego polimeru.

Dodatkowe symbole
(symbol) należy umieszczać

22

E

spieniony; spienialny, do
spieniania

E

epoksydowany

F

giętki

F

fluorowany

F

ciekły

G

glikol (modyfikowany)

H

duży; wielki; wysoki

H

homo

I

udarność

L

liniowy

L

mały, niski

(symbol) należy umieszczać
p skrócie nazwy polimeru
podstawowego, oddzielając
łącznikiem bez spacji
zarówno przed jak i po
łączniku.

Przed skrótem nazwy
polimeru podstawowego nie
należy umieszczać żadnego
symbolu.

M

średni

M

cząsteczkowy

N

normalny

N

nowolak

O

zorientowany, ukierunkowany

P

plastyfikowany, zmiękczony

P

termoplastyczny

R

zwiększony, podwyższony

R

bezładny randomiczny

R

rezol

R

sztywny, twardy

S

nasycony

Przykłady stosowania symboli

PRZYKŁAD 1

Plastyfikowany poli(chlorek winylu)

PVC-P
Polimer podstawowy PVC
Plastyfikowany

P

PRZYKŁAD 2

Polistyren modyfikowany

23

S

nasycony

S

sulfonowany

S

syndiotaktyczny

S

termoutwardzalny

T

temperatura (odporność)

T

mocny

U

ultra (bardzo)

U

nieplastyfikowany, niezmiękczony

U

nienasycony

V

bardzo

W

ciężar

X

usieciowany; podlegający sieciowaniu

Polistyren modyfikowany
wysokoudarowy
PS-HI
Polimer podstawowy PS
Wysokoudarowy

HI

PRZYKŁAD 3

Liniowy polietylen małej gęstości
PE-LLD
Polimer podstawowy PE
Liniowy małej gęstości LLD

B

bor

C

węgiel

D

wodorotlenek glinu (III)

E

glina (kaolin)

G

szkło

K

węglan wapnia

Symbole określające napełniacze i materiały

wzmacniające

24

L

celuloza

M

minerał, metal*

N

naturalny, organiczny (bawełna, sizal, konopie, len, itp.)

P

mika

Q

krzemionka

R

aramid (aromatyczny poliamid)

PN-EN-ISO 1043-2:2004

W przypadku metali (M) rodzaj materiału należy wskazać za pomocą jego
symbolu (symboli) chemicznego(-ych).

PRZYKŁAD: MD(Al) jest symbolem glinu w postaci proszku

S

Syntetyczny organiczny
(tj. rozdrobniony PTFE, poliimidy lub żywice termoutwardzalne)

T

talk

W

drewno

X

Nie określony

Z

Inne nie włączone do niniejszego wykazu

25

Z

Inne nie włączone do niniejszego wykazu

PN-EN-ISO 1043-2:2004

Mieszaniny materiałów lub ich postaci można przedstawiać w nawiasach
przez połączenie odpowiednich symboli znakiem „+”

PRZYKŁAD: GF+MD jest w przypadku mieszaniny włókien szklanych
(GF) i proszku mineralnego (MD)

B

perełki, kulki, ziarno

C

wiórki, ścinki

D

miał, proszek

F

włókno

G

zmielony, rozdrobniony

Symbole określające postać lub strukturę napełniaczy i

materiałów wzmacniających

26

H

whisker, włókno monokrystaliczne

L

warstwa

M

mata (gruba)

N

włóknina (tkanina, cienka)

P

papier

R

rowing

S

płatek, łuska

PN-EN-ISO 1043-2:2004

T

Tkanina spleciona lub skręcona, kord

V

Fornir, okleina

W

Tkanina tkana

X

Nie określona

Y

Przędza, nić

Symbole określające postać lub strukturę napełniaczy

i materiałów wzmacniających

27

Z

Inne nie włączone do niniejszego wykazu

Przykład:

GF – włókno szklane (glass fibre)

PA6 GF 30 –

kompozyt poliamidu z włóknem szklanym (30% włókna)

PN-EN-ISO 1043-2:2004

Włókna szklane

GF = Glass Fibres

krzem
tlen
sód

28

Model cząsteczkowy

sód

Mikrofotografia SEM

Średnica:

- do przędzy: 9,11, 13 µm

- do rowingów: 11, 14, 17, 24 µm (w zal. od zastosowania)

Wytwarzanie: ze stopionej masy szklanej

Właściwości: izotropowe, niepalne, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej

Wytrz. na rozciąganie ~ 1500 MPa, E ~ 75000 MPa

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001.

Włókna aramidowe

RF – Aramid Fibres

Ucięte włókno

29

Materiał: liniowy, organiczny polimer – aromatyczny PA

Średnica włókna: ok.. 12 µm

Właściwości:

- Silnie anizotropowe – unikać naprężeń ściskających w elementach

- Duża wytrzymałość i sztywność

- Mała gęstość: 1.45 g/cm

3

Ucięte włókno
łatwo się rozwarstwia

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001.

Włókna węglowe

CF – Carbon Fibres

Budowa chemiczna

Mikrostruktura

Mikrofotografia SEM

30

Mikrostruktura

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001.

Skłąd chemiczny: 90% węgla

Średnica: 5 do 10 µm

Wytwarzanie: z polimeru PAN (poliakrylonitryl)

1.

Rozciąganie PAN – otrzymanie wysokiej orientacji

2.

Ogrzewanie włókien do 240 – 300 °C pod obciążeniem w celu stabilizacji

3.

Dehydrogeneza

4.

Utworzenie struktury cyklicznej

Włókna węglowe

CF – Carbon Fibres

31

4.

Utworzenie struktury cyklicznej

5.

Piroliza (wygrzewanie w atmosferze obojętnej w 1600 °C i powstanie struktury grafitu)

Właściwości:

-

Silnie izotropowe, również współczynnik rozszerzalności cieplnej

-

Duża odporność na korozję

-

Lekkie: 1.6-2.0 g/cm

3

-

B. dobre właściwości mechaniczne:

- Wytrz. na rozciąganie = 1500 - 5000MPa,

- E = 180 000 – 500 000 MPa

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001.

Wzmocnienie tworzyw włóknami szklanymi

32

a) rowing, b) mata, c) tkanina rowingowa d) tkanina

e) krótkie włókna szklane (~ 0.22 mm dług.)

f) długie włókna szklane (~ 0.5 mm dług.)

Do żywic chemoutwardzalnych

Do termoplastów

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001.

Wpływ rodzaju wzmocnienia włóknem szklanym

na właściwości kompozytów

33

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001.

Nanokompozyty

Zawierają materiały wzmacniające o wymiarach rzędu 1 do 100 nm

34

Ehrenstein G.W., Polymeric Materials, Hanser Publishers, Munich 2001. – materiał: Ramlow

Przykład: nanokompozyt PA

Dziękuję za uwagę

35

e-mail: [e-mail]

website: http://ipp.pcz.pl