Metody przetwórcze
Konflikt interesów
Polimery powinny wykazywać dobre Polimery powinny wykazywać dobre
własności uz
ytkowe własności przetwórcze
- są szczególnie dobre dla wysokich Mcz - są szczególnie dobre dla niskich Mcz
Mcz
Mcz
Tworzywa termoplastyczne wymagaja kompromisu,
termoutwardzalne nie
w
Å‚
asno
Å›
ci u
z

ytkowe
w
Å‚
asno
Å›
ci przetwórcze
Metody przetwórcze
Równoważność temperaturowo - czasowa
µ
program odkształcenia
ModuÅ‚ spężystoÅ›ci E( t )= ´(t )/ µ
´
naprężenie
czas
Wpływ temperatury na wartość modułu sprężystości jest równoważny z wpływem czasu.
Czas relaksacji to czas, po którym początkowe naprężenie w ciele
Ä
zmienia się o wartość e (to znaczy 2,7 razy)
Ärel = aTÄrel
T T
0
- C1(T )(T -T0)
0
Równanie Williamsa, Landela, Ferry ego
lg aT =
C2(T ) + (T -T0)
0
T0= temperatuta odniesienia, T0= Tg+50 K
C1, C2  stałe (C1 = 88,6; C2 = 101,6)
Kompozyty
1. Matryca
2. Napełniacz
(włókno/proszek)
3. Faza przejściowa
Klasyfikacja
Matryca Napełniacz
- kompozyty z matrycÄ… ceramicznÄ…
- włókna (ciągłe, cięte)
Polimery syntetyczne Ceramiczne
Naturalne
- kompozyty z matrycÄ… polimerowÄ…
aramidowe szklane (E i S)
konopie
(Nomex,Kevlar) grafitowe
sizal
- kompozyty z matrycÄ… metalowÄ…
poliamidowe (Nylon) boronowe
polietylenowe SiC
Ogólne wymagania dla napełniacza
Ogólne wymagania dla napełniacza
- tkaniny
- proszki (<1 źm)
chemiczna obojętność w stosunku do
chemiczna obojętność w stosunku do
matrycy
matrycy
Nieorganiczne Organiczne
krzemiany kora
średnica ziarna 1-10 źm
średnica ziarna 1-10
talk mÄ…czka drzewna
mała chłonność wody
mała chłonność wody
kaolin proteiny (kreatyna)
mika
dobra zwilżalność przez upłynnioną
dobra zwilżalność przez upłynnioną
tlenki metali Al., Ti, Zn, Mg
żywicę
żywicę
proszki metali i stopów Cu,
mały ciężar właściwy
mały ciężar właściwy
Al., Fe, Sn
mikrobalony ze szkła
niepalność i dobra odporność
niepalność i dobra odporność
termiczna
termiczna
- inne materiały (trzcina,
słoma, liście itp.)
brak zapachu i Å‚adna barwa
brak zapachu i Å‚adna barwa
Napełniacze
" Napełniaczami są zwykle
materiały o niskich cenach w celu
obniżenie kosztów wytwarzania
tworzywa sztucznego.
" Bardzo często są to materiały
obojętne chemicznie względem
matrycy.
" Celem dodawania napełniaczy
do matrycy jest podwyższenie
własności użytkowych tworzywa.
Mercedes-Benz klasy C zbudowany jest m.in. z ponad 30 części
Mercedes-Benz klasy C zbudowany jest m.in. z ponad 30 części
wykonanych z włókien naturalnych, przykładowo zderzaki.
wykonanych z włókien naturalnych, przykładowo zderzaki.
(Courtesy of T. Schloesser, Daimler-Chrysler.)
(Courtesy of T. Schloesser, Daimler-Chrysler.)
Zalety i wady kompozytów
Zalety
1. Wysoka sztywność i wytrzymałość
mechaniczna
2. A
atwość montażu
3. Wysoka odporność
-na zmęczenie materiału
-na korozje
4. Skuteczne tłumienie drgań
Zalety i wady kompozytów
Wady
 Cena
" Nowy model rakiety tenisowej
dobrej marki kosztuje ponad 1000
zł, aluminiowa 100.
Ludzie zapłacą, ponieważ chcą
wygrywać. Ale nie zawsze zapłacą
za inne droższe towary.
Zalety i wady kompozytów
Wady
" Produkcja
" Trudna technologia wytwarzania
" Trudne przetwórstwo. Kompozyty nie można łatwo
skrawać i nawiercać
" Kompozyty nie można zgrzewać ani spawać,
łączenie elementów jest bardzo trudne.
" Przykład: Od wielu lat nie można opracować przemysłowej metody
wytwarzania kompozytowych karoserii samochodowych. Mimo, że
kompozyty wykazują odpowiednie parametry wytrzymałościowe i są
lekkie. Problemem jest łączenie elementów karoserii.
Zalety i wady kompozytów
Wady
 Naprawa
" Metalowe części można spawać. Dzięki
plastyczności metalu można przywracać im
pierwotny kształt itp. Naprawa elementów
kompozytowych jest w zasadzie niemożliwa.
 Ciągliwość/kruchość
" Kompozyty mają znikomą ciągliwość i są zwykle
kruche.
Dlaczego kompozyty ?
-Synergizm cech (wytrzymałości)
zerwanie
zerwanie
tworzywo napełnione
tworzywo napełnione
maksymalne naprężenie bez trwałego
maksymalne naprężenie bez trwałego
odkształcenia - granica
odkształcenia - granica
plastyczności
plastyczności
tworzywo nienapełnione
tworzywo nienapełnione
WYDA
UŻENIE (%)
WYDA
UŻENIE (%)
2
2
NAP

Å»
ENIE (N/mm )
NAP

Å»
ENIE (N/mm )
Dlaczego kompozyty ?
Dowolny kształt
A
atwy montaż
Zastosowanie kompozytów polimerowych
Karoseria studyjnego
samochodu GM
zbudowanego w 1992 z
materiału kompozytowego
Ultralite wykorzystujÄ…cego
włókno węglowe.
Karoseria jest bardziej
sztywna od karoserii
stalowej, a waży tylko ok.
210 kg, czyli ź wagi
karoserii stalowej
Zastosowanie kompozytów polimerowych
Budowa narty
Włókno węglowe  jak to się robi?
poliakrylonitryl
Q, 7000C
Włókno węglowe jest
rodzajem grafitu,
+ H2
którego płytki są
długie, cienkie i
zwinięte.
Q
Włókno węglowe  jak to się robi?
+ H2
Q
Q, 600-13000C
+ N2
Porównanie własności materiałów konstrukcyjnych
" Metale
 Zwykle wytrzymałe, tanie, łatwe w formowaniu w
procesach fizycznych, chemicznych i termicznych.
" Polimery
 Lekkie, tanie, odporne na korozje, Å‚atwe w formowaniu
w procesach fizycznych, chemicznych i termicznych.
" Materiały ceramiczne
 Twarde, odporne i trwałe, odporne na korozje i
wysokie temperatury.
" Kompozyty
 Niekiedy wykazują najlepsze cechy powyższych
materiałów. Są niestety drogie i trudne w
przetwórstwie.
Najnowsze kompozyty polimerowe
Nanokompozyty polimerowe - jakościowo nowa grupa materiałów
Otrzymywane sÄ… w wyniku modyfikacji tradycyjnych tworzyw poprzez zdyspergowanie w
matrycy polimerowej dodatków rozdrobnionych do wymiarów kilku nanometrów. Niewielkie
napełnienie (3-7 cz. wag.) w zasadniczy sposób poprawia szereg właściwości wyjściowego
polimeru.
Pierwsze prace z nanokompozytami polimerowymi zostały zainicjowane przez firmę TOYOTA przeszło dwadzieścia lat temu przy wykorzystaniu najnowszych
technik badawczych pozwalających na śledzenie zjawisk w skali milionowych części milimetra.
Znacznie wcześniej praktycznie wykorzystywano wzmacniające i przewodzące właściwości sadz w przemyśle gumowym oraz modyfikację tworzyw sztucznych
(głównie PE-HD) w celu istotnego obniżenia oporności powierzchniowej i skrośnej.
Do najważniejszych zalet nanokompozytów polimerowych należą:
- zwiększona sztywność bez utraty udarności;
- stabilność wymiarowa;
- poprawa efektu barierowego;
- zwiększona stabilność termiczna;
- zwiększona odporność na działanie ognia;
- dobre właściwości optyczne;
- ograniczenie defektów powierzchniowych wyrobów.
Ośrodek badawczy Forda w Dearborn (Michigan): zamierzają wprowadzić tablice rozdzielcze oraz panele nadwozia z nowych tworzyw. Ma to na celu
zwiększenie odporności na zarysowanie i uszkodzenie powierzchni. Poważnie analizowana jest możliwość wykorzystania barierowych właściwości
nanokompozytów polimerowych przy konstrukcji tworzywowych zbiorników na paliwo.
Ford rozwija dwie nowe technologie otrzymywania tańszych nanokompozytów na bazie PP. Pierwsza z nich to zastosowanie podgrzanych płynów SCF (Super
Critical Fluids) w celu zwiększenia penetracji w głąb oraz rozwarstwiania cząstek nanoglinek organicznych. Druga metoda to wykorzystanie w tym celu energii
ultradz
więków.
Obie metody eliminujÄ… bÄ…dz
w najgorszym razie ograniczają potrzebę stosowania kompatybilizatorów. Bliski jest termin przełamania istniejącej bariery cenowej i
powszechnego zastosowania nowych polimerów.
Toyota przedstawiła informacje o prowadzomych badaniach w kierunku zastosowania nanokompozytów na bazie PA w produkcji zbiorników paliwowych jako
wewnętrzną warstwę w rozdmuchu wielowarstwowym. Zewnętrzne warstwy zbiornika wykonane byłyby zPE-HD.
Firma Honeywell Europe oferuje nanokompozyty PA 6 do produkcji opakowań. Właściwości barierowe eliminują praktycznie do zera przenikalność tlenu.
Wielowarstwowe butelki PET na piwo z warstwą barierową zapewniają 6-miesięczną gwarancję użytkową zawartości.
Przemysł kablowy - Belgijski producent kabli - firma Kabelwerk - oferuje ognioodporne powłoki kablowe z EVA modyfikowanego nanoglinkami niemieckiej firmy
Slid-Chemie AG. Rozwiązania pozbawione chlorowcopochodnych są obecnie coraz szerzej preferowane. Unika się stosowania opóz
niaczy palenia
zawierających brom ale zwiększając odporność powłok z EVA na działanie ognia. Zmniejszenie zawartości ATH poprawia wydajność wytłaczania i
elastyczność kabli.