i jeszcze coś z innego wydziału ale też podobne
Materiałoznawstwo
egzamin
II rok AGH WMiIM
1.Zniszczenie przez katastroficzne (kruche) pękanie, wiązkość Gc, współczynnik intensywności naprężeń K=???a, krytyczny współczynnik intensywności naprężeń Kc=???akr
Pękanie kruche. Jest transkrystaliczne i zachodzi wzdłuż płaszczyzny krystalograficznej wewnątrz poszczególnych ziarn polikryształu a płaszczyzną ciągliwości w materiałach o strukturze A2 są płaszczyzny {100}. W niskich temp, kruche pęknięcie polikryształu może zachodzić również wzdłuż granic ziarn. Taka kruchość jest właściwa dla metali i stopów o strukturze RSC, które są skłonne do kruchości w zwykłych warunkach. Jest ona wywołana podwyższoną zawartościom dodatków stopowych oraz domieszek na granicach ziarn, prowadzący często do utworzenia wydzieleń nowej fazy wzdłuż granic ziarn
Wiązkość jest to pole pod wykresem rozciągania próbki, czyli zależności naprężenia od wydłużenia, od chwili 0 do chwili zerwania próbki. Określana inaczej jako toughness. Można je obliczyć ze wzoru: . Jest to praca potrzebna do rozerwania próbki.
Współczynnik intensywności naprężeń KIc. Pojęcie współczynnika intensywności naprężeń K można wprowadzić z teorii Griffithła, który rozpatrywał zagadnienie pękania izotropowego ciała stałego w kształcie nieskończonej płyty o grubości jednostkowej g = 1 poddanej jednorodnym naprężeniom rozciągającym ? zawierającej pękniecie o długości 2a. Szczelina taka spiętrza naprężenia powodując, że lokalne naprężenia w jej wierzchołku są większe od naprężenia średniego ?. Dla określonej wielkości i geometrii szczeliny można wyznaczyć krytyczną wielkość współczynnika intensywności naprężeń Kc. Wielkość ta jest uważana za cechę materiału określającą jego odporność na pękanie. Kruche pęknięcia występują najczęściej, gdy naprężenia rozciągające działają prostopadle do płaszczyzny wady powodując jej rozwarcie.
Czynniki wpływające na Kc:
ze wzrostem grubości próbki Kc maleje,
wzrost prędkości odkształcenia powoduje zmniejszenie odporności na pękanie,
obecność czynników korozyjnych w otoczeniu próbki może zmieniać wartość K�Ic
wzrost temperatury obniża granicę sprężystości.

Ważną własnością materiałów jest skłonność do kruchego pękania. Czynnikiem sprzyjającym kruchemu pękaniu jest duża szybkość odkształcenia, gdy dyslokacja nie nadają się przemieszczać. Griffath, który powiedział, że naprężenie konieczne do powiększenia zarodka pęknięcia jest zależne od wielkości i modułu Younga ?=(???/l)1/2
Współczynnik intensywności naprężenia Kq wylicza się z wymiarów próbki i wartości Pq możemy też wyliczyć z warunku Brauna B>=25(Kq/Re)2 Kq=Ksc
2.Zniszczenie przez cykliczne zmęczenie, krzywa Wohlera. Zmęczenie nisko i wysoko cyklowe.
Wytrzymałością zmęczeniową materiału Zg nazywamy jego odporność na pękanie w warunkach zmiennych naprężeń. Zmienne naprężenia powodują zniszczenia narażonego elementu przy znacznie niższych naprężeniach niż przy działaniu jednokierunkowego naprężenia statycznego. Wytrzymałość zmęczeniowa ma duże znaczenie przy doborze materiału, jak i przekrojów czynnych konstrukcji. Definicja wytrzymałości zmęczeniowej wynika z zależności między wielkością amplitudy naprężenia zmiennego ? a liczbą cykli wywołujących pękniecie N. Zależność taka jest przedstawioną za pomocą krzywą Wohlera.

Różne materiały zachowywać się w różny sposób. Krzywa A charakteryzuje stale. Wynika z niej, że jeśli amplituda naprężeń jest mniejsza od Zg, to nie następuje pęknięcie nawet po bardzo dużej liczbie cykli (106
107). Krzywa B odnosi się do większości stopów metali nieżelaznych i oznacza ciągły spadek amplitudy naprężeń wywołującej pękanie ze wzrostem liczby cykli nawet do N = 1010. W tych stopach nie występuje więc wyraźnie zaznaczona wytrzymałość zmęczeniowa. Do wyznaczenia krzywej Wohlera stosuje się pulsatory lub specjalne liczniki obrotów liczące liczbę cykli, po której następuje złamanie próbki.

3.Zniszczenie przez pełzanie materiałów, temperatura krytyczna, charakterystyki pełzania, krzywa pełzania przy stałym T, ?, (Rz/t, R?/t).
Materiały pracujące w podwyższonych temp. odkształcają się trwale przy naprężeniach znacznie niższych od granicy plastyczności, a odkształcenie zachodzi przy stałym naprężeniu i jest zależne od czasu. Takie odkształcenie nazywamy pełzaniem.
Zwykle w próbie pełzania wyznacza się jedną z dwóch własności umownych:
granicę pełzania to jest naprężenie, które w określonym czasie ? wywołuje wydłużenie o określonej wielkości ?, co oznaczamy symbolem R?(?) C;
wytrzymałość na pełzanie to jest naprężenie, które po upływie określonego czasu ? powoduje zerwanie próbki, co oznacza się symbolem RZ(?) C, przy czym 0C oznacza temperaturę badania.
Typowym wykresem jest poniższy wykres, w którym możemy wyróżnić trzy zakresy, odpowiadające trzem stadiom pełzania.
Stadium I
cechuje się zmniejszeniem nachylenia krzywej, co wskazuje na spadek prędkości pełzania. W okresie tym decydującą rolę odgrywają procesy, które umacniają materiał, jak wzrost gęstości defektów, zgniot oraz procesy wydzielania. Z upływem czasu zaczynają się rozwijać procesy przeciwdziałające umacnianiu, aż wreszcie ustala się równowaga dynamiczna materiału. Od tego momentu zależność wydłużenia od czasu jest prostoliniowa (stadium II). Do czynników osłabiających należą: zdrowienie i rekrystalizacja lub rozpuszczanie wydzieleń. W stadium III następuję wzrost nachylenia krzywej, co jest związane ze zwiększeniem naprężeń w wyniku zmniejszenia czynnego przekroju próbki. Zmniejszenie to jest spowodowane powstaniem wewnętrznych pustek wskutek poślizgu po granicach ziarn, a następnie utworzeniem się szyjki.
Odkształcenie w wyniku pełzania jest wynikiem zachodzenia trzech różnych procesów:
dyfuzyjnego ruchu wakacji między obszarami znajdującymi się pod działaniem naprężeń rozciągających i ściskających
ruchu dyslokacji przez poślizg i wpinanie w ziarnach
poślizgu po granicach ziarn
Krzywa pełzania (T i ? = const)


4.Zniszczenie przez powierzchniowe utlenianie przy wysokich temperaturach
mechanizm, kinetyki. Materiały (pierwiastki) odporne na utlenianie.
Działanie atmosfery pieca na stal. W piecach bez atmosfer ochronnych na stal działa nagrzane do wysokiej temperatury powietrze, w wyniku czego występują dwa niekorzystne zjawiska: utleniania i odwęglania stali.
W atmosferze pieca ogrzewanego spalinami gazu mogą znajdować się oprócz azotu takie gazy, jak: CO2, CO, H2, H2O, węglowodory CxHy i związki siarki H2S i SO2.
Utlenianie następuje mechanizmem dyfuzji reaktywnej. W pierw�szym etapie tworzy się warstwa tlenków żelaza (zgorzeliny), której gru�bość x jest uwarunkowana dyfuzją atomów żelaza i tlenu przez warstwę, a więc rośnie z czasem ? wg wzoru: x2 = P???gdzie P stała zależna wykładniczo od temperatury.
Równania nie stosuje się, jeśli warstwa tlenków jest nieszczel�na i łatwo odpryskuje od podłoża. Wtedy proces utleniania jest szybszy.
Najczęściej utlenianie następuje wg reakcji
a) 2Fe + O2 ? 2FeO,
b) Fe + CO2 ? FeO + CO,
c) Fe + H2O ? FeO + H2.
Pod warstwą tlenków występuje zwykle strefa odwęglona, zwłaszcza w temperaturach grzania powyżej ok. 850�C. Reakcje b), c) mogą przebiegać w praktyce w obu kierunkach. Prze�bieg tych reakcji w lewo wywołuje redukcję tlenków i jest korzystny. Kierunek przebiegu reakcji zależy od temperatury i składu atmosfery.
W wysokich temperaturach wzmaga się utleniające działanie CO2, a w niż�szych
pary wodnej. Wnioski te można wykorzystać do regulacji atmo�sfery do obróbki cieplnej; np. poprzez spalanie gazów z niedomiarem powietrza można zwiększyć redukcyjność spalin.
Wysokotemperaturowa korozja gazowa zwana jest wysokotemperaturowym utlenianiem (O2, Cl2, S2).
Skłonność do utleniania określają 2 czynniki:
energia tworzenia tlenków Me + O2 + q ? tlenek
q może się wydzielać lub pochłaniać, im większa energia tym większa skłonność do utleniania
budowa warstwy tlenków (jeżeli warstwa jest szczelna to nie zajdzie utlenianie).
Sposoby ochrony przed wysokotemperaturową korozją:
nanoszenie warstwy na powierzchnię (Al, Si, Cr),
wprowadzenie do struktury stali (Al, Si, Cr).
5.Zniszczenie powierzchniowe przez korozję elektrochemiczną (atmosferyczną), mechanizm, metody ochrony.
Najważniejszą cechą korozji elektrochemicznej jest przepływ prądu elektrycznego wewnątrz materiału, między cząstkami (ziarnami) różnych faz stopu lub tej samej fazy o różnym składzie chemicznym, przy jednoczesnym przepływie jonów metalu w elektrolicie, który musi pokrywać powierzchnię. Powstają w ten sposób mikroogniwa korozyjne. Stąd wniosek, że korozja elektrochemiczna nie zachodzi w materiałach jednorodnych chemicznie, (jeśli pominąć korozje wywołaną różnicą stężenia tlenu w elektrolicie, omówioną dalej). Konieczny do korozji elektrolit powstaje najczęściej przez połączenie wilgoci i zanieczyszczeń jak ogniwa galwaniczne.
Jeżeli element metalowy zanurzymy w elektrolicie, to atomy z powierzchni przechodzą do roztworu. Powoduje to powstanie pewnego potencjału między metalową elektrodą, która ładuje się ujemnie, a warstewką elektrolitu o ładunku dodatnim, przylegającą do elektrody, która jest złożona głównie z jej jonów. Ten potencjał może osiągnąć tylko określony poziom typowy dla każdego metalu, po czym dalsze przechodzenie atamów (jonów) do elektrolitu zostaje zahamowane (ustala się stan równowagi ładunków). Jeśli jednak do elektrolitu włoży się dwie elektrody z różnych metali, połączone ze sobą przewodnikiem, to równowaga nie ustali się, gdyż na każdej elektrodzie powstanie inny potencjał, co wywoła przepływ prądu. Elektrony będą odpływać od elektrody o niższym potencjale (bardziej ujemnym), stanowiącej anodę, do elektrody o wyższym potencjale (katody). Umożliwia to dalsze przechodzenie atomów anody do elektrolitu (kationów), które będą przyciągane do katody i po osadzeniu się na niej zobojętnią elektrony dopływające tam przewodem łączącym elektrody. Na anodzie zachodzi więc proces anodowy
rozpuszczanie (korozja), a na katodzie proces katodowy (redukcja).
Odporność na korozję możemy zwiększyć poprzez:
zmianę składu chemicznego, objętościowo w procesie wytwarzania lub powierzchniowo przez obróbką cieplno-chemiczną lub platerowanie
obróbkę cieplną prowadzącą do jednofazowej struktury, wyżarzanie odprężające jest zalecane w celu zapobiegania korozji naprężeniowej
nanoszenie na powierzchnię powłok ochronnych metalowych lub niemetalicznych, takich jak farby, lakiery, emalie smary tworzywa sztuczne, a także wytwarzanych metodami inżynierii powierzchni
ochronę katodową, anodową, protektorową i wprowadzanie do ośrodków korozyjnego inhibitorów
poprawę czystości atmosfery
6.Powierzchniowe obróbki cieplno-chemiczne nawęglanie, azotowanie.
Nawęglanie
jest zabiegiem polegającym na wzbogaceniu warstwy powierzchniowej w węgiel przez wygrzewaniu przedmiotu w dłuższym okresie czasu, w temperaturze powyżej AC3, w ośrodku wydzielającym węgiel. Nawęglanie oparte jest na reakcji: 2CO ?C+CO2.
Azotowanie
polega na nasyceniu azotem warstwy powierzchniowej przedmiotu wygrzewanego przez dłuższy czas w temp do 500
6000C (Celem azotowania jest uzyskanie możliwie najtwardszej i odpornej na ścieranie powierzchni (HB=ok. 1000) bez następnej obróbki cieplnej.
Węgloazotowanie - polega na jednoczesnym nasycaniu powierzchni stali węglem i azotem. Połączenie dyfuzji węgla i azotu w jednej operacji prowadzi do skrócenia czasu obróbki, gdyż azot przyspiesza dyfuzję węgla i na odwrót. Azot również obniża temperatury Ac1i Ac3. Istotnym parametrem decydującym o składzie warstwy dyfuzyjnej jest temperatura procesu.
7.Struktura polimerów, budowa molekuł, kopolimeryzacja, budowa amorficzna
częściowa krystalizacja, sieciowanie
wpływ na własności.
Polimery są substancjami złożonymi z makrocząsteczek, charakteryzujących się regularnym lub nieregularnym powtarzaniem się w nich ugrupowań atomów, zwanych monomerami, jednego lub kilku rodzajów. Ze względu na duże cząsteczki, składające się z bardzo wielu merów, polimery są nazywane również związkami wielkocząsteczkowymi, a cząsteczki - makrocząsteczkami.
Podstawową cząsteczką polimeru jest mer. Składa się on z wielu atomów lub grup atomów, takich jak: H, C, O, Si, Cl, F, N. Mery łączą się w łańcuchy dzięki temu, że mają pojedyncze wiązania atomowe między atomami węgla. Makrocząsteczki składają się z bardzo wielkiej liczby monomerów tj. małocząsteczkowych związków chemicznych, zdolnych do reakcji z identycznymi lub innymi cząsteczkami, dzięki obecności w nich co najmniej dwóch ośrodków reaktywnych, takich jak wiązanie nienasycone, grupy chemiczne, pierścienie reaktywne. Liczba ośrodków reaktywnych określa funkcyjność monomeru i ma bezpośredni wpływ na budowę makrocząsteczki.
Ze względu na budowę makrocząsteczki dzielimy na: liniowe, rozgałęzione, usieciowane. Atomy w makrocząsteczkach mają wiązania pierwotne kowalentne lub jonowe, natomiast między cząsteczkami występują wiązania wtórne Van der Waalsa.
Polimery ze względu na strukturę można podzielić na całkowicie bezpostaciowe oraz na częściowo bezpostaciowe, a częściowo krystaliczne. Polimery krystalizują dość trudno i zwykle obok uporządkowanych obszarów krystalicznych zawierają obszary bezpostaciowe. Zdolność polimeru do krystalizacji zależy od chemicznej i geometrycznej budowy makrocząsteczki oraz od wielkości sił międzycząsteczkowych. Im prostsza i bardziej regularna jest budowa cząsteczek i im większe są siły międzycząsteczkowe, tym polimer łatwiej krystalizuje. Zależnie od warunków krystalizacji polimer może mieć różny stopień krystaliczności, a także krystality różnej wielkości i kształtu.
Według sposobu powstawania tworzywa sztuczne dzielą się na:
polimeryzacyjne,
polikondensacyjne,
poliaddycyjne,
przy czym za podstawę klasyfikacji przyjmuje się ostatni proces polireakcji.
Polimeryzacja jest polireakcją łańcuchową, zachodzącą dzięki obecności wiązań nienasyconych lub na skutek rozerwania nietrwałego pierścienia monomeru, bez wydzielania produktów ubocznych i bez przegrupowania atomów (polichlorek winylu,poliestyren). Jes to proces, podczas którego wielka liczba małych jednorodnych cząstek (merów) łącząc się ze sobą w jedną wielką cząstkę (łańcuch) tworzą polimer.
Polikondensacja polega na stopniowej kondensacji monomerów i zachodzi z wydzieleniem produktów ubocznych (amoniak, metanol). Polikondensacją nazywamy proces, podczas którego powstaje nowa substancja wielkocząsteczkowa (polimer) w wyniku oddziaływania na siebie monomerów z jednoczesnym wytworzeniem produktu ubocznego (np. wody). W wyniku polikondensacji otrzymuje się żywice fenolowe, aminowe, oraz większość poliamidów.
Poliaddycja jest polireakcją stopniową bez wydzielenia produktów ubocznych. Często towarzyszy jej przemieszczenie atomu wodoru w monomerze (żywice epoksydowe, poliuretany). Ogólnie tworzywa polimerowe dzielą się na plastomery i elastomery, co jest związane z ich własnościami elastycznymi. Nazwa elastomery obejmuje kauczuk naturalny oraz wszelkie kauczuki syntetyczne, czyli tworzywa, które po dużym odkształceniu wykazują zdolność prawie natychmiastowego powrotu do postaci pierwotnej lub bardzo do niej zbliżonej.
8.Składniki modyfikujące własności polimerów (napełniacze, pigmenty i inne).
1. Plastyfikatory - zmiękczacze
Polimery w czystej postaci są materiałami kruchymi w barwie biło-żółtej o włściwościach powodujących, że niemożna go bezpośrednio wykorzystywać do wielu zastosowań. Zmiękczacze - substancje których małe cząsteczki wnikając pomiędzy cząsteczki polimerów powodują zwiększenie odległości pomiędzy cząsteczkami polimeru i tym samym osłabienie więzi między nimi. Powyższy proces powoduje polepszenie plastyczności i udarności, ale też
pogorszenie wytrzymałości.

2. Środki poślizgowe i smarujące
Większość tworzyw termoplastycznych jest przetwarzana w podwyższonych temperaturach. Po przetworzeniu następuje ochłodzenie matrycy. Wybicie wytłoczki z matrycy jest możliwe dzięki dodatkom poślizgowym.



3. Antystatyki - domieszki zwiększające przewodność elektryczną.
Spoistość materiałów wykonanych z wykorzystaniem polimerów zostaje zachowana dzięki istnieniu między polimerami sił kowalentnych (Van der Wallsa) dzięki czemu w przestrzeni międzyatomowej nie występuje gaz elektronowy. To powoduje, że materiały wykonane z wykorzystaniem polimerów są doskonałymi izolatorami i na ich powierzchni gromadzą się ładunki elektrostatyczne o dużych wartościach. Zjawisko to zostaje ograniczone poprzez dodawanie antystatyków, jednak nie zostaje zlikwidowane całkowicie co zawęża zakres zastosowań tworzyw sztucznych do przypadków w których powyższa włściwość nie odgrywa dużej roli.

4. Środki utrudniające palenie się polimerów
Fakt szerokiego stosowania w życiu codziennym tworzyw sztucznych produkowanych z wykorzystaniem polimerów przy jednoczesnej łatwopalności tych tworzyw spowodował, że zwrócono uwagę na niebezpieczeństwo jakie stwarzają one w czasie pożaru. Przy wzroście temp. następuje między innymi rozkład termiczny w wyniku którego wydzielają się niebezpieczne dla życia gazy, oprócz tego następuje gwałtowne wydzielanie się energii cieplnej wzmagające pożar. Sposobem na zapobieżenie tego typu niebezpiecznym sytuacjom jest dodawanie do składu tworzyw sztucznych substancji pochłaniających duże ilości ciepła tym samym zapobiegając powstaniu płomienia i rozszarzenia pożaru.

5. Profory - środki spieniające
W wyniku dodania do polimeru środków powodujących w czasie przetwarzania (utwardzania) wydzielanie się gazów w całej objętości, tworzy się porowata struktura materiału. Utworzone w ten sposób materiały posiadają doskonałe właściwości izolujące termiczne i akustyczne, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie (styropian).

6. Środki barwiące
a) pigmenty - powodują nieprzezroczyste zabarwienie,
b) barwniki - powodują przezroczyste zabarwienie

7. Stabilizatory
To substancje, które zapobiegają starzeniu się materiałów pod wpływem powietrza, światła, wody. Inhibitory - substancje przedziwdziałające usieciowaniu i polimeryzacji, umożliwiając przechwywanie żywic i granulatów przez wyraźnie dłuższy okres niż bez inhibitorów.

8. Napełniacze - substancje makroskopowe
- w postaci proszków - kwarc, porcelana, grafit, metale, tlenki metali. Cząsteczki proszku zawarte w polimerach powodują (dzięki dużej twardości proszku), że zwiększa się twardość i odporność na ścieranie tak powstałego materiału.
Jeżeli proszkiem jest grafit to w czasie ścierania wydostaje się on na powierzchnię smarując ślizgające się po sobie elementy, zmniejszając tym samym współczynnik tarcia. Oprócz tego stosując grafit jako wypełniacz zwiększa się przewodność elektryczną danego materiału, co zapobiega gromadzeniu się ładunku na powierzchni tworzywa sztucznego.
- w postaci włókien (np. szklanych węglowych, azbestowych, bawełnianych). Tego typu napełniacze zwiększają wytrzymałość i udarność. Jedną z form stosowania włókien jako napełniaczy jest splatanie ich w maty i stosowanie w tej postaci.
- w postaci arkuszy - napełniaczami są tutaj wspomniane wyżej maty splecione z włókien. Materiały takie nazywane są kompozytami, przykładem może być kompozyt materiału bawełnianego związany tworzywem fenolowym - tekstolit.
9.Zależność własności polimerów termoplastycznych od temperatury, temperatury zeszklenia, płynięcia (porównaj z metalami).
Polimery termoplastyczne charakteryzują się liniową, a niekiedy również rozgałęzioną budową makrocząsteczek i tym, że między cząsteczkami nie ma wiązań sieciujących. Między cząsteczkami działają jedynie słabe wiązania wtórne. Podczas ogrzewania wiązania wtórne topią się, wobec czego polimery miękną i płyną podobnie jak lepka ciecz, natomiast po ochłodzeniu twardnieją ponownie. Omówiona zmiana własności polimerów termoplastycznych z temperaturą zachodzi podczas każdorazowego nagrzewania polimeru. Przy podwyższonej temperaturze polimery termoplastyczne można wobec tego łatwo i wielokrotnie formować. Polimery termoplastyczne są rozpuszczalne, co niekiedy wykorzystywane jest podczas wytwarzania z nich wyrobów. Tg
temperatura zeszklenia, powyżej której próbka polimeru przechodzi do stanu elastycznego.

10.Ogólne własności polimerów (ciężar właściwy, przewodność i inne). Wpływ na nie dodatków.
Ogólne właściwości polimerów są wypadkową różnych czynników, m.in.: składu chemicznego, struktury wynikającej z technologii otrzymywania polimerów. Przy czym w porównaniu z metalami własności polimerów są w większym stopniu zależne od technologii ich otrzymywania i zawierają się w większym zakresie wartości.
Wszystkie polimery są nieodporne na starzenie się pod wpływem światła, wody, powietrza.
gęstość [g/cm3] - od 0,9 do 2,2. Najmniejszą gęstością charakteryzują się polimery, które zbudowane są z węgla i wodoru, największą polimery zawierające tlen, azot, fluor, chlor. Gęstość jest także uzależniona od stopnia krystalizacji, dla tego samego materiału o różnych stopniach krystalizacji różnica gęstości może sięgać kilku procent.
chłonność wody - od 0,0n% (dla polietylenu, poliestyrenu) do 1n% (dla celulozy). Zależy bardzo silnie od stopnia krystalizacji K (gdy K - maleje wtedy chłonność rośnie co tłumaczy się tym, że cząsteczki wody łatwo wnikają w obszary amorficzne). Po wchłonięciu wody przez polimery następuje zmiana geometrii, pęcznienie, spada wytrzymałość o 30-40%.
rozpuszczalność w rozpuszczalnikach - cząsteczki rozpuszczalnika mogą wnikać pomiędzy liniowe molekuły - zmniejszają się wtedy siły międzycząsteczkowe. Początkowo powoduje to pęcznienie, dalsza penetracja może doprowadzić do powstawania roztworów. Roztwory takie można wykorzystywać jako kleje lub do pokrywania polimerem powierzchni (farby emulsyjne) - po odparowaniu rozpuszczalnika na powierzchni pozostają równomiernie rozłożone cząsteczki polimerów.
odporność chemiczna - istnieją polimery które nie ulegają zniszczeniu w zetknięciu z silnie reagującymi substancjami chemicznymi (np. teflon - mogący służyć do przechowywania wody królewskiej) jednak większość polimerów jest nieodporna na działanie rozpuszczalników organicznych.
ciepło właściwe - kilka razy mniejsze od ciepła właściwego metali, przewodność cieplna polimerów jest także mniejsza niż metali. Dlatego wykorzystuje się polimery jako bardzo dobre izolatory cieplne. Właściwości te są potęgowane poprzez wspienianie. Właściwość ta jest jednak wadą gdy mamy do czynienia z tarciem, np. w łożyskach ślizgowych gdzie wydzielane ciepło musi zostać szybko odprowadzane aby nie dopuścić do wzrostu temp. i termicznego zniszczenia polimeru. Zapobiega się temu wykonując jeden z elementów ciernych z metalu. Polepszenie przewodności cieplnej można osiągnąć przez dodawanie jako napełniaczy proszków metalowych lub grafitowych.
rozszerzalność cieplna - około kilkanaście razy większa niż metali. Powoduje to kłopoty we współpracy z metalami poprzez niedopasowanie współpracujących ze sobą elementów w czasie zmizny temperatury.
przewodność elektryczna - polimery są doskonałymi izolatorami. Jest to efektem istnienia wiązań kowalencyjnych co powoduje, że nie istnieje wewnątrz materiału gaz elektronowy, który umożliwiałby przewodzenie. Zjawisko to eliminują w pewnym stopniu napełniacze - antystatyki. W warunkach laboratoryjnych możliwe jest uzyskanie tworzyw sztucznych o stosunku przewodności do ciężaru, lepszej niż miedzi jednak nie znalazły one szerszego zastosowania ze względów ekonomicznych.
11.Znane Ci grupy tworzyw termoplastycznych. Budowa, własności i zastosowanie polietylenu, polichlorku winylu, polistyrenu, poliamidów polimetakrylanu metylu, tworzyw fluorowych.
Tworzywa termoplastyczne stanowią ok.3/4 produkcji tworzyw sztucznych.
poliolefiny Polietylen PE (CH4)n surowiec do produkcji: ropa naftowa, gaz ziemny, etylen Polietylen o małej gęstości (PEmg, PE-LD) polietylen wysokociśnieniowy o budowie rozgałęzionej. Temperatura płynięcia ok.115łC, temp. Zeszklenia 0łC. Polietylen o wysokiej gęstości(PEdg, PE-HD) polietylen niskociśnieniowy o budowie prawie liniowej. Temperatura płynięcia ok.137łC, temp. Zeszklenia-20łC. Obydwa polimery charakteryzują się wysokim stopniem krystalizacji(do96%). Około 40% produkcji PE to folie, a reszta zostaje przetworzona metoda wtryskowa na opakowania produktów spożywczych, folie, izolacje przewodów, rury. Polipropylen PP najlżejszy z polimerów gęstość 0,9g/cm3,lepsze własności mechaniczne niż polietylen. Maksymalna temp. Pracy to100-130łC. Wykonuje się z niego sprzęt medyczny(można go sterylizować), strzykawki, zaworki, trójniki.
polichlorek winylu PVC (C2H3Cl)n. budowa liniowa(znikoma ilość odgałęzień bocznych od Łańcuta głównego). Głównego czystej postaci jest twardy i kruchy. PVC twardy 5-10 % zawartości plastyfikatory(winidur). Produkuje się z niego rury, dreny, ramy okienne, opakowania spożywcze; PVC miękki 10-60% zawartości plastyfikatory(igielit). Produkuje się z niego folie, węże ogrodowe, tapety. Wyroby z PVC SA mało odporne na wysokie temp. Powyżej 135łC może nastąpić rozkład termiczny, plastyfikatory podnoszą temp. Rozkładu, który wiąże się z wydzielaniem chloru.
polistyren PS twardy przezroczysty materiał, łatwo dający się barwić. Nie domieszkowany jest twardy, mało plastyczny, należy do najlepszych dielektryków. Wytwarza się z niego opakowania na produkty spożywcze(oprócz tłuszczy i alkoholi), sprzęt elektroniczny. Dzięki modyfikacji 10-15 % kauczukiem syntetycznym-butadienem, otrzymujemy polistyren wysoko udarowy SB, modyfikacja polepsza udarność oraz zmniejsza kruchość. Jako tworzywa konstrukcyjne używa się kopolimerów kopolimerów butadienem i akrylonitrylem o częściowo usieciowanych molekułach. Zastosowanie telefony, korpusy telewizorów, opakowania kosmetyków. Jeżeli dodamy do polistyrenu środki spieniające(heptan pentan) to otrzymamy styropian.
poliamidy PA charakteryzują się małym współczynnikiem tarcia, dużą odpornością chemiczna, proste w przetwarzaniu, możliwe jest stosowanie wielu technologii otrzymywania wyrobów: wtryskarki, polimeryzacja w formach, odlewanie od środkowe, natryskiwanie warstw i powłok. Zastosowanie 50 % to nici, tkaniny, liny, włókna pozostałe to elementy konstrukcyjne, koła zębate, śruby, nakrętki, łożyska (PA mają mały współczynnik tarcia dobrze wchłania smary). Stopień krystaliczności 30-50%, zapewnia korzystny stosunek wytrzymałości do plastyczności i udarności(na własności te ma wpływ ilość pochłoniętej wody). Całkowicie wysuszone tworzywo jest kruche i wrażliwe na uderzenia.
polimetakrylan metylu PUMA (pleksi, szkło organiczne, metapleks) bardzo przezroczyste tworzywo. Umożliwia to budowanie układów optycznych o mniejszym ciężarze niż z wykorzystaniem szkła. Różne stopnie twardości uzyskuje się przez zastosowanie różnych rodzajów zmiękczaczy. Metapleks jest odporny na działanie kwasów nieorganicznych nieorganicznych nie jest odporny na kwasy organiczne. Posiada bardzo dobre właściwości skrawalnicze umożliwiające jego szlifowanie oraz polerowanie. Szkło organiczne zastosowanie w lotnictwie, optyce, produkcji aparatury medycznej.
tworzywa fluorowe np. PTFE - politetrafluoroetylen (teflon). Duża odporność na działanie odczynników chemicznych, wysokiej temp. Pracy, wysokiej udarności i elastyczności, nie palne i niski współczynnik tarcia. Wady to mała odporność na pełzanie(występuje już przy 20łC), wysokie koszty wytwarzania, kłopoty przy przetwarzaniu(temp. Przetwórstwa ok.370łC jest bliska temp. rozkładu). Są to tworzywa miękkie, stosunkowo ciężkie. Własności zależne od stopnia krystaliczności (dochodzi do 96%) zależy od szybkości chłodzenia od 327łC. Zastosowanie: do wytwarzania aparatury chemicznej, uszczelek, pierścieni ślizgowych, powłok na garnkach.
12.Polimery termoutwardzalne fenolowe i aminowe - ich najpopularniejsze zastosowania (rezoteksy A, B, S; rezokard), porównanie własności.
Pod wpływem temperatury sieciują przechodząc w stan szklisty. Przed utwardzeniem maja konsystencje gęstego oleju lub proszku, stan utwardzenia jest stanem nieodwracalnym:
A: postać nieutwardzona bez napełniacza-żywice, z napełniaczem-tłoczywa
B: Postać utwardzona to zwykłe półwyroby: pręty, rury, profile, płyty, laminaty.
Tworzywa fenolowe
występują w postaci: żywic - stosowane są jako kleje do łączenia w wyższej temperaturze warstw papieru lub tkaniny; tłoczyw-jako napełniacze dla nich stosuje się mączkę drzewną, kaolin. Wyrabia się z nich drobne elementy elektrotechniczne.
Tworzywa aminowe
łatwo się je barwi na różne kolory, posiadają dobre własności klejące. Stanowią najczęściej warstwę zew. dekoracyjną. Używa się ich do produkcji laminatów warstwowych.
Rezokard
laminat tani, zakres temperatur do 120C, RM ok100MPa, stosowany do obudów rozdzielni elektrycznych. Wada, brunatny trudno zmieniany kolor.
Rezotekst (tekstolit)
dobrze tłumi drgania, temp. 90-100C, stosuje się na koła zębate (30000obr/min),wkładki do panewek. Duża udarność i wytrzymałość. Rezoteks A
wyższa temp.250C, udarowo do 3000C, niska przewodność cieplna(izolator).Rezoteks B
największa wytrzymałość mechaniczna Rm300MPa, stosowane do obwodów drukowanych, wada brązowa barwa.
13.Polimery chemoutwardzalne, własności i zastosowania poliestrów (polimale), żywic epoksydowych (epidiany).
Postać dwuskładnikowa, skł. zasadniczy (gęsty olej) i utwardzacz (mała lepkość, 0,1% obj. skł. zasd)Po zmieszaniu następuje sieciowanie skł. zasadniczego w czasie od kilku min. do kilku godzin. Podgrzewanie przyspiesza proces, norma to 24h. Stosowane jako kleje, szpachlówka.
Poliestry (3% ŚP) stosowane do laminatów, odlewów, uszczelnień, lakierów i klei. Słaba odporność chemiczna, mała wytrzymałość, maks. temp 60C, mała plastyczność. Zalety-niska cena, lekkość, odp. na korozje, łatwość formowania. Zastosowanie-kadłuby, boje, szalupy, breloczki i inna galanteria.
Żywice epoksydowe
bardzo drogie tworzywo, lecz własności powodują duże zapotrzebowanie. Polska nazwa "epidian1-6".Sprzedawany w postaci dwuskładnikowej w stosunku 1:10. Posiadają dużą masę cząsteczkową. Zalety: lepsza odporność chemiczna od poliestrów, twardość i wytrzymałość przy zachowaniu plastyczności, temp. Pracy 80-180C, dobre własności klejne. Zastosowanie: szpachlówki, materiały spieniane, powłoki ochronne, pasty regeneracyjne
14.Gumy
ogólne własności, rola siarki, technologia otrzymywania (wulkanizacja).
Gumy charakteryzują się dużą zdolnością do odkształceń odwracalnych, będących sumą odkształceń sprężystych sprężystych lepkosprężystych. Posiadają duży współczynnik Poissona, małą gęstość, mały moduł sprężystości, niewielką wytrzymałość na rozciąganie.
Guma jest produktem sieciowania (wulkanizacji) kauczuku naturalnego lub syntetycznego. Do sieciowania używa się siarki. Sieciowanie siarką przeprowadza się po uformowaniu wyrobu przez matrycę metodą wyciskania. Następnie tak uformowaną masę nagrzewa się w autoklawie przy 110-1600C przez czas od 5 do 10 minut, w tym czasie następuje wulkanizacja kauczuku. W skład gumy wchodzą też wypełniacze, zmiękczacze, pigmenty i antyutleniacze.
Zakres temperatur stosowania prostej gumy: -30 do 1300C. Zakres można zwiększyć przez dodanie dodatków od -70 do 2500C. Zastosowanie gumy: uszczelki, izolacja, dętki, opony, elementy tłumiące drgania.
15.Szkło
jego struktura, ogólne własności, obróbka cieplna.
Szło jest materiałem złożonym z krzemianów, borków, aluminatów oraz związków metali Ca, Mg, Ba, K, Na. Osnowę szklaną stanowi krzemionka SiO2. Szkło uzyskane z czystej krzemionki posiada wysoką temperaturę topnienia 17240C. Do szkła dodaje się borki i aluminaty alumnaty celu obniżenia temperatury topnienia do 8000C.
Własności szkła:
własności szkła:
gęstość 2,2
6,5 g/cm3
wytrzymałość na zginanie 50
120 MPa
wytrzymałość na rozciąganie 30
90 MPa
udarność
twardość 5
7
własności termiczne
własności optyczne: zwykłe szkło przepuszcza ok. 90% światła, odbija 9%, pochłania 1%; przy dużej zawartości Pb pochłania promienie ?.
odporność chemiczna: czysta krzemionka jest nieodporna chemicznie tylko na działanie kwasu HF. Po dodaniu innych metali odporność chemiczna zmniejsza się w zależności od zastosowanych dodatków
wytrzymałość termiczna: jest to zdolność do wytrzymywania bez zniszczenia określonej różnicy temperatur panującej po dwóch stronach płyty szklanej
większość szkieł: traci swe własności podczas eksploatacji w wilgotnym środowisku.

Obróbka cieplna szkła:
hartowanie
szkło płaskie hartuje się w celu polepszenia jego własności mechanicznych. Obróbkę tą przeprowadza się przez nagrzewanie do temperatur wyższych niż temperatury zeszklenia i równomierne chłodzenie. Hartowanie zwiększa wytrzymałość na zginanie do 8 razy oraz udarność do 7 razy, przyczyną zwiększenia wytrzymałość nie jest zmiana struktury, lecz odpowiednie usytuowanie naprężeń wewnętrznych.
wygrzewanie w cieczach krzemoorganicznych
wygrzewanie to powoduje dyfuzje atomów Si do warstwy wierzchniej wypłukiwanie z niej K i innych dodatków, co w efekcie daje bardzo twardą powierzchnię tak obrobionego szkła.
16.Rodzaje materiałów szklanych, ich własności i zastosowania.
Materiały ceramiczne otrzymuje się z wypalania glinu (zawierającego skaleń i krzemionkę). Mieszając te składniki otrzymujemy odpowiednie własności materiałów ceramicznych. Glina zapewnia formowalność wyrobu po rozrobieniu z wodą. Skaleń pełni funkcję topnika (obniża temperaturę topnienia), a krzemionka - wypełniacza. Ceramika poformowaniu i wypełnieniu zawiera pory powstałe w wyniku spiekania po wyparowaniu wody. Jej budowa jest częściowo krystaliczna a jej własności zależą w decydującym stopniu od składu miejscowej gliny. Materiały ceramiczne przy użyciu tlenków metali charakteryzują się wysoką temperaturą topnienia, nie ulegają utlenieniu, posiadają bardzo wysoką wytrzymałość na ściskanie.
Tlenki stosowane w ceramice i ich zstosowanie:
Al2O3
używany najczęściej 3 postaciach:
monokryształ
jubilerstwo, elektronika, narzędzia tnące
polikryształy
narzędzia tnące, materiały ścierne
ceramika korundowa
elementy wysoko temperaturowe, łożyska, świece samochodowe
MgO
skłonność do sublimacji, mała ?T, używany na tygle do wytopu
BeO
duża ?T, skłonność do sublimacji, środek trujący, używany w reaktorach jądrowych
ThO2 i UO2
używany w najwyższych temperaturach na tygle do wytopu, radioaktywny
SiC
używany na elementy grzewcze pieców, materiał ścierny, tygle do wytopu szkła kwarcowego, nie utlenia się
ZrO2
wadą jest występująca przemiana fazowa przy 10000C powodująca pękanie wyrobów, dodanie CaO i MgO likwiduje przemianę i pozwala na zastosowanie teo materiału na tygle do topienia metali, izolację cieplną oraz warstwę antyutleniającą na metalach

Rodzaje szkła:
Szkło bezpieczne jest to rodzaj specjalnego szkła, które w wyniku hartowania po rozbiciu rozpada się na małe kawałki o zaokrąglonych, nie kaleczących krawędziach.
Jednym z rodzajów tego szkła jest szkło zbrojone. Jest ono walcowane z wtopioną siatką metalową, co zapobiega rozpryskiwaniu się szkła przy pęknięciu. Szkło to jest głównie stosowane w budownictwie i motoryzacji (szyby samochodowe)
Szkło wodne jest to syropowatej gęstości ciecz będąca wodnym roztworem krzemianu sodu lub potasu. Stosowane jest do ochrony przeciwogniowej tkanin, papy, drewna i do wyrobów kitów i farb ognioochronnych.
Szkło ołowiowe jest łatwo topliwe i ma duży współczynnik załamywania światła. Z tego powodu służy do wyrobu kryształów i soczewek.
Szkło potasowe składa się głównie z K2O(tlenku potasu), CaO(tlenku wapnia) i SiO2(tlenku krzemu). Jest to szkło trudno topliwe, więc znalazło sobie zastosowanie w laboratoriach chemicznych. Jest ono niezastąpione, gdyż nawet na lekcjach chemii często ogrzewamy probówki do wysokich temperatur. Zwykłe szkło w tych warunkach odkształciłoby się i niemożliwe byłoby przeprowadzania doświadczeń laboratoryjnych.
Szkło sodowe ma natomiast niską temperaturę topnienia. Składa się głównie z tlenku: sodu, wapnia i krzemu. Ma bardzo duże zastosowanie w życiu codziennym. Z pewnością sami nie zdajemy sobie sprawy, jak często się z nim spotykamy. Szkło to służy do wyrobu sprzętów codziennego użytku takich jak: szklanki, naczynia i szyby okienne. Również stosujemy je do produkcji opakowań szklanych; butelek i słoików.
Szkło kwarcowe składa się głównie z tlenku krzemu. Jest trudno topliwe. Ma dużą odporność na zmiany temperatury. Cechuje je też dobra przepuszczalność promieni widzialnych. Szkło kwarcowe znalazło sobie zastosowanie w produkcji naczyń laboratoryjnych i elementów aparatury optycznej. Jednak głównie służy do produkcji lamp kwarcowych.
Szkło artystyczne kształtuje się na gorąco z masy płynnej. Wyroby szklane dekoruje się emaliami i złoceniem, szlifowaniem, grawerowaniem, punktowaniem i rysowaniem diamentem. Można też trawić powierzchnię kwasem i matować piaskiem. Współcześnie w wytwarzaniu szkła artystycznego wykorzystuje się przede wszystkim możliwości, które oferuje sam materiał.
Kształtowanie szkła ciekłego daje w efekcie nowe, bogate formy przedmiotów. Produkcja ta może odbywać się automatycznie przy użyciu maszyn lub własnoręcznie.
Przedmioty wykonane przez artystę rzeźbiarza mogą stać się dziełem sztuki. Istnieje już nawet Muzeum Szkła Artystycznego w Murano; mieście, w którym przed wiekami zaczęto produkować szkło.