Przebieg ćwiczenia

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest:

Zapoznanie się z tworzywami sztucznymi

Poznanie klasyfikacji polimerów

Poznanie właściwości termicznych i mechanicznych

Identyfikacja polimerów na podstawie wygląd zewnętrznego, rozpuszczalności w rozpuszczalnikach i próby spalania

2. Czynności:

1. Obserwacja próbek

2. Ocena wyglądu fizycznego i właściwości mechanicznych

3. Próby rozpuszczalności i spalania

4. Ocena stanu wizualnego po wyjęciu z rozpuszczalnika i z płomienia

3. Materiały, próbki, aparatura:

4. Wyniki (wzory, obliczenia, tabele, rysunki, fotografie):

Wykres nr 1

Nazwa tworzywa	Gęstość [g/cm^3]	Zachowanie w płomieniu	Wygląd płomienia	Zapach po zgaszeniu próbki	Zachowanie w rozpuszczalnikach
Polietylen (PE)	0.92 - 0.96	Po zapaleniu pali się sam	Świecący, z niebieskim środkiem	Palonej parafiny	W temperaturze pokojowej nie rozpuszczalny we wrzącym toluenie, wytrąca się po ochłodzeniu
Polipropylen (PP)	0.89 - 0.91	Po zapaleniu pali się sam	Święcący, z niebieskim środkiem		W temperaturze pokojowej nie rozpuszczalny we wrzącym toluenie, wytrąca się po ochłodzeniu
Poli(chlorek winylu) (PVC)	1.38	Pali się w płomieniu, gaśnie poza	Żółty, zielony na brzegach, białe dymy, ewentualnie zielone iskry	Chlorowodoru	Rozpuszczalny w cykloheksanonie, i tetrahydrofuranie
Polistyren (PS)	1.08	Po zapaleniu pali się sam	Świecący, silnie kopcący	Charakterystyczny, słodko - kwiatowy	Łatwo rozpuszczalny w acetonie, CCl4
Poli(metakrylan metylu) (PMMA)	1.19	Po zapaleniu pali się sam	Świecący, trzeszczący	Przypominający czosnek	Rozpuszczalny w wielu rozpuszczalnikach
Poliwęglan (PC)	1.20	Pali się w płomieniu, gaśnie poza	Świecący, kopcący, próbka zwęgla się, tworzą się pęcherze		Rozpuszczalny w chlorku metylenu, cykloheksanonie, krezolu
Poliamid (PA)	1.02 - 1.14	Nie podtrzymuje palenia	Świecący, niebieskawy, z żółtym brzegiem, kapie, powstają banieczki i ciągnące się nitki	Palonego rogu	Rozpuszczalny w stężonym kwasie mrówkowym, fenolu, kwasie solnym
Politetrafluoroetylen (PTFE)	2.1 - 2.25	Nie pali się			Nie rozpuszczalny
Silikony	1.30	Żarzy się	Biały jasny płomień, wydziela się biały osad (krzemionka)
Poliuretany (PU)	1.21	Po zapaleniu pali się sam	Świecący	Ostry, charakterystyczny	Rozpuszczalny w DMF
Polioksymetylen (POM)		Pali się	Słabo widoczny, niebieskawy	Zapach formaliny
Żywica fenolowa	1.34 - 1.40	Nie pali się, niektóre palą się w płomieniu	Gdy się palą - płomień jasny, kopcący	Fenolu, formaldehydu	Rozpuszczalny w stężonym ługu, etanolu, acetonie tylko w przypadku żywic
Tworzywa aminowe - melaminowe		Nie pali się, zwęgla się	Często białe brzegi

5. Wnioski:

Tworzywa sztuczne są to materiały użytkowe otrzymane na bazie polimerów, powstałe w wyniku połączenia ich z różnymi dodatkami. Zadaniem dodatków polimerowych jest modyfikacja własności polimeru i wykreowanie nowego materiału użytkowego. Jako dodatki polimerowe stosuje się: 

Jako dodatki polimerowe stosuje się:
- Napełniacze - polepszają własności mechaniczne, sztywność, odporność cieplną, właściwości elektroizolacyjne lub prądoprzewodzące; obniżają cenę gotowego wyrobu 
- Stabilizatory - poprawiają stabilność termiczną, przeciwdziałają rozpadowi polimeru pod wpływem tlenu i promieniowania ultrafioletowego, 
- Zmiękczacze (plastyfikatory) - ułatwiają przetwórstwo oraz modyfikują mechaniczne i cieplne własności tworzyw, 
- Barwniki, pigmenty - nadają wyrobowi barwę 
- Antystatyki - eliminują elektryzowanie się tworzywa przez modyfikację jego właściwości powierzchniowych, 
- Antypireny - opóźniacze palenia, wywołują efekt samogaśnięcia tworzywa

Tworzywa sztuczne klasyfikuje się na wiele sposobów, w zależności od przyjętego kryterium podziału. 
Jednym ze stosowanych systemów podziału tworzyw sztucznych jest klasyfikacja w zależności od pochodzenia bazowego polimeru. Według tego kryterium, tworzywa dzielimy na 

- naturalne modyfikowane np. 
pochodne celulozy - celuloid, wiskoza 
pochodne kazeiny - galalit (sztuczny róg)

- syntetyczne, czyli otrzymywane na drodze polireakcji np. 
polietylen (PE), 
polistyren (PS), 
żywice epoksydowe (EP), 
poliamidy (PA).

Klasyfikacja materiałów polimerowych
Często stosowaną klasyfikacją tworzyw sztucznych jest podział technologiczny, ze względu na własności technologiczne, które wiążą się z własnościami użytkowymi. Głównym kryterium podziału w tej klasyfikacji jest zachowanie się polimeru w temperaturze pokojowej określone na podstawie zależności naprężenie-odkształcenie

(rysunek nr 1)

Elastomery –cechuje je zdolność do odwracalnej deformacji pod wpływem działania sił mechanicznych, z zachowaniem ciągłości ich struktury. Elastomer posiada zdolność zmiany w szerokim zakresie swoich wymiarów w momencie gdy jest poddawany naprężeniom rozciągającym, ścinającym lub ściskającym oraz następnie powrót do poprzednich wymiarów. Np. niektóre rodzaje gum opartych na kauczukach silikonowych można rozciągnąć o 1000% pierwotnych wymiarów bez zerwania. Zdolność elastomerów do zmiany wymiarów wynika z ich specyficznej budowy chemicznej. Elastomery są usieciowanymi polimerami amorficznymi, które posiadają niską temperaturę zeszklenia, dużo poniżej temperatury pokojowej.

Plastomery- polimery (tworzywa sztuczne) charakteryzujące się małym odkształceniem w temperaturze pokojowej przy zachowaniu własności sprężystych; zeszklenie zachodzi powyżej temperatury pokojowej.

Termoplasty - w podwyższonej temperaturze przechodzą w stan plastyczny, czyli miękną i dają się kształtować. Po ochłodzeniu twardnieją zachowując nadane im kształty i odzyskują pierwotne własności. Cykl uplastycznienia można powtarzać kilkakrotnie. Ze względu na postać łańcucha polimerowego termoplasty dzielą się na dwie podgrupy: krystaliczne i amorficzne. Łańcuch polimerów krystalicznych przybiera postać lamelarną lub rektalną natomiast termoplasty amorficzne mają łańcuch ukształtowany w postaci kłębka (Rys.3).

Duroplasty - w podwyższonej temperaturze i/lub pod wpływem utwardzaczy przekształcają się w produkt usieciowany (nietopliwy i nierozpuszczalny). Ponowne ogrzewanie może spowodować rozkład chemiczny polimeru. W zależności od sposobu utwardzania duroplasty dzielą się na termoutwardzalne i chemoutwardzalne. 

Zalety materiałów polimerowych

- Mała gęstość (i w związku z tym niski ciężar)
- Wysoka wytrzymałość właściwa (stosunek wytrzymałości do ciężaru właściwego)
- Dobre właściwości elektroizolacyjne
- Dobra lub bardzo dobra odporność na działanie czynników chemicznych
- Łatwość formowania detali o skomplikowanych kształtach
- Dobry wygląd otrzymanych detali (barwa, połysk, faktura powierzchni)

Wadami materiałów polimerowych są:

- Wytrzymałość mechaniczna gorsza niż metali
- Niska odporność na pełzanie
- Mała stabilność kształtu (spowodowana małą sztywnością)
- Duża rozszerzalność cieplna
- Mała odporność cieplna
- Mała twardość
- Niska wytrzymałość na działanie promieni UV

Cel identyfikacji - określenie polimeru, który stanowi zwykle główny składnik analizowanego tworzywa.

Tok postępowania zmierzający do identyfikacji tworzyw sztucznych:
A) Ocena wyglądu zewnętrznego:
- Barwa
- Przezroczystość
- Rodzaj powierzchni (gładka/chropowata)
B) Ocena podstawowych własności mechanicznych
- Odkształcalność
- Odporność na zarysowania
C) Oznaczanie gęstości
D) Ocena odporności na czynniki chemiczne
E) Próba palności/próba płomieniowa

Zastosowanie tworzyw sztucznych

Materiały tradycyjnie stosowane są do produkcji różnego rodzaju opakowań, różnych folii, (worki, torby i torebki, folia do pakowania), Butelek, elementów wyposażenia wnętrz, wykładzin podłogowych, ram okien i drzwi. Stosowane są także jako pokrycia dachowe. Z PVC produkuje się poręcze, listwy podłogowe. Tworzywa sztuczne stosowane są nawet do produkcji tapet, szczególnie tych o specjalnych własnościach, np. izolacyjnych. Wykorzystywane są też do produkcji

Rur. Z folii PVC otrzymuje się także różnego rodzaju doniczki i cienkościenne nakładki, służące jako osłony roślin przed szkodliwymi czynnikami, szczególnie przed niskimi temperaturami. Coraz bardziej powszechne stają się także naczynia z tworzyw sztucznych i włókna syntetyczne.