Tworzywa sztuczne wykład 2 (16.10.2014):

1. Polimery - Tworzywa sztuczne - Plastiki

Polimery - związki wielocząsteczkowe o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami. Przez bardzo duża masę cząsteczkową rozumie się zwykle taką sytuacje gdy odjecie lub przyłączenie jednego Meru nie zmienia w zasadniczym stopniu ogólnych własności chemicznych i fizycznych związku chemicznego.

Polimeryzacja to reakcja, w wyniku której związki chemiczne o małej masie cząsteczkowej zwane monomerami lub mieszanina kilku takich związków reagują same ze sobą aż do wyczerpania wolnych grup funkcyjnych w wyniku czego powstają cząsteczki o wielokrotnie większej masie cząsteczkowej od substratów, tworząc polimer.

Rozróżniamy polimeryzację - łańcuchową (addycyjna) (rodnikowa, kationowa, anionowa, koordynacyjna)

- polimeryzacja stopniowa (polikondensacje)

Polimery - Tworzywa sztuczne - Plastiki

Tworzywa sztuczne - materiały, w których oprócz podstawowego składnika (polimeru) znajdują się inne substancje chemiczne takie jak - napełniacze (polepszają własności mechaniczne, sztywność, odporność cieplną, właściwości elektroizolacyjne lub prądoprzewodzące, obniżają cenę gotowanego wyrobu)

- nośniki

- stabilizatory (poprawiają stabilność termiczną, przeciwdziałają rozpadowi polimeru pod wpływem tlenu i promieniowania ultrafioletowego)

- zmiękczacze - plastyfikatory (ułatwiają przetwórstwo oraz modyfikują mechaniczne i cieplne właściwości tworzyw

- anty-utleniacze, barwniki (nadają wyrobowi barwę)

- pigmenty

- antystatyki

Charakterystyka =

- Termoplasty w wyniku podgrzania przechodzą w stan płynny

- Duroplasty nie przechodzą w stan płynny, nierozpuszczalne

- Elastomery odznaczają się duża odkształcalnością i sprężystością

Termoplasty dzielimy na:

- Bezpostaciowe (PVC, PS, PMMA, PC, PSU, PPO)

- Krystaliczne (PE, PP, PA, PET, POM, PTFE, PBT, PI, PEK)

POLIPROPYLEN (PP)

W zależności od składu katalizatora i warunków reakcji:

Odmiany :

- polipropylen Izo taktyczny (uporządkowana budowa przestrzenna, wysoki stopień krystaliczności, b. dobre własności mechaniczne, b. wysoka odporność chemiczna)

- wzmocniony - wysoko udarowy

- Polipropylen ataktyczny (nierozpuszczalna budowa przestrzenna, własności podobne do gumy, nie jest stosowany do celów konstrukcyjnych, dodatek do produktów bitumicznych (papy, izolacje antykorozyjne)

W zależności od rodzaju i ilości dodatków można otrzymać z tego samego polimeru różne tworzywa o odmiennych właściwościach

Właściwości: - łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie

- odporny na uderzenia, duża udarność

- bardzo dobry elektroizolator

- Mała chłonnośc wody

- rozpuszcza się na gorąco w benzynie i toulenie.

Porównanie Polipropylenu z PE:

- mniejsza gęstość

- większa odporność termiczna

- wyższa odporność na uderzenia w niskiej temp

- większa wytrzymałość

- większy moduł sprężystości

- większa twardość,

- mniejsza odporność na utlenianie, polipropylen łatwiej ulega procesowi starzenia niż polietylen

- wyższe koszty produkcji

- dobre właściwości elektryczne w połączeniu z innymi właściwościami powodują, że polipropylen ma szerokie zastosowanie w przemyśle elektrycznym

Polipropylen PP zastosowanie:

- Opakowanie spożywcze, farmaceutyczne

- elementy aparatury i sprzętu medycznego

- pojemniki na chemikalia

- rury do ciepłej wody

- elementy konstrukcyjne

- włókna (tkaniny, odzież przemysłowa, worki)

- sieci rybackie, sznury

- wirniki wentylatorów

- wyposażenie domów (futryny, ramy okienne, wanny, brodziki, ścianki działowe)

- przemysł samochodowy - tablice rozdzielcze

- tory kręglarskie

POLICHLOREK WINYLU :

Otrzymuje się przez polimeryzację chlorku winylu trzema metodami

1 - polimeryzacja emulsyjna

2 - polimeryzacja dyspersyjna

3 - polimeryzacja w masie

Odmiany : PVC twardy - zawierający 5% plastyfikatora

PVC miękki - zawierający 40-70 % plastyfikatora

Właściwości: - łatwe przetwórstwo, wytłaczanie, wtryskiwanie

- dobra odporność chemiczna (bardziej na stężone kwasy i zasady niż na ich wodne roztwory)

- Mała wytrzymałość cieplna

- łatwość mieszania z plastyfikatorami i napełniaczami

- dobra wytrzymałość mechaniczna

- niska cena surowców

PVC twardy: Cena : 0,79

Gęstość: 1,35 - 1,55

Model sprężystości: 2410 - 4140

Wytrzymałość na rozciąganie: 34,5 - 62

Temperatura odzyskiwania: -10 - +70

PVC miękki: Cena : 0,64

Gęstość: 1,19-1,28

Model sprężystości: 20-50

Wytrzymałość na rozciąganie: 16-28

Temperatura odzyskiwania: -20 - + 42

Zastosowanie:

- rury dla przemysłu chemicznego

- przewody odwadniające

- rury do przesyłania zimnej wody i gazu

- ramy okienne i drzwiowe

- zsypy do odpadów

- wykładziny

- płyty i folie

- części aparatury chemicznej

- wykładziny wanien galwanizerskich

- instalacje wentylacyjne

PLASTYFIKACJA - polega na domieszkowaniu polimeru będącego głównym składnikiem tworzyw sztucznych różnego rodzaju substancjami, które nadają im elastyczność, powodują że są mniej kruche i obniżają temperaturę ich zeszklenia. Plastyfikacji poddaje się polimery w których istnieją silne oddziaływania międzycząsteczkowe, prowadzące do ich nadmiernej w stosunku do potrzeb sztywności i kruchości.

Plastyfikatory - substancje powodujące ten efekt działają generalnie na trzy sposoby:

- osłabiają oddziaływania międzycząsteczkowe między cząsteczkami polimerów poprzez proste odseparowanie ich od Siebie w przestrzeni

- zmniejszają stosunek udziału fazy krystalicznej do amorficznej w masie stopu polimeru

- ujednolicają mikrostrukturę polimeru - przez utrudnianie procesu ich krystalizacji

POLISTYREN (PS)

Proponowane odmiany:

- Homopolimer - PS niskoudarowy

- Piankowy polistyren

- Polistyren wysokoudarowy

- Kopolimery styrenu

Łatwość formowania, ładny wygląd gotowych wyrobów, doskonałe własności dielektryczne, dobra odporność chemiczna, łatwośc kopolimeryzacji, własności mechaniczne zależą od ciężaru cząsteczkowego oraz od temperatury, maleją ze zbliżeniem się jej do temperatury pięknienia, wytrzymały cieplnie, najlżejsze z termoplastów, tworzywo twarde, kruche, przeźroczyste, rozpuszczalność cieplna PS jest ośmiokrotnie większa niż stali

Cena : 0,68 - 0,74

Gęstość: 1,04 - 1,05

Model sprężystości: 3000 - 3500

Wytrzymałość na rozciąganie: 32 - 60

Temperatura odzyskiwania: -10 - +90

Zastosowanie: części samochodowe, lodówki, szpule włókiennicze, w przemyśle elektronicznym, pianki do elementów budowlanych, opakowania

KOPOLIMER STYREN/AKRYLONITRYL (SAN)

- 20-30 % AN - wzrost wł chemicznych i mechanicznych

- duża przeźroczystość, mała udarność

- wzrostu udziału akrylonitrylu powoduje zwiększenie odporności chemicznej SAN przy równoczesnym zwiększeniu tendencji do żółknięcia kopolimeru w podwyższonej temperaturze

- kopolimery SAN charakteryzują się lepsza odpornością cieplną od polistyrenu

- podobny do PMMA ale tańszy

SAN: Cena : 1,09

Gęstość: 1,06-1,08

Model sprężystości: 3500 - 3800

Wytrzymałość na rozciąganie: 70-80

Temperatura odzyskiwania: -20 - +90

POLIWĘGLANY (PC) - są polimerami bezpostaciowymi w odpowiednich warunkach krystalizują zawierające w łańcuchu głównym ugrupowanie

Właściwości :

- bardzo wysoka udarność

- Mała chłonność wody i odporność na hydrolizę

- bardzo wysoka zdolność cieplna

- nieodporny na zasady

- odporny na działanie rozcieńczonych kwasów

- odporność termiczna

- odporność na pełzanie

- mała odporność na rozpuszczalniki

- wysoka temperatura przetwórstwa

Zastosowanie:

- pokrycia zasłony pokrywy

- pokrywy akumulatorów

- obudowy komputerów

- okna,

- wykładziny wewnętrzne

- w budowie maszyn

- wykładziny w maszynach

- części maszyn do szycia i robotów kuchennych

- cokoły lamp

- szkło wystawowe

- szablony literowe

- części techniczne

POLI(METAKRYLAN METYLU) (PMMA)

- otrzymuje się przez polimeryzację monomeru metodą blokową podczas formowania wyrobu

- tworzywo to jest najcześciej bardzo dobrej przepuszczalności światła widzialnego powyżej 92 % PMMA

PVC twardy: Cena : 2,16-2,62

Gęstość: 1,17 - 1,30

Model sprężystości: 1800 - 3100

Wytrzymałość na rozciąganie: 28 - 76

Temperatura odzyskiwania: -40 - +90

POLIAMIDY ( PA ) - są to związki wielkocząsteczkowe zawierające w łańcuchu głównym ugrupowania amidowe. Ze względu na duża ilość substancji wyjściowych monomerów stosowanych do otrzymywania PA wyróżnia się wiele odmian tych tworzyw - PA6, PA6,6 PA12 PA6,10

Poliamidy są semikrystaliczne - stopień krystaliczności zawiera najczęściej od 30 do 50 % w zależności od parametrów przetwórstwa chłodzenia.

POLIACETALE (PAC) to polimery które w łańcuchu głównym posiadają wiązanie acetalowi

Właściwości : ????

Zastosowanie: łożyska

- koła zębate

- dźwignie

- rury

- zbiorniki

- naczynia

POLIOKSYFENYLEN (PPO)

- dużą stałość wymiarów i małą podatność do pełzania pod obciążeniem,

- dobre właściwości mechaniczne w niskich i wysokich temperaturach,

- wysoką odporność termiczną (maksymalna temperatura użytkowania wynosi 150CC),

- małą chłonność wody (0,06% po 24 h),

- niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (niewiele ponad dwukrotnie większy niż metali kolorowych),

- niepalność i nietoksyczność,

- małą zmienność właściwości dielektrycznych w szerokim zakresie

temperatury i częstości prądowych,

- niską gęstość (1,06 g/cm5).

Zastosowania:części w przemyśle motoryzacyjnym i urządzeniach AGD, obwody drukowane, przekaźniki i przełączniki elektryczne, rury, zawory, pomp

Politereftalan Etylenu PET jest to termoplastyczny poliester o wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz posiada wysoką stabilność wymiarową.

Bardzo mocny i sztywny, dobre właściwości suwne, dobry izolator elektryczny, wysoka odporność na ścieranie, niska odporność na gorącą wodę, wysoka stabilność wymiarowa, łatwo obrabialny i można polerować, odporny na kwasy i rozpuszczalniki.

Łożyska cierne, koła przekładni, rolki, części maszyn spożywczych, części odporne na płyny i gaz, uszczelki, włączniki, części do przemysłu elektrycznego.

Polisulfony, PSU,

Polisulfony wykazują odporność na działanie nieorganicznych kwasów i zasad. Mają doskonałe własności dielektryczne i mechaniczne, są odporne na działanie czynników atmosferycznych i termicznych. Rozpuszczają się w chlorowcopochodnych węglowodorów.

Posiadają możliwość modyfikacji własności poprzez wprowadzanie grup jonoczynnych. Z polisulfonów wykonuje się membrany do ultrafiltracji, elementy aparatów pomiarowych.

Tworzywo krystaliczne. Gęstość 1.24 g/cm3. Bardzo wysoka stabilność temperatura oraz zakres użytkowania. Bardzo dobre właściwości mechaniczne. Odporny na hydrolizę, przezroczystość, dobre właściwości dielektryczne, odporność na promieniowanie. Obojętność fizjologiczna. Odporne na działanie wodnych roztworów kwasów nieorganicznych, alkaliów, soli, węglowodorów alifatycznych. Nieodporne na działanie ketonów, związków aromatycznych, chlorowanych węglowodorów. Możliwość sterylizacji.

Części zmechanizowanych urządzeń AGD. Odporne na wysokie temperatury elementy w przemyśle motoryzacyjnym, optycznym i lotniczym. Korpusy cewek, kondensatory, izolatory, płyty filtracyjne, wymienniki ciepła, złączki.

PPS POLISIARCZEK FENYLENU jest semikrystalicznym, termoplastycznym tworzywem sztucznym konstrukcyjnym wykorzystywanym do komponentów, które wymagają stabilności termicznej do 200ºC.

Tworzywo jest stabilne wymiarowo, posiada wysoki wskaźnik odporności na związki chemiczne, dobrą odporność na pełzanie, niski współczynnik absorbcji wilgoci pozwala na wykorzystanie PPS jako izolatora elektrycznego w wilgotnym środowisku pracy.

Nie są znane rozpuszczalniki, które wywołują reakcje z tworzywem do 200ºC. PPS jest również obojętne na parę wodną, silne zasady, paliwa i kwasy.

PPS rzadko jest używany do łożysk i aplikacji ciernych choć posiada wysoką odporność na tarcie dodatkowo w agresywnym środowisku chemicznym.

Główny obszar zastosowań tego tworzywa to elektronika i elektrotechnika, technika konstrukcji precyzyjnych, budowa maszyn, urządzeń, pojazdów, chemiczny, budowa pomp oraz armatura.

Tworzywo pozwala się przetwarzać metodami:

- wtrysku

- obróbki wiórowej ( narzędziami do metalu!), zaleca się chłodzenie powietrzem

Politetrafluoroetylen, PTFE, -[-CF2-CF2-]n-), produkt polimeryzacji tetrafluoroetylenu, termoplast. Ma budowę liniową, jest białym woskowym proszkiem. Gęstość 2,1-2,3 g/cm3, temperatura topnienia 327°C.

Politetrafluoroetylen wykazuje odporność na wysokie i niskie temperatury oraz działanie większości znanych odczynników chemicznych (w tym m.in. wody królewskiej), jest niepalny, posiada dużą wytrzymałość mechaniczną i sprężystość. Posiada mały współczynnik tarcia i adhezji, jest izolatorem.

Jest stosowany w lotnictwie (samoloty odrzutowe) oraz w przemysłach: chemicznym, radiotechnicznym, maszynowym, papierniczym, włókienniczym, farmaceutycznym, spożywczym. Fluoropolimerowy materiał, który jest wodo- i wiatroodporny, a jednocześnie oddychający, tak jak i ubrania wykonane z tego materiału, oznaczane są zarejestrowanym znakiem towarowym "GORE-TEX", należącym do spółki W.L. Gore & Associates.

POLIAKRYLOKETONY (PEK i PEEK) są polimerami termoplastycznymi zawierającymi w łańcuchu pierścienie aromatyczne połączone mostkami eterowymi i ketonowymi

ELASTOMERY wulkanizujące (gumy)

- są tworzywami elastycznymi powstałymi w wyniku wulkanizacji kauczuku naturalnego lub syntetycznego, cechują się duża odkształcalnością dochodząca do 200% oraz niewielkim modułem sprężystości 1-4 MPA, charakteryzują się pamięcią kształtu nie topią się nie zgrzewają i nie rozpuszczają, mogą być spęczane i wulkanizowane na gorąco.

mała gęstość ( < 2 g/cm3)

złe przewodnictwo cieplne i elektryczne

znaczna (w porównaniu z metalami) rozszerzalność cieplna

niezbyt wysoka maksymalna temperatura stosowania ( < 300°C)

dobre własności mechaniczne, które jednak wyraźnie pogarszają się w miarę przedłużania czasu działania naprężeń i wzrostu temperatury.

===Elastomery termoplastyczne===

POLIURETANY (PUR) cechą charakterystyczną poliuretanów jest specyficzna segmentowa blokowa budowa łańcucha. Makrocząsteczki składają się z naprzemiennie z segmentów sztywnych i elastycznych (giętkich).

Właściwości: - PUR sztywne wykazują duży moduł sprężystości, wytrzymałość na zginanie i rozciąganie oraz dobrą udarność w szerokim zakresie temperatur

- odporne na hydrolizę oraz działanie materiałów pędnych

- wyjątkowa odpornośc na ścieranie

- dobre właściwości termoizolacyjne

DUROPLASTY dzielimy na Chemoutwardzalne i Termoutwardzalne

Chemoutwardzalne - ulegają utwardzeniu już w temperaturze pokojowej pod wpływem działania tzw utwardzaczy. Reakcja ta przebiega z większą prędkościa w temperaturach podwyższonych

Termoutwardzalne - podczas ogrzewania początkowo miękną lecz przetrzymywane w podwyższonej temperaturze utwardzają się nieodwracalnie

Żywice epoksydowe - rodzaj jedno- lub dwuskładnikowych żywic syntetycznych, które są zdolne do tworzenia nietopliwych i nierozpuszczalnych tworzyw sztucznych na skutek reakcji sieciowania z udziałem ugrupowań epoksydowych.

Składnikami żywic epoksydowych są zwykle polifenole, rzadziej poliglikole, oraz epichlorohydryna lub oligomery posiadające na końcach ugrupowania epoksydowe.

Żywica epoksydowa jest, zależnie od masy cząsteczkowej i struktury lepką cieczą lub topliwym ciałem stałym, rozpuszczalnym w ketonach i węglowodorach aromatycznych. Utwardzona żywica epoksydowa staje się nierozpuszczalna i nietopliwa, bardzo przyczepna do prawie wszystkich materiałów oraz względnie chemoodporna.

Żywice epoksydowe są stosowane jako lepiszcze laminatów konstrukcyjnych, do zalewania elementów elektrycznych, jako kleje do metali oraz jako surowiec do budowy form twardych.

Fenoplasty - tworzywa sztuczne na bazie żywic fenolowo-formaldehydowych, które otrzymywane są w wyniku polimeryzacji fenolu i formaldehydu.

Fenoplasty charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi, dielektrycznymi i termicznymi. Fenoplasty wykorzystuje się do:

wyrobu galanterii, uchwytów narzędzi, form - w postaci żywic lanych produkcji części elektrotechnicznych, obudów aparatów telefonicznych, radiowych i fotograficznych - w postaci tłoczyw do prasowania na wyroby powszechnego użytku do produkcji okładzin ciernych hamulców i sprzęgieł - w postaci tłoczyw zawierających azbest i opiłki metalowe dodatków do lakierów, klejów, kitów, spoiw zwłaszcza do laminatów.

---