1) Reakcje powstawania Tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne, zwane także plastomerami są materiałami na podstawie polimerów syntetycznych, otrzymywanych w wyniku polireakcji z produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego lub polimerów naturalnych, uzyskiwanych przez chemiczną modyfikację produktów pochodzenia naturalnego (celuloza, kauczuk, białko). Zwykle zawierają określone dodatki barwników lub pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy (plastyfikatorów), antyutleniacza itd.
2) Podziały tworzyw sztucznych wraz z opisami grup
Według sposobu powstawania, tworzywa sztuczne dzielą się na:
polimeryzacyjne;
polikondensacyjne;
poliaddycyjne.
Przy czym za podstawę klasyfikacyjną 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. Tą metodą otrzymuje się m.in. polichlorek winylu, polistyren, polioctan winylu, polimekrylan metylu i polietylen.
Polikondensacja polega na stopniowej kondensacji monomerów i zachodzi z wydzieleniem produktów ubocznych (np. wody, amoniaku, dwutlenku węgla, metanolu i in.). w związku z tym skład chemiczny polikondensatu różni się od składu chemicznego monomeru. W wyniku polikondensacji otrzymuje się żywice fenolowe, aminowe, poliestrowe oraz większość poliamidów.
Poliaddycja jest polireakcją stopniową podobnie jak polikondensacja, ale bez wydzielania produktów ubocznych. Często natomiast towarzyszy jej przemieszczanie atomu wodoru w monomerze, przez co budowa meru w polimerze różni się od budowy monomeru. Przykładem poliaddycji jest otrzymywanie żywic epoksydowych i poliuretanów.
Ze względu na budowę, makrocząsteczki dzielą się na:
a)Liniowe;
b)Rozgałęzione;
c)Usieciowane (trójwymiarowe).
Makrocząsteczki liniowe powstają z cząstek dwufunkcyjnych, a odległość ich jest 100 do 1000 razy większa od ich średnicy.
Makrocząsteczki rozgałęzione powstają z cząstek dwufunkcyjnych oraz nieznacznej ilości cząstek trójfunkcyjnych lub przykładowych zanieczyszczeń, ewentualnie na skutek ubocznych reakcji w łańcuchu głównym. Efektem jest pewna liczba krótszych lub dłuższych łańcuchów odgałęziających się od łańcucha głównego.
Makrocząsteczki usieciowane o złożonym układzie trójwymiarowym, powstają z monomerów dwu-i więcej funkcyjnych, w wyniku wytworzenia poprzecznych powiązań między łańcuchami. Budowa makrocząsteczek istotnie wpływa na własności polimerów.
3) Dodatki w procesie produkcji i do czego służą
Zmianę własności wytrzymałościowych i innych uzyskujemy poprzez dodanie następujących domieszek :
Napełniacz - jest to substancja dodawana do podstawowego tworzywa sztucznego w celu zmiany własności i powiększenia objętości . Dodatki te mogą być obojętne lub aktywne. Przykłady: azbest , mączka drzewna , mączka kamienna , mika ( polepszenie własności elektroizolacyjnych ), grafit , pył metalowy , ziemia okrzemkowa , krzemiany (napełnienie kauczuków ), siarczany metali ziem alkalicznych , cynku , ołowiu , glinu , krzemionka , glinokrzemiany , sodą i inne.
Nośniki - są to napełniacze w postaci taśmy , nitek lub tkanin. Mogą to być arkusze papieru , metalowe albo pojedyncze włókna lub skrawki.
Utwardzacz - jest to substancja powodująca utwardzanie żywic. W zależności od rodzaju zastosowanego utwardzacza proces polegający na tworzeniu silnych przestrzennych wiązań w cząsteczce , zachodzi w temperaturze pokojowej lub podwyższonej .
Przykłady : kwas benzenosulfonowy , sulfonowane związki nadtlenowe , mocne kwasy nieorganiczne i paraformaldehyd ( utwardzanie na zimno żywicy fenolowej ) , formaldehyd , sześciometylenoczteroaminę , słabe kwasy, słabe zasady ( utwardzanie na gorąco ż. fenolowej ) , sole amonowe- chlorek , dwufosforan - reagujące z grupami OH żywicy , kwasy organiczne i nieorganiczne , które reagują szybciej ( utwardzacz ż. mocznikowo formaldehydowej ).
Przyspieszacz - jest katalizatorem utwardzania,
Stabilizator - substancja zapewniająca niezmienność własności podczas przetwórstwa i eksploatacji ,
Smary - dodajemy dla ułatwienia kształtowania ,
Barwniki - dodajemy w celu uzyskania ładnych kolorów przedmiotów.
4) Budowa makrocząsteczek
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). Ilość ośrodków reaktywnych określa funkcyjność monomeru i bezpośredni wpływ na budowę makrocząsteczki. Na przykład, chlorek winylu jest monomerem dwufunkcyjnym, podobnie jak styren.
5) Materiały kompozytowe
Materiał kompozytowy (lub kompozyt) - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów. Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z kompenentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu.
TWARDOŚĆ
Opis metody
Metoda Brinella. Pomiar twardości metodą Brinella polega na wciskaniu w badany materiał twardej kulki o średnicy D, działając na nią siłą F zależną od średnicy D i twardości badanego materiału, a następnie (po obciążeniu)- na zmierzeniu średnicy d odcisku, w celu określenia powierzchni odcisku.
Metoda Rockwella. Polega na statycznym wgniataniu w badany materiał odpowiedniego penetratora, stożka diamentowego, o kącie wierzchołkowym 120Ⴐ lub kulki stalowej o średnicy 1/16”, pod stałym naciskiem F0. Penetrator dociskamy do powierzchni badanej wstępną siłą, odległą od powierzchni o h0. Następnie zwiększamy docisk do wartości maksymalnej F i otrzymujemy dalsze wgłębienie o wartości h1. W ostatniej fazie pomiaru zmniejszamy obciążenie powodując podniesienie się wgłębnika o wartość ksp, co odpowiada odkształceniom sprężystym. Wartość głębokości odcisku powstałego w badanym przedmiocie określa twardość Rockwella. Wartość liczbową twardości Rockwella odczytuje się bezpośrednio na podziałce czujnika aparatu pomiarowego
Metoda Vickersa. Metoda pomiaru twardości Vickersa polega na obciążeniu materiału czworobocznym ostrosłupem diamentowym o kącie wierzchołkowym 1360. Wartość twardości Vickersa oblicza się jako stosunek obciążenia wgłębnika do powierzchni bocznej wgniecionego ostrosłupa :
Opis wgłębników
METODA BRINELLA
do 400HB stosuje się kulki stalowe hartowane, natomiast powyżej 650HB stosuje się kulki z węglików spiekanych
METODA ROCKWELLA
stożek diamentowy, o kącie wierzchołkowym 120Ⴐ lub kulka stalowa o średnicy 1/16”
METODA VICKERSA
czworoboczny ostrosłup diamentowy o kącie wierzchołkowym 1360
Nazewnictwo
METODA BRINELLA
METODA ROCKWELLA
METODA VICKERSA
Warunki pomiarów
METODA BRINELLA
METODA ROCKWELLA
METODA VICKERSA
Miara Twardości
METODA BRINELLA
HB i leży w zakresie od 3 do 600.
METODA ROCKWELLA
HR
Skale C i A stosuje się dla stali hartowanych.
Skale B i F stosuje się dla stali niehartowanych i metali nieżelaznych
Skale N i T stosuje się w przypadkach, gdy badana próbka posiada niewielkie rozmiary lub jest bardzo cienka.
METODA VICKERSA
HV i leży w zakresie od 80 do 700.