TWORZYWA WIELKOCZĄSTECZKOWE
Charakterystyczna cecha materiałów wielkocząsteczkowych jest ich budowa. Materiały te zbudowane sa z czasteczek o bardzo dużej masie czasteczkowej. Składaja się z powtarzajacych się elementów zwanych MERAMI polączonych ze sobą w konfiguracji liniowej(ta cecha odróżnia te materiały od kompozytów i ceramiki).
Syntetyczne tworzywa wielkoczasteczkowe otrzymuje się w w yniku polireakcji z MONOMERÓW- związków małocząsteczkowych zdolnych do dalszego reagowania. Monomery łaczą się podczas polireakcji w makroczasteczki tworzac materiał o nazwie monomeru z przedrostkiem poli- np. polietylen
POLIREAKCJA- rozbudowa monomerów w makroczasteczki.
RODZAJE POLIREAKCJI:
-POLIMERYZACJA- proces zachodzący bez wydzielania produktów ubocznych i bez przegrupowania atomów.
-POLIADYCJA- proces zachodzący bez wydzielania produktów ubocznych, ale z przegrupowaniem atomów
-POLIKONDENSACJA-proces zachodzący z wydzielaniem produktów ubocznych.
Struktura cząsteczkowa
Mery mogą łączyc się w konfiguracji „głowa do głowy” lub „głowa do ogona”:
Taktycznosć- konfiguracja przestrzenna makrocząsteczki uwzględniająca położenie podstawników (grupa inna niż wodór) względem płaszcyzny wyznaczonej przedz łańcuch główny:
-izotaktyczna- wszystkie nad
-syndiotaktyczna-naprzemian
-ataktyczna-przypadkowa
KOPOLIMER- dwa różne substraty ulegają reakcjia.
RODZAJE BUDOWY KOPOLIMERÓW:
(A-chlorek winylu, B-octan winylu)
ABBABABBBAAAB- budowa statystyczna
ABABABAB-budowa naprzemienna
AAABBBAAABBB-budowa blokowa
AAAAAAAAAAAA-budoa szczepiona
Makrocząsteczki łańcuchowe tworzą materię tylko przez oddziaływanie na siebie siłami miedzycząsteczkowymi o małej energi dysocjacji:
POLARNOŚĆ(BIEGUNOWOŚĆ)- powodowana jest asymetrycznym rozmieszczeniem elektronu w czasteczce. Przy założeniu że polarność jest tym większa im punkty ciężkości ładunków dodatnich i ujemnych sa bardzieh oddalone od środka rozpatrywanych atomów, polarnosć wyraza się zwykle MOMENTEM DIPOLOWYM (występuje w cząsteczkach w przypadku nierównomiernego rozmieszczenia ładunku dodatniego i ujemnego w cząsteczkach. Są to tzw. cząsteczki polarne czyli biegunowe. Wielkość momentu dipolowego określa iloczyn ładunku i odległości między biegunami w cząsteczce dwubiegunowej)
Jeżeli polarność wzrasta to wzratsa: stała dielektryczna i kąt stratnośći.
Materiał polarny możemy zgrzewać tzw metodą wysokiej częstotliwosci.
Masa cząsteczkowa
POLIDYSPERSJA(POLIMOLEKULARNOŚĆ)- zjawisko ywstępowania makrocząsteczek o różnej długości (masie cząsteczkowej)
STOPIEŃ POLIMERYZACJI- stosunek masy cząsteczkowej polimeru do masy cząsteczkowej monomeru:
Krystalicznosć
Termoplasty niepolarne o dużej regularności i symetrii i nerozbudowanych nadmiernie łancuchach w odpowiednich warunkach wykazuja zdolnośc do równoległego układania się ogniw na dużej długosci, co umozliwia powstawanie sieci krystalicznej.
KRYSTALIZACJA- jest procesem odwracalnym. Może zachodzic przy ochładzaniu stopu albo przy odparowaniu rozpuszczalnika z roztworu.
Materiał może być tylko częściowo krystaliczny albo bezpostaciowy (amorficzny).
Materiały krystaliczne są nieprzezroczyste a bezpostaciowe przezroczyste.
Stopien krystalicznosci -
Wzrasta to wzrasta twardosć, gęstosć, odpornosc na scieranie, wytrzymałość, sztywnosć(moduł Younga), naprężanie
Maleje to rozszerzalnosć cieplna, przeświecalnosć. Chlonność wody, pęcznienie pod wpływem różnych chemikaliów, wydłużalnosć, wytrzyamłośc zmeczeniowa, udarnosć (odpornosć na uderzenie).
Sieciowanie
proces prowadzący do powstania trójwymiarowej sieci nadcząsteczkowej, na skutek powstawania mostków między różnymi cząsteczkami chemicznymi.Najczęściej mówi się o sieciowaniu w kontekście polimerów. Gdy długie, liniowe cząsteczki polimeru zawierają reaktywne grupy boczne mogą one z sobą reagować, na skutek czego tworzy się gęstsza lub rzadsza trójwymiarowa sieć, w której wszystkie, albo prawie wszystkie pierwotne łańcuchy polimeru są z sobą powiązane chemiczne.
Proces nieodwracalny: kauczuki, tworzywa utwardzalne (plastomery)
Energia dysocjacji wiązań poza cząsteczkami jest zbliżona do energii dysocjacji wiązań wewnątrz tych cząsteczek.
Wulkanizacja cząsteczek
Obciążanie
Odciążanie
Obciążanie i odciążanie
Sieciowanie materiałow utwardzalnych- dalsza polikondensacja, tylko łańcucha, reakcja nieodwracalna, proces zachodzi na gorąco
Im wyższa temperatura tym krótszy czas utwardzania:
Stany fizyczne
Stan ciekły- tylko tutaj zachodzą odkształcenia trwałe (to przemieszczanie się środków ciężkosci makrocząsteczki).
Prztwórstwo zachodzi w stanie ciekłym za wyjątkiem: termoformowanie, wydmuchiwanie
Stan wysokoelastyczny- nie ma odkształceń trwałych
Stan wymuszonej elastyczności
Wszystko poniżej Tf jest temperaturą eksploatacji. Jeżeli temp jest <Tg i <Tk jest to plastomer, a jeśli > Tg jest elastomerem.
ŚRODKI MODYFIKUJĄCE
-NAPEŁNIACZE- rozdrobniona substancja organiczna lub nieorganiczna, która łączy się z tworzywem w celu poprawienie własności mechanicznych i cieplnych i obniżenia ceny np. sadze, skrawki papieru.
-NOŚNIKI- arkusze, wstęgi, włókna scalone z tkanin lub papieru, które nasyca się upłynnionym tworzywem i które tworzą rodzaj szkieletu zwiekszającego wytrzymałość wyrobu np. tekstolit
-ZMIĘKCZACZE LUB PLASTYFIKATORY- zmiękczacz jest związkiem małocząsteczkowym tworzacym z polimerem silnie stężony roztwór. Cząsteczki zmiekczacza wnikają miedzy łańcuchy tworzywa i odalaja je od siebie. W wyniku tego zwiększa się ruchliwosc makroczasteczek i obniża temperatura zeszklenia i kruchości.
-STABILIZATORY- maja za zadanie uodpornienietworzywa na degradację zachodzące pod wpływem ogrzewania i ścinania w czasie przetwórstwa
-ŚRODKI SMARUJĄCE-zmniejszają lepkość (miara oporu związana ze ścinaniem cieczy) ciekłego tworzywa, uzyskuje się wyroby o większym połysku
-ŚRODKI BARWIĄCE- bezpośrednie stosowanie barwników(barwniki-zw nieorganiczne-tlenki, soli metali)-barwienie koncentratami
-OPÓŹNIACZE PALENIA- (uniepalniacze)-wady: niska odporność temperaturowa, łatwopalność, wskaźnik tlenowy:
Im wyzszy wskaźnik tlenowy tym lepiej.
-ŚRODKI ANTYSTATYCZNE- powodują adsorobwanie wilgoci z owietrza, powierzchnia przewodzi prąd elktryczny
-POROFONY- środki spieniające-substancja rozkładajaca się w temp przetwórstwa z wydzieleniem gazu (zwykle azou) majaca za zadanie spienienie tworzywa; NUKLEANTY- obniżaja napięcie powierzchnoiowe na granicy faz, stopione tworzywo, gaz spieniający.
Charakerystyka wybrfanych tworzyw sztucznych
-Plastomery termoplastyczne
TERMOPLASTY AMORFICZNE
-plastomery bezpostaciowe
PVC-polichlorek winylu (nie pali się)
Winidur, vestolit
Materiał przezroczysty, odporny na kwas siarkowy, dobrze się klei
zastosowanie: budownictwo, ramy okienne, wykładziny podłogowe
POLIstylen (PS)
Polystyrol, styrodur
Materiał całkowicie przezroczysty, bardzo mała udarnosć, bardzo dobrze się klei, rozpuszcza się prawie we wszystkim
Polistylen wysokoudarwy (HIPS)-kopolimer
Styolux
Zastsowanie: wnętrze lodówek
Wada: materiał nieprzezroczysty
San materiał przezroczysty
Luran , vinuran
Zastosowanie: elementy przezroczyste na obudowach audio
ABS
Narodur, tercuran
Material nieprzezroczysty
Zastosowanie; obudowy (TV, audio)
Łatwo asię przetwarza, barwi
WSZYSTKIE MATERIALY SA BARDZO ŁATWOPALNE.
Pochodne celulozy: azotan celulozy (CN), octan celulozy (CA), octano=maślan celulozy (CAB)
CN materiał typu wybuchowego, bardzo dobrze się pali
Ampol, celudor, tente
Polimetakrylen metylu PMMA (metaplex0
Zast:szyby samochodów, klosze kierunkowskazów
Polialkohol winylowy PVAL
Polimer rozpuszczalny w wodzie, powłokotwórczy
Zast: wyroby laminatowe
Poliwęglan PC
Materiał przezroczysty
Lexan, makrlon, xantar
Dobre właściwości mechaniczne,materiał kowalny, dobrze obrabiajacy
Zast:obudowy profesjonalnych maszyn, robienie włókien
Polisuflan PSU mała sklonnosc do pełzania
Politlenek fenylenu PPO
Niska chłonnosć wody
Zast: 1trzonki narzedzi chirurgicznych
PPO+PPS->NORYL
Plastomery krystaliczne (termoplasty)
PE-polietylen
Ldpe (małej gęstości), hdpe (dużej gęstości)->ludpolen, vestolen
PP-poliproplyen, malen, daplen, eltex
Charakteryzuja się tym, że maja gesosc mniejsza od wody
LDPE-60%krystalicznosci, opakowania, tubki past, folie
HDPE-90% st krystaliczności, zast galanteryjne, podobne właściwości do PP
Poliformaldehyd POM
St krystaliczności 80%
Zast:koła zebate, przekładnie, nie rdzewieje, nie wymaga smarowania, pracuje cicho, roboty domowe
TECHNIKA OUTSERT
Duży element metalowy z nielicznymi elementami tworzywowymi-natryskiwanie na duzy element metalowy, małych elementów tworzywowych (technologia wtrysku)
TECHNIKA INSERT
Przeciwienstwo (wstawka) duzy element tworzyowy i nieliczne elementy metalowe
Poliamid PA
Nylon, tarnamid, hostamid
St krystaliczności nie przekracza 50% (krystalizuje wolno)
Politereftalen etylenu PET
St krystalicznośvci nie wiekszy niż 40%
Arnite, rynite, etar,grilpet
Politetrafluoroetylen PTFE
Teflon, tarflen, hostaflon
Tt=327, materiał bez wodoru, gestosć 2,5-najcieższy ze wszystkich tworzyw, termoplastyczny, wł antyadhezyjne
DUROPLASTY- tworzywa utwardzalne
Termoutwardzalne
PF-fenylowe, UF-mocznikowe, MF-melaninowe
Można je przetwarzac w goracej formie
PF:bakelite, durat, trolitax
UF:cibamin, gabrite, urochem
MF:isomin, melopas,ultrpas
Nie daja się przetwarzac ponownie. Twarde, sztywne-duzy moduł Y, duża odpornosc
Chemoutwardzalne
UP-żywice poliestrowe, EP:żywice epoksydowe
Poliestrowe sa 2 razy tańsze od epoksydowych, są wielkogabarytowe, stosowane przy technologii laminowania,a epoksydowe: kleje, szpachlówki
Poliestrowe-utwardzacz:ketonox, teczak
Żywice fotopolimerowe- zywice utwarzające się pod wpływem ultrafioletowego światła i maja zastosowanie w matrycach drukarskich
ELASTOMERY
Sieciujace na gorąco (wulkanizacja)
SBR, IR, NR, IIR(kauczuk butylowy), NBR (kauczuk nitylowy)
Tg=-30
IR, NR: mrozoodpornosć: -60, niska temp zeszklenia, IIR-kopolimer, materiał na detki , opony, mała prznikalnosc gazow, odporny na alkohol, aceton, duza odpornosc na starzenie (niekontrolowane dalsze sieciowanie), NBR: kopolimer, temp zeszklenia;-40, duża odporność na działanie olejów mineralnych, kwasów, zast:paski napedu rozrządu
Sieciujące na zimno
SI-silikon-odpornosc na działanie wysokich temperatur, odpornosć chemiczna, słaba wytrzymałość
Elastomery termoplastyczne
TPU-polietan termoplastyczny, podeszwy do buów, 110-temp destrukcji
KOMPOZYTY
Materiał utworzony z co najmniej 2 składników o różnych właściwosciach majacych właściwości lepsze lub nowe w porównaniu ze składnikami użytymi osobno lub wynikajacymi z prostego sumowaniatych właściości. Kompozyt jest materiałem zewnętrznie monolitycznym, jednakże z widocznymiróżnicami miedzy granicami.
Każdy kompozyt składa się z osnowy (bazy) i wzmocnienia (zbrojenie).
Roving- nici szklane równoległe do siebie położone
Preimpregnaty- płyty składajace się z warstw tkanin lub mat nasyconych zywicą
Układ synergiczny= składniki dodatkowo na siebie oddziaływują pozytywnie
CERAMIKA
Ceramika tradycyjna:
Szkło
Sodowo wapniowe: 70% SiO2, 10%CaO, 15%Na2O - szyby i butelki
Bao-krzemianowe: 80% SiO2, 15% B2O3, 5%Na2O- termoodporne, probowki, menzurki
Cement i beton
Mieszanina: CaO, SiO2, Al2O3, kompozyt z piaskiem- beton
Glina
Uwodniony kaolin koruntowo krzemianowy
Wypalanie- proces, w którym usunieta jest reszta wody a krzemionka łączy się z domieszkami np. caO tworząc płynne szkło
Skały i minerały
Materiał gotowy z kamieniłomów, lód
Wlasnosći tworzyw ceramicznych: duża twardość, kruchosć, odpornośc na ściskanie, mała wytrzymałosć na rozciaganie, biokompatybilnosc-odpornosć na działanie tlenu, substancja wiecznie trwała
Nowoczesne tworzywa ceramiczne:
Proszki- wykonuje się podczas spiekania (proszek jest prasowny pod duzym cisnieniem-nastepuje dfuzja w stanie stałym) np. Al2O3, SiC
1