Tworzywa termoplastyczne

Wytwarza się je głównie przez wzajemne łączenie (polimeryzację) substancji podstawowych (monomerów) będących związkami o małym ci**arze cząsteczkowym. w wyniku tego powstają d*ugie *ańcuchy. Wiele z nich sk*ada si* z powtarzaj*cych si* ugrupowań atomów:

n

Cechy:

-wysoka odporność chemiczna,

-dobre właściwości elektryczne,

-ma*a g*sto** i wodochłonność,

-niezbyt wysoka odporność cieplna i mechaniczna.

Podstawowe tworzywa tej grupy to;

polietylen, polipropylen i polichlorek winylu, polistyren.

Polietylen, PE

Otrzymuje się przez polimeryzację etylenu

(gaz uzyskiwany z gazu ziemnego lub ropy naftowej)

n

Polietylen ma*ej g*sto*ci (wysokociśnieniowy) (0.91-0.93 g/cm³) wytwarzany z etylenu w fazie gazowej - 150-350 MPa, 350°C, w obecności katalizatorów którymi s* nadtlenki lub wodorotlenki organiczne, stopień krystaliczności - do 60%, masa cząst. 5000-30000.

Polietylen dużej g*sto*ci (niskociśnieniowy) - (0.95 g/cm³) wytwarzany w fazie ciek*ej - 50-70°C, 0.3-0.5 MPa, przy wykorzystaniu katalizatorów Zieglera-Natty (metaloorganicznych), stopień krystaliczności -80-90%, masa cząst. 60 tyś. -3 mln.

Polietylen średniociśnieniowy - 3,5-7 MPa, 150-200°C, w obecności katalizatorów -niklowego i molibdenowo-glinowego.

PE niskociśnieniowy ma lepsze właściwości mechaniczne i cieplne od wysokociśnieniowego, ze względu na większą zawarto** fazy krystalicznej, ale gorsze właściwości elektryczne.

Cechy:

• łatwopalność,

• podatność do elektryzowania się,

• odporność na działanie czynników chemicznych (kwasów, zasad),

• dobre właściwości elektryczne,

• ma*a odporność na pełzanie.

Właściwości

- wytrzymałość na zerwanie 10-17 MPa (LD), 20-35 MPa (HD),

- wydłużenie przy zerwaniu 200-900 %.

- temp zeszklenia -120- -80°C (LD), -150- -100°C (HD),

Metody przetwórstwa:

-wyciskanie, wtrysk, rozdmuchiwanie, powlekanie, laminowanie.

Zastosowanie:

-opakowania (pojemniki, folie), wyciskanie lub wtryskanie

-ogrodnictwo (folie o różnym przeznaczeniu),

-gospodarstwo domowe (opakowania, zabawki, obudowy urządzeń elektrotechnicznych),

-powlekanie przewodów elektrycznych (szczególnie wysokiej częstotliwości),

-przewody wodociągowe.

Polipropylen, PP

PP otrzymuje się przez polimeryzację propylenu w obecności katalizatorów metaloorganicznych w temp. 50-100°C i p -1-2 MPa.

- masa cząsteczkowa 50-100 tyś (1 mln)

Rodzaje propylenu ze względu na budowę przestrzenną;

-izotaktyczny o uporządkowanej budowie przestrzennej i wysokim stopniu krystalizacji - najlepsze właściwości i odporność cieplna,

-ataktyczny o nieuporządkowanej strukturze przestrzennej - właściwości podobne do niewulkanizowanej gumy,

-stereoblokowy o właściwościach pośrednich między PP izotaktycznym i ataktywnym.

Właściwości PP

-bardzo ma*a g*sto** (ok. 0.9 g/cm³),

-podatność na p*kanie w temp. ujemnych,

-dobra odporność chemiczna,

-ma*a odporność na działanie czynników atmosferycznych,

-łatwopalność.

- zastosowanie do 130°C,

-wytrzymałość na rozciąganie - 10-36 MPa,

-wydłużenie przy rozciąganiu 500-700%.

- temp. zeszklenia -35 °C.

Poprzez kopolimeryzację propylenu z etylenem otrzymuje si* kopolimer propylenowo-etylenowy mogący by* stosowany w ni*szych temperaturach.

(poprawa udarności ale obniżenie właściwości mechanicznych -wytrzyma*o*ci, wydłużenia i twardo*ci).

Metody przetwórstwa:

-wyciskanie, wtrysk, rozdmuchiwanie, powlekanie, laminowanie.

Zastosowanie:

- opakowania farmaceutyczne (pojemniki, folie),

- pojemniki produktów chemicznych,

- w przemyśle motoryzacyjnym (nakładki zderzaków, wirniki wentylatorów, obudowy akumulatorów, nagrzewnic),

- gospodarstwa domowe (wiadra, pojemniki, worki)

- wyroby z połączeniami podlegającymi przegięciu (zawiasy).

• włókna (liny, sieci tkaniny filtracyjne).

Polichlorek winylu, PVC

masa cząsteczkowa 40-200 tyś.

PVC otrzymuje się przez polimeryzację chlorku winylu.

Surowcami wyjściowymi do otrzymania mogą by* węgiel i sól kamienna.

Metody wytwarzania polichlorku winylu:

-suspensyjna (PVC-S) -o dużej jednorodności i wysokiej czysto*ci, ziarna o gładkiej powierzchni -perełki,

-emulsyjna (PVC-E) -wyodrębniany z mieszaniny reakcyjnej z emulsji lub suszenie rozbryzgowe w strumieniu gorącego powietrza,

-polimeryzacja w masie - najczystszy PVC o najlepszych właściwościach.

Cechy i właściwości PVC:

-niskie koszty i prosta technologia wytwarzania,

-właściwości samogasnące,

-doskonała odporność na nieorganiczne związki chemiczne,

-dobra wytrzyma*o** mechaniczna,

-niewielka udarność twardego PVC,

-dobre właściwości elektroizolacyjne,

-ma*a odporność na działanie *wiat*a słonecznego (termiczny rozpad czystego PVC pow. 135°C z wydzielaniem chlorowodoru),

-naprężenia zrywające - 40-60 MPa,

-wydłużenie przy zerwaniu 5-100 %,

-gęstość 1.35-1.47 %.

Typy PVC

-twardy -do 5% zmiękczaczy - winidur,

-zmiękczony -20-30 (70) % plastyfikatorów - winiplast.

Kopolimery chlorku winylu

Chlorek winylu/ octan winylu, akrylonitryl, olefiny, chlorowany PCV

Zastosowanie

PVC twardy

-rury do: wody, przemysłu chemicznego, gazu, przewodów elektrycznych i telekomunikacyjnych układanych w ziemi,

-elementy budowlane,

-części armatury chemicznej narażone na oddziaływanie chemikaliów organicznych.

(walcowanie, kalandrowanie, wytłaczanie, formowanie wtryskowe)

PVC zmiękczony

-w**e do wody, kwasów, zastosowań medycznych - transfuzji krwi,

-profile budowlane (osłony por*czy, listwy),

-płyty antykorozyjne,

-wykładziny podłogowe i tapicerskie,

-folie do produkcji opakowań środków spożywczych i technicznych,

-izolacja przewodów elektrycznych,

-powłoki ochronne na wyrobach metalowych.

Skład - niezmodyfikowany polimer, plastyfikatory, stabilizatory, środki smarujące, napełniacze i wypełniacze.

Wytwarzanie - wtrysk, wytłaczanie, kalandrowanie, powlekanie, maczanie i odlewanie.

Tworzywa styrenowe

Polistyren otrzymuje się na drodze polimeryzacji styrenu( benzenu i etylenu) w podwyższonej temperaturze (ok. 80°C).

-- CH - CH₂ --

Cechy:

-dobre opanowanie metod otrzymywania, niski koszt wytwarzania,

-dobre właściwości fizyczne,

-łatwość przetwórstwa,

-duża sztywność, twardość, kruchość,

-wysoka jakość powierzchni,

-przezroczystość,

-duża odporność na działanie wody kwasów i zasad

-brak odporności na działanie benzyny, toluenu (w. aromatycznych),

- żółknie i staje się bardziej kruchy pod wpływem światła słonecznego

- możliwość użytkowania w temp. -40- do +75 (85)°C.

Rodzaje

Polistyren niskoudarowy - PS - polimeryzacja styrenu w masie, emulsji lub zawiesinie.

zastosowanie:

- wyroby gospodarstwa domowego (kubki , pojemniki)

-obudowy urządzeń elektrycznych, telefonicznych (etui na płyty i kasety)

Polistyren wysokoudarowy SB - kopolimeryzacja styrenu z innymi monomerami np. butadienem (ok. 8 %) lub częściej z kauczukami syntetycznymi

- mętny (opalizujący)

zastosowanie:

- wyroby radiotechniczne i aparatów telefonicznych (korpusy kondensatorów, gałki i pokrętła)

• elementy i obudowy sprzętu domowego (obudowy lodówek).

Kopolimer SAN - kopolimeryzacja sunspensyjna lub emulsyjna styrenu z akrylonitrylem (CH₂=CH-CN) w ilości 20-30% .

Lepsze właściwości mechaniczne i chemiczne od polistyrenu zwykłego

zastosowanie:

-korpusy i obudowy aparatów elektrycznych,

-części radiowe i telewizyjne (kasety magnetofonowe),

-sprzęt gospodarstwa domowego (zapalniczki, opakowania),

elementy dla przemysłu motoryzacyjnego.

Kopolimer ABS - kopolimeryzacja styrenu z akrylonitrylem w lateksie polibutadienowym

20-26 % butadien, 22-26 % akrylonitryl, 50-52 % styren

-duża gęstość, twardość i odporność chemiczna - najlepsze właściwości wśród polistyrenów,

• metalizowanie

stopy ABS+ PA6 - zderzaki

zastosowanie:

-przemysł maszynowy, motoryzacyjny (korpusy urządzeń elektrycznych,

-w elektronice (części radioodbiorników, magnetofonów),

-do wytwarzania mebli,

- sprzęt gospodarstw domowych.

Zestawienie właściwości polistyrenów

Rodzaj polistyrenu	Gęstość g/cm^3	Wytrzymałość na rozciąg. MPa	Wydłużenie %	E MPa	Udarność kJ/cm^2
PS	1,05	52	4.9	2600	26
SB	1.04	33	35	2500	47
SAN	1.07	71	4.4	3470	21
ABS	1.06	48	13	2460	70

Styropian - polistyren piankowy

struktura komórkowa - porofory (nadtlenek benzoilu i 6,5 -8 % eteru nafttowego

gęstość 15-40 kg/m³,

Poliamidy, PA

Poliamidy są to tworzywa termoplastyczne, które zawierają w makrocząsteczce ugrupowania amidowe -C0-NH- rozdzielone ugrupowaniami niepolarnymi (węglowodorowymi), otrzymywane w wyniku reakcji polikondensacji lub addycji.

Monomery łączą się ze sobą wskutek obecności w nich dwóch rodzajów grup funkcyjnych: aminowej i karboksylowej.

Zastosowanie techniczne poliamid 6, 6,6 11 i 12

Poliamid 6 PA - poliaddycja laktanów (Tarnamid, Steelon)

n HN - (CH₂)₅-CO→[-(CH₂)₅-CO-NH-] _n

kaprolaktam poliamid 6

Poliamid 11 - polikondensacja aminokwasów

n H₂N-(CH₂)₁₀-COOH → H-[-NH-(CH₂)₁₀ -]_n -OH + (n-1) H₂O

kwas aminoundecylowy poliamid 11

Poliamid 6.6 - polikondensacja dwuamin i kwasów dwukarboksylowych (Nylon)

n H₂N(CH₂)₆ -NH₂ + n HOOC -(CH₂)₄ - COOH →

heksametrylenodiamina kwas adypinowy

H-[-NH-(CH₂)₆-NH-CO-(CH₂)₄ -CO-]n -OH+(2n-1)H₂0

poliamid 6.6

cechy poliamidów:

-krystaliczność 30-50%,

-wysokie właściwości mechaniczne (wytrzymałość zmęczeniowa),

-wysoka udarność,

-wysika odporność na uderzenia,

-zdolność tłumienia drgań,

-chłonność wody,

-odporność na działanie związków nieorganicznych z wyjątkiem kwasów i zasad,

-starzenie pod wpływem tlenu w podwyższonej temperaturze.

Zestawienie właściwości poliamidów

Rodzaj poliamidu	Gęstość g/cm^3	Wytrzymałość na rozciąganie MPa	Wydłużenie %	E MPa	Chłonność wody %
PA 6	1,12	64	108	2420	1.7
PA 6.6	1.14	71	44	2820	1.0
PA 11	1.04	46	175	1470	0.2
PA 12	1.01	51	360	1630	0.2

Zastosowanie poliamidów:

- produkcja włókien i żyłek (spadochrony, sieci, liny)

- elementy mechanizmów (koła zębate, łożyska, korpusy narzędzi, zbiorniki ),

- przewody układów hamulcowych, paliwowych, linek sterujących

- elektrotechnika (izolacja przewodów elektrycznych, obudowy skrzynek rozdzielczych, części wtyczek, gniazda, wtyczki

- elementy mebli.

Poliamidy wzmocnione

napełnienie ich:

- włóknami szklanymi, kulkami szklanymi, włóknami węglowymi,

- grafitem lub dwusiarczkiem molibdenu.

Tworzywa fluorowe PTFE

Tworzywa fluorowe są produktami polimeryzacji nienasyconych fluowęglowodorów. Głównym przedstawicielem jest polietrafluoroetylen potocznie zwany teflonem. Powstaje on przez polimeryzację monomeru budową przypominającego etylen, w którym 4 atomy wodoru zastąpiono atomami fluoru.

- CF₂ -CF₂ -

Cechy:

-wyjątkowa odporność chemiczna,

-doskonałe właściwości dielektryczne,

-odporność na działanie niskiej i podwyższonej temperatury,

-bardzo mały współczynnik tarcia 0.04,

-właściwości antyadhezyjne,

-duża masa cząsteczkowa 400 tyś - 9 mln

-stopień krystaliczności 80-85 %.

Właściwości:

-gęstość 2.15-2.2 g/cm³,

-wytrzymałości na rozciąganie 25-36 MPa,

-moduł sprężystości 408 MPa,

-wydłużenie 350-550%,

-zakres pracy -200 do +250°C.

Zastosowanie

-łożyska i elementy ślizgowe w budowie maszyn,

-pierścienie uszczelniające,

-urządzenia wysokiej częstotliwości,

-elektrotechnika, przemysł chemiczny, lotnictwo, chłodnictwo,

-części zaworów, rury dla mediów agresywnych,

-tworzywo powłokowe,

-w gospodarstwach domowych patelnie.

Spiekanie 370-400 °C

Poli(metakrylan metylu) PMMA

(szkło organiczne)

Otrzymywanie:

przez polimeryzację metakrylanu

metylu (estru metylowego kwasu metakrylowego)

metody otrzymywania:

-blokowa -głównie do płyt,

-suspensyjna -granulki ,

-emulsyjna,

-w roztworze.

rodzaje:

twardy, półtwardy,

miękki

Cechy PMMA

-dobra przepuszczalność światła (widz. - 92%, nadfiol. 50-70%)

-nietoksyczność,

-odporność na działanie niskich temperatur,

-niska odporność na ścieranie,

-brak odporności na estry, etery, ketony, węglowodory, alkohole, kwasy organiczne.

- wytrzymałość na zginanie 100-120 MPa,

• wytrzymałóść na rozciąganie 70 MPa,

• temperatura ugięcia pod obciążeniem 80°C.

Zastosowanie:

- oszklenia kabin,

- osłony lamp,

- osłony świateł i odbłyśników samochodowych,

- elementy aparatury optycznej i kontrolno-pomiarowej.

- stomatologia protetyka.

Poliwęglany PC

Poliwęglany są termoplastyczne polimery, w których występuje ugrupowanie

- R - O - C - O -

O

Otrzymuje się je na drodze polikondensacji , stosując jako monomery różne związki wyjściowe. Najczęściej syntetyzuje się polimery poddając polikondensacji bisfenol A z fozgenem.

Cechy:

-wysoka przepuszczalność światła,

-duża udarność - nie pęka ja w próbie bez karbu,

-dobre właściwości mechaniczne,

-odporność na pełzanie,

-samogaszenie,

-zakres użytkowania -40 do +130 °C

-odporność na działanie kwasów, alkoholu etylowego i węglowodorów aromatycznych.

Zastosowanie:

-elektronika, elektrotechnika, (taśmy magnetofonowe, przełączniki, korpusy kondensatorów, filtrów, osłony przekaźników, płyty CD),

-przemysł motoryzacyjny, lotnictwo (obudowy lamp, amortyzatory, elementy nadwozia samochodów),

-gospodarstwo domowe (naczynia, butelki),

-hełmy ochronne,

-bezpieczne szyby.

Zestawienie właściwości poliwęglanów

	Gęstość g/cm^3	Wytrzymałość na rozciąganie MPa	Wydłużenie %	E MPa	Chłonność Wody %
	1,2	65-110	80-120	2400	0.15

Poliformaldehyd POM

Polimeryzacja aldehydu mrówkowego

-CH₂ - 0 - CH₂ - 0 -

Cechy:

• niezmienna udarność w zakresie -40 do +110°C,

• duża odporność zmęczeniowa,

• brak wpływu wilgotności na właściwości mechaniczne,

• znakomita stabilność wymiarowa,

• niski współczynnik tarcia,

• duża twardość.

Właściwości

gęstość 1,4 g/cm³,

granica plastyczności 50-60 MPa,

Dodatki modyfikujące:

kreda ,

dwutlenek molibdenu,

PFFE, do 20 %,

Silikon.

Zastosowanie

- koła zębate i łożyska samosmarujące,

• zamki błyskawiczne,

• obudowy zapalniczek,

• przemysł samochodowy (wirniki i obudowy dmuchaw, klamki , przełączniki zmiany świateł, i kierunkowskazów, uchwyty lusterek, układy otwierania szyb, osłony cięgien, elementy układu paliwowego),

- elementy hydrauliczne i pneumatyczne (rury, złączki, zawory, obudowy, i wirniki pomp dla mediów korozyjnych i ścieków)

H

H

C

C

H

R

C

H

H

H

C

H

CH₃

C

C

H

H

H

n

C

C

H

H

H

n

Cl

C

C

H

CH₃

H

n

COOCH₃

---