Tworzywa-bad


Podstawowe wiadomości o tworzywach sztucznych.

Tworzywa sztuczne na bazie wielkocząsteczkowych polimerów stanowią bardzo liczną grupę materiałową, wyróżniającą się specyficznymi właściwościami wynikającymi
z bezpostaciowej struktury. Ponadto w odróżnieniu od materiałów metalicznych, takie procesy przetwórcze, jak odlewanie lub obróbka plastyczna wpływają nie tylko na zmianę kształtu struktury, ale zazwyczaj powodują zmiany chemiczne związków stanowiących podstawę tworzywa. Szczególne właściwości tworzyw sztucznych wynikają z tego, że zbudowane są z makrocząsteczek (makros po grecku oznacza duży). Makrocząsteczka składa się z 200-10000 cząsteczek podstawowych połączonych ze sobą łańcuchowymi wiązaniami atomowymi. Polimer zbudowany jest więc z makrocząsteczek zawierających liczne, powtarzające się regularnie grupy atomów (noszą one nazwę mery) jednego lub wielu rodzajów i nazywa się je odpowiednio homopolimerami lub kopolimerami.

Cząsteczka wyjściowa nazywana jest monomerem (monos po grecku oznacza pojedynczy, meros - część) i to właśnie z monomerów powstają makrocząsteczki polimerów
(poly po grecku oznacza wiele) w procesie polireakcji. Długość makrocząsteczki liniowej wynosi 10-6-10-4mm, grubość 10-7mm. Charakterystyczną wielkością dla makrocząsteczki jest liczba znajdujących się w niej cząsteczek podstawowych, a więc merów nazwana stopniem polimeryzacji n. Jest to wielkość zmienna, więc polimer można określić jako zbiór cząsteczek o różnych masach cząsteczkowych, a rozrzut tych mas określany jest jako polidyspersyjność. Polimery otrzymuje się z prostych cząsteczek chemicznych przez ich wielokrotne powtórzenie w wyniku polireakcji. Podstawowy typ polireakcji to polimeryzacja. Jest to proces łączenia jednakowych prostych cząsteczek chemicznych (monomerów) kosztem ich nienasyconych wiązań podwójnych albo rozerwania pierścienia, bez ubocznych produktów reakcji. Proces zachodzi pod wpływem inicjatorów albo katalizatorów w fazie stałej, ciekłej lub gazowej z bardzo dużą szybkością (rzędu 10-2s) i zapewnia wielkość cząsteczki polimeru uzależnioną warunkami reakcji. Utworzone w ten sposób polimery mają strukturę łańcuchową i pomimo niezmienionego składu chemicznego i rozkładu atomów w mikrocząsteczce odznaczają się odmiennymi właściwościami od substancji wyjściowej. Polimeryzacji podlegają najczęściej pochodne etyleny lub butadienu. Polimeryzacja obejmuje trzy etapy:

Innym typem polireakcji jest polikondensacja - łączenie dwóch lub więcej różnych cząsteczek chemicznych, przy czym powstają produkty uboczne reakcji, najczęściej H2O, NH3, alkohole, itp. Polikondensaty mają strukturę łańcuchów rozgałęzionych albo strukturę usieciowaną, przy czym różnią się składem chemicznym i właściwościami od substancji wyjściowych. Polikondensacji podlegają najczęściej fenole, mocznik, anilina z aldehydami.

Budowa polimerów

Łańcuchy główne makrocząsteczek tworzących polimery budują głównie:

oraz:

Właściwości polimerów

Budowa i skład chemiczny wpływają na szczególne właściwości polimerów:

W celu nadania pożądanych właściwości użytkowych dodaje się różne substancje pomocnicze. Zależnie od rodzaju i ilości tych substancji tworzywa oparte na tym samym składniku mogą wykazywać znaczne różnice właściwości.

Podstawowe substancje pomocnicze to:

Napełniacze nieorganiczne zmniejszają palność tworzyw sztucznych, w szczególności proszki metali powiększają przewodnictwo cieplne i elektryczne, mika i azbest powiększają właściwości izolacyjne, grafit poprawia odporność na ścieranie. Wypełniacze organiczne, głównie mączka drzewna i tkaniny podwyższają właściwości wytrzymałościowe żywic, natomiast sadza szczególnie silnie podwyższa właściwości wytrzymałościowe kauczuków. Napełniacze nie odgrywają więc tylko roli środka zmniejszającego zużycie polimeru, czy obniżenia kosztów produkcji wyrobów, ale w znaczący sposób wpływają na zmianę właściwości produktów końcowych.

Rodzaje struktur polimerów

  1. Struktura amorficzna:

  1. Struktura krystaliczna:

Jako że krystalizacja jest procesem złożonym, polimery wykazują najczęściej budowę częściowo amorficzną i częściowo krystaliczną. Stopień krystaliczności zależy od udziału struktury krystalicznej w mieszaninie struktur tworzących polimer i może wynosić 60-80% w polimerach łatwo krystalizujących. Niektóre polimery nie ulegają krystalizacji.

Struktura krystaliczna ma istotny wpływ na właściwości polimerów zwiększając sztywność, twardość i odporność na ścieranie, a zmniejszając rozpuszczalność, dyfuzję i pęcznienie.

  1. Struktura mezofazowa:

Podział polimerów

Poza tradycyjnym podziałem polimerów na:

z punktu widzenia zachowania się podczas dalszej przeróbki i zastosowania wyróżnia się:

Metody przetwórstwa.

Postać i skład półproduktu przetwarzanego na wyroby użytkowe zależy od typu polimeru i technologii przerobu.

Najważniejsze metody przetwórstwa polimerów termoplastycznych to

Metody przetwórstwa duroplastów są ograniczone, ponieważ jest to proces nieodwracalny; zalicza się tu:

Inne metody formowania polimerów to:

Materiałem do odlewania są monomery w stanie płynnym lub masy płynne stanowiące mieszaniny monomerów z katalizatorem polimeryzacji i barwnikiem albo polimerów z plastyfikatorem. Materiałem wyjściowym do pozostałych metod przetwarzania jest tłoczywo w postaci tabletek, ziaren lub proszku. W skład tłoczywa wchodzą polimery, wypełniacze, plastyfikatory, stabilizatory i barwniki, a niekiedy dodatkowe środki smarne ułatwiające proces przetwórstwa.

Charakterystyka tworzyw sztucznych przeznaczonych do badania

  1. Pianka

Proces spieniania termoplastów jest wyzwalany przez ogrzewanie. Prawie wszystkie termoplasty można przetworzyć na pianki miękkie lub twarde. Pianki otrzymuje się przez utwardzanie wobec kwaśnego utwardzacza z udziałem niskowrzącego środka spieniającego. Spieniającego budownictwie stosuje się płyty piankowe jako izolatory termoodporne. Podczas doświadczenia można było zauważyć, iż materiał nie zajmuje się płomieniem, od razu gaśnie, pozostawione są natomiast czarne krawędzie.

  1. Guma (elastomer)

Składa się z liniowych, częściowo usieciowanych związków, jednak tworzących większości tworzących amorficznej budowie. Ułożenie cząsteczek tworzących gumę jest termicznie nieodwracalne. Nie występuje także mięknienie termoplastyczne. Kauczuki (płynna postać zbliżona do gumy) natomiast wykazują właściwości termoplastyczne, jednak tylko przed sieciowaniem. Gumy mają zdolność wielokrotnego odwracalnego rozciągania. Guma pali się niebieskim płomieniem topiąc się podczas ogrzewania, wydziela się bardzo widoczny biały dym o silnym duszącym zapachu, po wyjęciu z płomienia guma przestaje się palić, jednak zapach długo jeszcze pozostaje dobrze wyczuwalny.

  1. Polichlorek winylu (PCW)

Czysty polichlorek winylu jest białym proszkiem, o temperaturze mięknienia 70oC. Odpornym na działanie kwasu solnego, siarkowego i azotowego, rozcieńczonych wodorotlenków sodu i potasu, olejów, wody, amoniaku, alkoholu, benzyny. Rozpuszcza się
w cykloheksanonie, estrach, dwusiarczku węgla. Formuje się w temperaturze około 170oC przez wtrysk, prasowanie, wytłaczanie, odlewanie. Można go spawać lub kleić. W zależności od użytych dodatków otrzymuje się polichlorek winylu twardy lub miękki.

Zarówno polichlorek winylu miękki jak i twardy można poddać spienieniu, otrzymując materiały o dobrych właściwościach termoizolacyjnych, dźwiękochłonnych oraz tłumiących drgania.

Polichlorek winylu twardy jest tworzywem dobrych właściwościach mechanicznych: wytrzymałość na rozciąganie 50 MPa , na ściskanie 60 - 100 MPa. Wyroby można używać
w temperaturze +20 - +70 o C.

Zastosowanie: wykonuje się z niego rury dla przemysłu chemicznego, instalacje wodne, kanalizacyjne, gazowe, wykładziny, materiały budowlane, pojemniki, taśmy magnetofonowe, płyty gramofonowe itp. Polichlorek winylu miękki jest dosyć elastyczny, o dużej udarności. Jest mniej odporny na działanie środków chemicznych. Materiał ten ma właściwości podobne do skóry; plastyfikowany do produkcji sztucznej skóry, pończoch, ubrań, folie, ceraty, węże, izolacje termokurczliwe, kształtowniki o różnych przekrojach, podeszwy butów, zabawki, pojemniki, okładki zeszytów.

  1. Poliuretan (PUR)

Poliuretany spienione stanowią największą grupę produkowanych tworzyw poliuretanowych. Powstają z żywicy poliestrowej. Żywica jest mieszana z różnymi substancjami chemicznymi m.in.: środkami spieniającymi, regulującymi wielkość
i jednorodność porów, zwiększającymi wytrzymałość, elastyczność, miękkość
oraz pigmentami, barwnikami, katalizatorami. Wśród spienionych poliuretanów stosowanych w budownictwie najszersze zastosowanie mają pianki sztywne (twarde). Produkowane są
w postaci płyt termoizolacyjnych i otulin na rury lub w formie mieszaniny do natryskiwania. Pianki miękkie wykorzystuje się do produkcji uszczelek. Pianka poliuretanowa jest bardzo dobrym termoizolatorem. Ma najniższy (0,025-0,028) współczynnik przewodności cieplnej U spośród wszystkich materiałów termoizolacyjnych. Pozwala to zmniejszyć grubość izolacji przy zastosowaniu pianki poliuretanowej: 5-centymetrowa izolacja z pianki odpowiada
ok. 7 cm styropianu i 9-10 cm wełny mineralnej. Jest także dobrym izolatorem akustycznym. Współczynnik pochłaniania dźwięku Rw wynosi 32 dB. Ma dużą wytrzymałość mechaniczną, przy jednocześnie małym ciężarze. Płyty i otuliny produkowane są w różnych odmianach gęstości, przeważnie od 10-60 kg na metr kwadratowy. Wraz ze wzrostem gęstości wzrasta wytrzymałość pianki, a zmniejsza się jej ściśliwość. Jest obojętna chemicznie i odporna
na działanie chemikaliów, np. rozcieńczonych kwasów, olejów, smarów i rozpuszczalników organicznych. Nie pochłania wody. Po 24 godzinach zanurzenia chłonność wody wynosi 1-3 proc. Jednocześnie przez jej powierzchnię w ograniczony sposób może przenikać para wodna. Pianka poliuretanowa stosowana jest również do produkcji płyt warstwowych z profilowanej blachy lub płyt drewnianych i drewnopodobnych. Są to gotowe elementy do montażu ścian. Stosowane są głównie do budowy obiektów przemysłowych i handlowych. Możemy
się spotkać z wykonanymi z nich prefabrykowanymi garażami.

  1. Polietylen (PE)

Jest to tworzywo o doskonałych właściwościach dielektrycznych, dużej odporności
na działanie kwasów, zasad, soli i większości związków organicznych. W węglowodorach alifatycznych, aromatycznych i chlorowcopochodnych, polietylen pęcznieje. Polietylen ułożony w ziemi może ulegać zniszczeniu wywołanemu przez pewne gatunki bakterii. Gęstość polietylenu wynosi 0,91 - 0,96 g/cm3. Właściwości mechaniczne i fizyczne polietylenu w temperaturze +20: wytrzymałość na rozciąganie 8 - 33 MPa, brak zapachu, smaku, w dotyku woskowaty o mlecznej barwie. Formowany przez wytłaczanie, rozdmuchiwanie, wtrysk oraz natrysk płomieniowy. Daje się łatwo barwić, źle przyjmuje druk oraz źle się klei.

Zastosowanie: polietylen jest szeroko stosowany do wyrobu folii, opakowań, pojemników, butelek, filiżanki, rur na wodę pitną i dla kanalizacji oraz izolacji elektrycznych, do wyrobu artykułów gospodarstwa domowego oraz powłok.

  1. Politetrafluoro - etylen (PTFE)

Zastosowanie: Teflon polimer odporny na dość wysokie temperatury, o bardzo małym współczynniku tarcia i małej adhezji, stosowany na pokrycia patelni zabezpieczające przed przywieraniem; łożyska, uszczelki.

  1. Polistyren (PS)

Polistyren otrzymuje się technicznie na drodze polimeryzacji styrenu w temperaturze około 80oC. Styren otrzymuje się z benzenu i etylenu. W temperaturze pokojowej jest to tworzywo twarde, kruche, bez zapachu, fizjologicznie obojętne. Gęstość polistyrenu wynosi 1,04 - 1,06 g/cm3, wytrzymałość na rozciąganie 30 - 60 MPa Posiada bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne. Jest odporny na działanie alkoholi, olejów, kwasów, zasad, wody. Rozpuszcza się w niektórych węglowodorach. Łatwo daje się barwić, formować plastycznie ( w temperaturze powyżej +70oC). Przepuszczalność światła około 90%. Granulat polistyrenu w podwyższonej temperaturze, w wodzie lub parze wodnej ulega spienieniu (styropian) osiągając gęstość w granicach 0,15 - 0,40 g/cm3 oraz bardzo dobrą izolacyjność termiczną.

Wadami polistyrenu są: duża rozszerzalność termiczna, niewielka twardość, zżółknięcie pod wpływem światła słonecznego (promienie nadfiołkowe) oraz zdolność do gromadzenia na powierzchni ładunków elektrycznych. Rozróżnia się dwa typy:

Zastosowanie: jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Służy
do wykonywania obudów urządzeń mechanicznych i elektrycznych. Do wyrobu izolatorów, folii do kondensatorów, przedmiotów gospodarstwa domowego, zabawek, uchwytów narzędzi, części samochodowych, rowerowych, lodówek itp.

  1. Polimetakrylan metylu

Tworzywo sztuczne bez zapachu, smaku, charakteryzujące się bardzo dobrą przepuszczalnością światła widzialnego 90 - 99% (przepuszczalność promieni ultrafioletowych 70%). Posiada gęstość 1,19 g/cm3, wytrzymałość na rozciąganie 75 MPa, wytrzymałość na ściskanie 100 MPa. Łatwo daje się kształtować (po nagrzaniu
do temperatury 140 - 150oC), polerować oraz obrabiać mechanicznie (toczenie, frezowanie, wiercenie, struganie). Mało odporny na zarysowania. Jest odporne na działanie światła, wody, rozcieńczonych kwasów i zasad, alkoholu 40%, terpentyny, benzyny, olejów mineralnych. Rozpuszcza się w większości rozpuszczalników organicznych. Jest dobrym izolatorem elektrycznym. Potoczne nazwy: pleksi, pleksiglas, szkło organiczne itp.

Najczęściej wytwarzany w postaci płyt, bloków, prętów, rur.

Zastosowanie: produkuje się z niego - szyby lotnicze i samochodowe, soczewki, szkiełka zegarków i odblaskowe, szkiełka reflektorów, artykuły gospodarstwa domowego, elementy maszyn i instrumentów muzycznych, elementy dekoracyjne, osłony lamp itp.

Lp

Zachowanie się

Charakterystyka

Zapach dymu

Identyfikacja materiału

W płomieniu

Po wyjęciu

płomienia

dymu

1

Pali się jasno

Pali się dalej, mięknie i czarnieje

Żółty, zielony na brzegach

Biały

Ostry i gryzący

Polichlorek winylu

2

Nie pali się

-

-

-

-

Policzteroetylen
teflon

3

Dobrze pali się

Nie gaśnie, mięknie i nadtapia się

Żółto-pomarańczowy

Gęsty

Woń kwiatowa

Polistyren

4

Pali się jasno

Pali się dalej, spływa kroplami

Wierzchołek-niebieski

Dół-żółty

-

Zapach parafiny

Polietylen

5

Łatwopalny

Nie gaśnie, topi się, ciemnieje

Żółto-pomarańczowy

Siwy

Spalonej gumy

Poliuretan

6

Dobrze pali się

Gaśnie

Żółty z zieloną częścią dolna

-

Drażniący,
toksyczny

Politetrafluoroetylen

7

Łatwopalny, syczy, topi się

Nie gaśnie, mięknie, ciemny

Niebieski, u góry żółty

Biały

Słodkawy, owocowy

Polimetakrylan metylu

12



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
BAD WYKŁAD SIECI 2
OPAKOWANIA Z TWORZYW SZTUCZNYCH
wyklad3 tech bad
w3 recykling tworzyw sztucznych
BM 4 Bad motywacyjne FGI IDI
wyklad 29 i 30 tech bad
BUD OG wykład 11 1 Tworzywa sztuczne
9 MATERIAŁY ŚCIERNE I TWORZYWA SZTUCZNE
dupont przetworstwo tworzyw4
Materiały nieżelazne Tworzywa sztuczne Przetwórstwo Auto Expert
Jak Pisac I Tworzyc Prezentacje
Metalizacja tworzyw sztucznych
dupont przetworstwo tworzyw9
bad dwojn szer rc
met.bad.ped.program, Studia, Semestry, semestr IV, Metody badań pedagogicznych

więcej podobnych podstron