MANIK - notatki z wykładów

Polimeryzacja-proces zachodzący bez wydzielania produktów ubocznych i bez przegrupowania atomów lub grup atomów

Poliaddycja-proces zachodzący bez wydzielania produktów ubocznych jednak z przegrupowaniem atomów

Polikondensacja-proces zachodzący z wydzieleniem produktów ubocznych

STRUKTURA CZĄSTECZKOWA

• Łączenie się monomerów w makrocząsteczkę

• Połączenie głowa do ogona

• Połączenie głowa do głowy

Trzy rodzaje konfiguracji:

1. izoaktyczna- wszystkie podstawniki znajdują się po tej samej stronie płaszczyzny (poł. Głowa ogon)

2. syndiotaktyczna - podstawniki znajdują się na przemian po obu stronach płaszczyzny (głowa-głowa)

3. ataktyczną- podstawniki rozmieszczone są względem płaszczyzny nieregularnie (przypadkowo)

Rozróżnia się następujące postacie konformacyjne:

• liniową i globularną w obszarach bezpostaciowych oraz w stanie stopionym lub rozpuszczonym

• rektalną, lamelarną i heliksoidalną w obszarach krystalicznych

• cykliczną w niektórych rodzajach silikonów

MASA CZĄSTECZKOWA

P=M/M_m

P- stopień polimeryzacji

1

2

Masa cząsteczkowa

Istnieją 3 sposoby uśredniania:

- poprzez liczbowo średnią masę cząst. M_n, wyrażoną stosunkiem masy próbki do ilości obecnych w niej makrocząsteczek

gdzie n_j oznacza liczbę makrocząsteczek o masie cząst.

-poprzez wagowo średnią masę cząsteczkową M_w , wyrażoną stosunkiem masy cząsteczkowej próbki do masy próbki

-poprzez lepkościowo średnią masę cząsteczkową, będącą uogólnieniem masy wagowo średniej

Tworzywami sztucznymi nazywamy materiały heterogeniczne, dwu lub wielo składnikowe, w których najważniejszym składnikiem są polimery

Polimery termoutwardzalne - Z reguły ich substratami są duże, wielofunkcyjne monomery. Mogą one reagować między sobą lub z małymi makrocząsteczkami. W wyniku kondensacji od jednej cząsteczki odrywane są grupy OH. a od drugiej atomy H, i reagujące ze sobą cząsteczki łączą się ze sobą w miejscu rozerwania wiązań, a dodatkowym produktem reakcji jest H2O. Jeśli jedna z dwóch cząsteczek jest wielofunkcyjna, możliwe jest utworzenie trójwymiarowych sieci. Ponieważ polimery termoutwardzalne są sieciowane, nie topią się podczas ogrzewania (mimo iż ostatecznie ulegają, rozkładowi), nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach, i nie mogą być przetwarzane tymi samymi sposobami co termoplasty. Nieodwracalna reakcja utwardzania sprawia, że są szczególnie dobre jako: kleje, powłoki i osnowa (?) w kompozytach.

Polimery amorficzne - Krystalizację utrudniają duże podstawniki, rozgałęzienie, ataktyczność i sieciowanie makrocząsteczek. W stanie stopionym odbywają się ciągłe zmiany położeń makrocząsteczek. Pod wpływem dostarczanej energii cieplnej. Obroty merów i makrocząsteczek powodują wzrost objętości polimerów. Objętość ponad zajmowaną przez zwarcie upakowane makrocząsteczki nazywamy objętością swobodną. To właśnie dzięki niej i energii cieplnej możliwe jest lepkie płynięcie polimeru. Podczas obniżania temp. objętość swobodna znika. Jeśli kształt cząsteczek lub ich usieciowienie uniemożliwia krystalizację, to zostanie zachowana struktura cieczy, a objętość swobodna nie znika natychmiast całkowicie. Możliwe jest wtedy płynięcie polimeru, mimo że jest ono utrudnione. W miarę dalszego oziębiana dochodzimy do temp w której objętość chociaż wystarczająca aby mieściły się w niej makrocząsteczki jest zbyt mała aby mogły one się swobodnie przemieszczać i przegrupowywać. Znika cała objętość swobodna. Przemiana taka zachodzi w temperaturze zeszklenia. Poniżej tej temp. wiązania drugorzędowe wiążą makrocząsteczki w ciało stale w postaci amorficznej, a powyżej wiązania drugorzędowe się rozrywają umożliwiając ruch makrocząsteczek.

ELASTOMERY - tworzywa wykazujące w temperaturze pokojowej odkształcenia wysokoplastyczne już przy małych naprężeniach(nawet znacznie pow. 100%). Są więc to tworzywa, których temp. zeszklenia Tg jest niższa od temperatury pokojowej. Zwykle elastomerami są tworzywa z podwójnymi wiązaniami w makrocząsteczkach i przez to podlegające wulkanizacji, a więc o właściwościach termoutwardzalnych jak również zaliczamy poliuretan liniowy, które nie podlegają wulkanizacji, a więc o właściwościach termoplastycznych.: pollizopren (produkcja opon samochodowych). polibutadlen (produkcja opon samochodowych), polichloropren (produkcja kabli elektrycznych, uszczelek)

-kauczuk butadienowostyrenowy SBR kopolimer butadienu i styrenu. W porównaniu z kauczukiem naturalnym wykazuje większą odporność na ścieranie oraz odporność chemiczną, natomiast mniejszą mrozoodporność (-30˚C dla SBR, -60˚C dla IR)

-kauczuk naturalny - IR. Jest to polimer o dużej polidyspersji ze średnią masą cząsteczkową około 5-10⁵. Kauczuk naturalny w porównaniu z innymi kauczukami wykazuje najniższą temperaturę zeszklenia (poza kauczukami silikonowymi) oraz najwyższą sprężystość i wytrzymałość (poza elastomerami poliuretanowymi). Jako związek niepolarny IR jest nieodporny na ciecze hydrofobowe (np. oleje mineralne, benzynę itp.)

-poliizobutylen - PIB jest polimerem izobutylenu używanym w szerokim zakresie mas cząsteczkowych od 800 (oleje dielektryczne), poprzez 100 000 (powłoki) do 500 000 (folie). Temperatura zeszklenia niepolarnego PIB jest niska (-51˚C). Pod względem własności PIB jest zbliżony do kauczuku butylowego. Równoczesne działanie tlenu i światła powoduje jego destrukcję, przed którą chroni go dodatek ciemno zabarwionych napełniaczy itp.

-kauczuk butylowy IIR jest kopolimerem izobutylenu z niewielkimi ilościami izoprenu (1-2%), dzięki czemu jest tylko nieznacznie nienasyconym związkiem i przez to wykazuje dużą odporność na starzenie (tlen, ozon, ciepło) i małą odporność na pełzanie. Odporność termiczna IIR (ok. 115˚C) jest wyższa niż odporność termiczna SBR czy IR. Kauczuk butylowy, jako materiał niepolarny, jest odporny na rozpuszczalniki polarne oraz stężone kwasy. Po zwulkanizowaniu odznacza się dużą odpornością na przenikanie gazów (stosowany do wyrobu dętek). Kauczuk butylowy niepolarny wykazuje dość dobre własności dielektryczne.

-kauczuk nitrylowy NBR dobra odporność termiczna NBR jest zbliżona do odporności IIR. Kauczuk nitrylowy jako materiał polarny charakteryzuje się dużą odpornością na działanie węglowodorów alifatycznych oraz kwasów i soli. Modyfikowany żywicą fenolową NBR jest odporny na działanie gorącej wody. Jako materiał polarny jest złym dielektrykiem i wykazuje mały opór elektryczny.

-polichloroplen CR odznacza się dużą chłonnością wody i dość wysoką temperaturą zeszklenia (-40˚C). Można wulkanizować go bez żadnych dodatków, tylko pod warunkiem, że nastąpi to w podwyższonej temperaturze, zwykle jednak stosuje się w tym celu ZnO lub MgO. Przu stosowaniu CR do produkcji klejów przetwarza się go bez wulkanizacji.

-poliuretany PUR. Mogą być eksploatowane w szerokim zakresie temperatur (od 30 do110˚C). Charakteryzują się wyjątkowo dużą odpornością chemiczną i odpornością na działanie czynników atmosferycznych. Poliuretany liniowe mają własności termoplastyczne, można więc przetwarzać je w postaci zgranulowanej metodą wtrysku na wyroby o wyjątkowo dużej wytrzymałości (do 35 Mpa) przy znacznej wydłużalności (do 700%). W ten sposób otrzymywane paski zębate, sprzęgła itp. odznaczają się małą ścieralnością oraz dużą wytrzymałością na rozdzieranie.

-silikony SI otrzymuje się przez poliaddycję lub polikondensację różnych składników. Wykazują one dużą odporność chemiczną i na starzenie, dobre wł. dielektryczne, dużą przewodność cieplną. W postaci ciekłej znajdują zastosowanie jako środki smarujące do impregnacji wodoodpornej.

# ebonit - aby otrzymać musimy wulkanizować kauczuk 2-3% S wprowadzenie do 40%S daje nam ebonit (Prasowanie, powlekanie) Podobnie otrzymujemy gumę. Metoda przetwórstwa to klejenie lub nanoszenie.

Plastomery są to tworzywa nie wykazujące w temp pokojowej odkształceń wysokoelastycznych lub dające się uzyskać tylko przy dużych naprężeniach. Są to więc tworzywa, dla których zeszklenie zachodzi pow temp pokojowej. Mogą one wykazywać właściwości termoplastyczne i termo- lub chemoutwardzalne. Plastomery podczas ogrzewania miękną, a po ostygnięciu twardnieją. W zależności od budowy są tworzywami bespostaciowymi lub krystalicznymi. Sieciować można makrocząsteczki z podwójnymi wiązaniami- wulkanizacja oraz produkty wstępnej polikondensacji lub poliaddycji -utwardzanie.

TERMOPLASTY - plastomery termolpastyczne: Termoplasty odznaczają się zwykle budową liniową, łatwo miękną podczas ogrzewania i twardnieją po ostygnięciu. Nawet używane wiele razy nie ulegają degradacji chem Ani zanikowi plastyczności i zdolności do formowania co daje możliwość przetwarzana odpadów. Do termoplastów zaliczamy: Poliamidy, Poliwęglany, Odmiany celulozy. NP.: polietylen (PF: produkcja materiałów na opakowania art. Przemysłowych i spożywczych; produkcja art. gosp. dom.). polichlorek winylu (PVC; twardy do produkcji rur; miękki na ostony izolacyjne, wykładziny podłogowe), poliwęglany (PC; elektrotechnika, elektronika. samochody, art gosp. dom.)

Termoplasty bezpostaciowe- są tworzywami polarnymi i przez to mają gorsze wł dielektryczne niż termoplasty krystaliczne. Posiadają one sporą sztywność ale miękną w niższych temp. temp kruchości jest wyższa od temp pokojowej. W stanie czystym są przezroczyste.

-poli (chlorek winylu) PVC (PCW ?) jest tworzywem sprężystym o temp rozkładu zbliżonej do temp płynięcia co utrudnia przetwórstwo. Wadą jest niska temp zeszklenia ok.85˚C, wysoka temp kruchości ok.10˚C. w temp nieznacznie niższej od pokojowej jest materiałem kruchym. Jako tworzywo polarne jest słabym dielektrykiem. Przetwarza się przez wytłaczanie (powłoki na kablach), odlewanie, powlekanie, prasowanie.

-PVC medyczne PVC (PCW ?) z dodatkiem stabilizatora, co utrudnia jego przetwórstwo. Stabilizatory uodporniają tworzywo na degradację lub destrukcję zachodzącą pod wpływem ogrzewania, ścinania, napromieniowania lub utleniania lub też w czasie użytkowania. Stabilizator termiczny powoduje iż PVC po dłuższym nagrzewaniu staje się nierozpuszczalne. Obok blokowania miejsc ulegających destrukcji powinien też wiązać produkty rozkładu, które mogą katalizować dalszy rozkład. Stabilizatory napromieniowania to związki absorbujące energię tego napromieniowania przy jednoczesnym emitowaniu promieniowania o większej dł fali (nie powodującej już destrukcji).

-polistyren PS otrzymuje się metodą polimeryzacji blokowej, emulsyjnej, suspensyjnej lub rozpuszczalnikowej styrenu. Ma temp kruchości najwyższą ze wszystkich stosowanych tworzyw wielkocząsteczkowych (82˚C) i dlatego w temp pokojowej jest on tworzywem kruchym, a przy uderzeniu wydaje metaliczny dźwięk. Polistyren odznacza się b.dobrymi własnościami dielektrycznymi, podobnie jak PE i PTFE, jest odporny na działanie alkaidów, nieodporny na działanie kwasów utleniających, rozpuszcza się w węglowodorach, a ponadto jest podatny na korozję naprężeniową. PS przetwarza się głównie przez wtryskiwanie (opakowania, aparaty tel), wytłaczanie (folie dielektryczne) oraz rozdmuchiwanie (butelki).

MODYFIKACJE - Hips, Abs, San

ABS - kopolimer akrylomitylu (polimeryzacja) - jest przezroczysty i ma dużą udamość. Stosowany jest na płyty, rury, zbiorniki.

SAN - kopolimer styrenu i akrylomitylu - (polimeryzacja) Odporny na temperature i czynniki chemiczne. Stosowany do rur, profili, wyrobów gosp. Domowego.

-poli(metakrylan metylu) PMMA- termoplast bezpostaciowy. Tworzywo polarne. Otrzymuje się przez polimeryzację blokową, emulsyjną, suspencyjną, rozpuszczalnikową metakrylanu metylu. Duża przepuszczalność światła widzialnego 92%. Posiada wyższą od temp pokojowej temp kruchości, dlatego też w temp pokojowej wykazuje on małą udarność oraz małą odporność na zarysowania. Jest złym dielektrykiem. Mało odporny na działanie gorących kwasów i alkaliów. Dzięki znikomej chłonności wody wykazuje dużą stabilność wymiarów. PMMA o masie cząsteczkowej do 8000 wykazuje niezbyt dużą lepkość w stanie ciekłym. Jest formowany metodą wytłaczania lub wtryskiwania.

-PVAL otrzymuje się z poli(octanu winylu) przez hydrolizę. Własnością odróżniającą PVAL od większości polimerów jest jego rozpuszczalność w wodzie. Poli(alkohol winylowy) odznacza się małą przepuszczalnością gazów, odpornością na ścieranie, dużą przyczepnością do materiałów porowatych i higroskopijnych, a małą przyczepnością do większości tworzyw wielkocząsteczkowych. Stosowany jest jako środek rozdzielający.

-poliwęglan PC jest to materiał bezpostaciowy, o dużej przezroczystości, jednak pod wpływem promieni nadfioletowych ulega lekkiemu żółknięciu. Charakteryzuje go wysoka temp zeszklenia (ok.145˚C), niska temp kruchości (ok.103˚C), duża sprężystość, kowalność, twardość i udarność. W temp pokojowej PC dorównuje prawie PA, nie jest jednak zalecany do wyrobu łożysk i kół zębatych. PC w porównaniu z PS jest niewiele gorszym dielektrykiem. Poliwęglan jest tworzywem samogasnącym, wykazuje małą przepuszczalność pary wodnej, dużą lepkość w stanie ciekłym oraz jest stosunkowo odporny na korozję naprężeniową i na czynniki chemiczne z wyjątkiem stężonych roztworów alkaliów. Poliwęglany są przetwarzane głównie przez wtryskiwanie lub wylewanie.

PS - polistyren - otrzymuje sie go przez polimeryzacje - jest przezroczysty kruchy dobry izolator elektryczny. Stosuje się go na opakowania, listwy, folie izolacyjne elektryczne.

Termoplasty krystaliczne Występują jako tworzywa niepolarne i dlatego są dobrymi dielektrykami. Mają wysoką temp mięknienia. W temp pokojowej wykazują dużą udarność. Są nieprzezroczyste.

-polietyleny PE otrzymuje się wg metody wysokociśnieniowej lub niskociśnieniowej. W zależności od metody wytwarzania makrocząsteczka polietylenu jest rozgałęziona oznaczana jako LDPE lub liniowa, oznaczana jako HDPE. W przypadku LDPE osiągany stopień krystaliczności wynosi 60%, a w przypadku HDPE do 90%. LDPE odznacza się niższą niż HDPE temp topnienia, mniejszą odpornością chemiczną, wytrzymałością, twardością i sprężystością oraz większą udarnością. Polietyleny wykazują dużą podatność na pełzanie, przy czym dla LDPE jest ona większa niż dla HDPE. Polietyleny pod działaniem światła słonecznego, w obecności tlenu z powietrza, ulegają degradacji; można się przed tym zabezpieczyć przez wprowadzanie do nich pigmentów czarnych. Tworzywa te należą do najlepszych dielektryków, również dla prądów wysokiej częstotliwości. Jako dobre izolatory elektryczne podlegają naładowaniu elektrostatycznemu przyciągając wtedy kurz. Polietyleny w temp pokojowej są odporne na kwasy, alkalia, roztwory soli i polarne rozpuszczalniki przy czym HDPE jest bardziej odporny niż LDPE. LDPE przetwarzany jest głównie przez wytłaczanie na folie, dla których przepuszczalność gazów i pary wodnej jest duża. LDPE można także wtryskiwać do wytwarzania wyrobów mniej obciążonych. HDPE przetwarza się przez wytłaczanie i wtryskiwanie do produkcji wyrobów bardziej obciążonych. PE poddaje się sieciowaniu. Sieciowanie wywołuje się zwykle w podwyższonej temp przy użyciu klimatyzatorów nadtlenkowych.

Poliamid - (PA) -otrzymuje się go przez poliaddycję lub przez polikondensacje. Posiada dużą wytrzymałość i udarność, małą ścieralność i tarcie. Ze wzrostem grupy CH2 w stosunku do C0NH maleje wytrzymałość, chłonie wodę, odporny na kwas. Stosowany jest na koła zębate, łożyska śruby i nakrętki.

Duroplasty: - Wytwarza się przez zmieszanie razem żywicy i utwardzacza które reagują ze sobą i utwardzają się. Cechuje je przestrzennie usieciowana budowa, która powstaje podczas reakcji żywicy z utwardzaczem. Cechuje je sztywność, stabilność wymiarowa, nierozpuszczalność, nietopliwość, i doskonałe własności elektroizolacyjne.

DUROPLASTY TERMOUTWARDZALNE odznaczają się budową sieciowa, miękną początkowo w procesie ogrzewania, ale podtrzymywane temperaturze temperaturze podwyższonej temperaturze twaranieją. Przemiana ta jest nieodwracalna (np. fenoplasty, i aminoplasty: ).

Poliformaldehyd (PF)- (polimeryzacja). Jest twardy i sztywny. Stosowany na koła zębate, śruby, rolki toczne

Tworzywa fenolowe i aminowe stanowią grupę duroplastów termoutwardzalnych. Charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi, dielektrycznymi i termicznymi.

Fenoplasty - w postaci żywic lanych wykorzystuje się do wyrobu galanterii, uchwytów narzędzi, form; w postaci tłoczyw, wyroby powszechnego użytku. części elektrotechniczne, obudowy aparatów telefonicznych, radiowych i fotograficznych, z tłoczyw zawierających azbest i opiłki metalowe wykonuje się okładziny cierne hamulców i sprzęgieł.

Aminoplasty - znajdują zastosowanie m.in. jako kleje, środki impregnujące, spoiwa do płyt wiórowych, lakiery chemoutwardzalne, produkuje się z nich także artykuły gospodarstwa domowego i elektrotechniczne (łatwo się barwią). Są wykorzystywane do impregnowania tkanin, wyrobu lakierów, laminat.

DUROPLASTY CHEMOUTWAROZALNE: utwardzają się już w temp. Pokojowej w wyniku reakcji chem. z utwardzaczami. - np. żywice poliestrowe (lakiery piecowe i schnące w powietrzu. włókna syntetyczne), żywice epoksydowe (EP; kleje, tłoczywa)

Żywice poliestrowe nienasycone UP- Służą do wyrobu lakierów, klejów, części maszyn, sprzętu sportowego, galanterii, elementów wyposażenia samochodów. Rozpuszczone w styrenie służą jako lakiery do mebli. Charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi i dielektrycznymi, odpornością na działanie kwasów i zimne) wody, nazwa handlowa: polimal

Żywice epoksydowe EP - stosowane są w postaci lanej (do odlewania i impregnacji, hermetyzacji elementów urządzeń elektrotechnicznych itp.), laminatów na podłożu włókien szklanych, do produkcji klejów do łączenia metali oraz do produkcji lakierów antykorozyjnych i izolacyjnych. Żywice epoksydowe charakteryzują się m.in. doskonalą przyczepnością niemalże do wszystkich tworzyw, zwłaszcza do metali, dobrymi własnościami mechanicznymi i elektrycznymi, odpornością na działanie czynników atmosferycznych i chemicznych.

ŚRODKI SMARUJĄCE - woski, sole cynkowe - stosowane do PCW - ułatwiają przetwórstwo tworzyw sztucznych, zmniejszają tarcie wewnętrzne materiału i powiększają jego płynność, zmniejszają przyczepność tworzywa do gorących części maszyn przetwórczych. Trzy grupy: 1) Węglowodory 2) Kwasy tłuszczowe ich pochodne 3) Alkohole tłuszczowe, estry

STABILIZATORY- związki Pb, sole metali, siarka (?) - stosowane do PCW - zapobiegają rozpadowi termicznemu tworzyw sztucznych podczas ich przetwarzania oraz następnej ich degradacji pod wpływem działania tlenu i promieniowania ultrafioletowego. Dwa rodzaje: 1) Świetlne 2) Termiczne

PIGMENTY i BARWNIKI- trzy grupy: 1) Pigmenty organiczne 2) Pigmenty nie orgamczne 3) Rozpuszczalne barwniki organiczne

ZMIĘKCZACZE- obniżają niezbędną temperaturę kształtowania wyrobów i poprawiają trwale ich elastyczność, udarność i odporność na niskie temperatury, ale zmniejszają ich wytrzymałość mechaniczną i odporność cieplną.

WYPEŁNIACZE - decydują o właściwościach mechanicznych i cieplnych tworzywa.

TWORZYWA SZTUCZNE SPECJALNE (?):

silikony - odp. Termiczna, odp. Na utlenianie, elektroizolator, hydrotobowość (?) - (różne postacie: oleje, pasty, smary, lakiery, żywice, kauczuki, pianki, kleje; materiały elektroizolacyjne emalie ochronne, środki przeciwpieniące). Poliamidy (nowoczesna technika rakietowa i lotnicza, urządzenia nuklearne, elektronika)

Syntezy polimerów: - Tworzywa sztuczne powstają w reakcjach chemicznych, w których monomery tączą się na zasadzie przyłączania, lub kondensacji, tworząc materiały wielkocząsteczkowe.

1) Polietylen który jest polimerem liniowym jest wytwarzany w wyniku reakcji addycji. Rozpoczyna się ona od inicjatora reakcji takiego jak np. H2O2. który ma bardzo reaktywne wolne rodniki OH. Jeden z nich podczas ogrzewania pod ciśnieniem powoduje rozerwanie podwójnego wiązania w cząsteczce etylenu C2H4 i przekształca ją w aktywny ośrodek. Lewy koniec ośrodka aktywnego jest zablokowany przez grupę OH, lecz prawy jest silnie reaktywny i „atakuje" inne cząsteczki etylenu. Proces ten ma charakter łańcuchowy, cząsteczka szybko staje się coraz dłuższa. Gdy monomery zostaną wyczerpane szybkość reakcji maleje i w końcu przestaje zachodzić, a łańcuch zostaje zakończony rodnikiem OH.

2) Cząsteczki jednego typu reagują z symetrycznymi cząsteczkami drugiego typu w sposób następujący: reakcja kondensacji nie jest uzależniona od obecności inicjatora. dlatego długie cząsteczki tworzą się w wyniku łączenia się krótszych segmentów, które przedtem powstają jednostek mniejszych jednostek (merów).

KONFIGURACJA MAKROCZĄSTECZEK

Polimery termoplastyczne: odznaczają się liniowymi makrocząsteczkami, nie są sieciowane dlatego mięknąpodczas ich ogrzewania, co ułatwia ich przetwarzanie. Monomery które łączą się w łańcuchy liniowe mają dwa wiązania aktywne. Najprostszym polimerem liniowym jest polietylen. Jeżeli jeden atom H w monomerze zastąpimy przez podstawnik (zwany niekiedy rodnikiem R) otrzymamy rodzinę polimerów winylowych. Podstawnik powoduje asymetrię jednostki monomerycznej, dzięki czemu Istnieje możliwość łączenia merów w różny sposób.

Podział polimerów liniowych ze wzg. Na rozmieszczenie podstawników: 1) izotaktyczny : wszystkie podstawniki w mikrocząsteczce leżą po tej samej stronie płaszczyzny łańcucha. 2) synidiotaktyczny : podstawniki ułożone są po obu stronach płaszczyzny łańcucha. 3) ataktyczny : podstawniki ułożone są po obu stronach łańcucha w sposób nieregularny.

Kryształy polimeru. - Makrocząsteczki liniowe mogą krystalizować. Przykładem jest polietylen o dużej gęstości. Jego makrocząsteczki nie posiadają żadnych rozgałęzień ani podstawników. W czasie oziębiania wiązania drugorzędowe sprzyjają regularnemu upakowaniu mikrocząsteczek w równoległe wiązki nie całkowicie krystaliczne, ale i nie amorficzne. W pewnych warunkach długie makrocząsteczki zginają się i układają sterty tworząc kryształy ze sfałdowanymi łańcuchami. W polimerach o najwyższych stopniach krystaliczności, wiązki i segmenty sfałdowanych łańcuchów stanowią w większości fazy krystaliczne przedzielone obszarami amorficznymi (szklistymi).

Różnice między duroplastami i termoplastami.

Duroplasty są polimerami termoutwardzalnymi, twardnieją przy wzroście temp., termoplasty miękną ze wzrostem temp.

Jak określić wytrzymałość na rozciąganie?

3 sposoby 1.rozciąganie 2.zginanie 3.ściskanie

Które z polimerów izotaktyczne, ataktyczne, czy syntaktyczne będą wykazywać najmniejsze prawdopodobieństwo tworzenia struktury krystalicznej? Atektyczne, ponieważ, są nierówne porcje (brak uregulowania rozkładu) im bardziej regularna budowa, tym łatwiej wytworzyć strukturę krystaliczną (najłatwiej w izoaktywnych)

Co to jest Chasing?

Jest to biała linia przy zgniataniu polimerów.

Co nazywamy kompozytem, podstawowe rodzaje kompozytów.

Kompozyty to tworzywa składające się z co najmniej 2 składników właściwościach różnych właściwościach w taki sposób, że ma właściwości lepsze i (lub) nowe (dodatkowe) w porównaniu z właściwościami poszczególnych składników lub w porównaniu z sumą właściwości tych składników. Ważnym wskaźnikiem budowy kompozytu jest stosunek objętościowego lub masowego udziału w nim materiału zbrojącego.

Może on występować jako cząstki lub włókna. Wyróżnia się:

1. Kompozyty zbrojone dyspersyjnie - faza zbrojąca występuje w postaci cząstek poniżej 1 um (stop Ni-Cr używany na turbiny gazowe).

2 Kompozyty zbrojone cząstkami - cząsteczki mają wymiar od kilku do kilkuset mikrometrów.

3 Kompozyty zbrojone włóknami - włókna o bardzo malej średnicy przeważnie poniżej 100 um.

Kompozyty w zależności od osnowy można podzielić na:

1 Kompozyty o osnowie metalowej - osnowę stanowią stopy metali z 3 grup:

a) Stopy metali lekkich (przemysł samochodowy i lotniczy)

b) Stopy srebra i miedzi o dobrych właściwościach cieplnych i elektrycznych

c) Stopy niklu ołowiu i cynku

2 Kompozyty o osnowie ceramicznej - materiały budowlane, hutnicze i stosowane w elektronice

3 Kompozyty o osnowie polimerowej - żywice termoutwardzalne (fenoplasty i aminoplasty), silikony, duroplasty chemoutwardzalne. tworzywa termoplastyczne

Omów metodę bezpośrednią i pośrednią otrzymywania kompozytów o osnowie metalowej. Jakie są ich własności i typowe zastosowania.

Metoda bezpośrednia: - metoda kierunkowej krystalizacji stopów eutektycznych. Wykorzystuje się prawidłowość, że w procesie krzepnięcia stopu eutektycznego obie fazy struktury kompozytowej powstają jednocześnie ze stanu ciekłego. Typowa struktura otrzymanego -w ten sposób kompozytu ma postać równolegle zorientowanych włókien (słupków, płytek) rozmieszczonych równomiernie w osnowie stopu. Metodą kierunkowej krystalizacji wytwarza się kompozyty na osnowie: aluminium, żelaza, kobaltu, tytanu i niklu. Zastosowanie: na łopatki turbin (dysze w silnkach odrzutowych. Metoda pośrednia: - obejmuje ona technologie z ciekłą osnową i technologie obróbki plastycznej. Wszystkie technologie tej grupy wymagają odrębnego przygotowania osnowy i zbrojenia. Cykl technologiczny jest na ogol bardzo złożony i wymaga spełnienia wielu warunków.

Własność kompozytu jest wynikiem sumowania własności składników, lub wynikiem przenoszenia oddziaływania jednego składnika na drugi. Pozwala to na uzyskanie materiałów o zupełnie nowych właściwościach. Kompozyty konstrukcyjne:

1. umacniane włóknami: Bardzo istotne jest ułożenie włókien. W zależności od kierunku i sposobu ich ułożenia, oraz od rodzaju włókien i ich średnicy (im większa średnica, tym mniejsza wytrzymałość kompozytu) kształtują się własności kompozytu. Stosuje się włókna szklane, węglowe, boru, SiC, Al2o3. W zależności od tego, gdzie będzie pracował kompozyt (temp, ciśnienie, ścieranie, naprężenia) musimy zastosować odpowiednie włókno. Np. włókno szklane: wytrzymałość bardzo maleje wraz ze wzrostem temp.

2. umacniane proszkami: Bardzo istotna jest wielkość cząstek. Otrzymuje się przez zmieszanie mączki kwarcowej, kuleczek szklanych, a nawet piasku z polimerem podczas jego wytwarzania - Sztywność czasem wytrzymałość i wiązkość kompozytów proszkowych są niewiele lepsze niż samych polimerów, a znacznie gorsze niż kompozytów włóknistych. Główną ich zaletą jest niska cena i dobra odporność na ścieranie, jaką może wnieść twardy wypełniacz.

3. Pianki: spieniane polimery. Obecnie najpowszechniejszą metodą jest spienianie poprzez mieszanie chemicznego środka spieniającego z granulkami polimeru przed jego przetwarzaniem - podczas ogrzewania ze środka spieniającego uwalniany jest gaz Co2, tworzący gazowe bąbelki w produkcie końcowym. Największy wpływ na właściwości pianki ma gęstość względna, a dopiero polem charakterystyka porów.

W tworzeniu kompozytów ważne są możliwości łączenia różnych materiałów, tzn czy będą one ze sobą pracować. Do jakich temp będzie pracował kompozyt głównie decyduje osnowa (polimerowa: 400'C, metaliczna: 580'C, ceramiczna: 1000'C), ale to zawsze słabszy element decyduje w jakich temp. dany kompozyt może pracować.

METALE Z PAMIĘCIĄ KSZTAŁTU: Zjawisko pamięci kształtu w metalach polega na tym, że przedmiot o określonym kształcie pierwotnym odkształcony plastycznie powraca do stanu wyjściowego po nagrzaniu go do temp. charakterystycznej dla tego materiału. W trakcie tego powrotu materiał wyzwala znaczną energię zamieniana na prace mechaniczną. Zjawisko takie jest możliwe tylko wtedy gdy struktura wyjściowa jest zupełnie inna niż po odkształceniu. Po odkształceniu struktura musi mieć tup martenzytyczny. Takie stopy to np. nitinol (Ni, Ti), czy stop o składnikach (14,5%Zn, 8,5%Al., reszta Cu). Zastosowania: w silnikach cieplnych, trwałe połączenia mechaniczne i elektryczne, czujniki temperatur, układy regulacyjne, medycyna (łączenie kości, tulejki do usztywniania kręgosłupa).

Kompozyty-podać przykłady osnowy i włókien oraz przykłady zastosowań. Osnowy: a)metalowa [stopy aluminium lub tytanu]; b)ceramiczna [szkło, cement,gips,porcelana); c)węglowa lub polimerowa [żywica epoksydowa, poliestrowa lub fenoloformaldchydowa]

Włókna: a) metalowe [stal nierdzewna, wolfram, molibden]; b)ceramiczne [szkło, azbest, tlenki glinum magnezu i krzemu]; c)niemetalowe [węgiel, krzem]; d)węglikowe [SiC,B4C, TiC] ; e)Złożone [borsic]; f)polimerowe [nylon, kevlar] Zastosowanie płyty faliste i płaskie do budownictwa, profile, rury, osłony i obudowy maszyn, kabiny i kioski, kadłuby statków, elementy samolotów, śmigłowców, szybowców, zbiorniki, sprzęt sportowy i inne.

Dlaczego kompozyty nie są wykorzystywane tak bardzo jak wskazywałyby na to ich właściwości? Ponieważ są drogie, nieodporne na temp. i łatwo się niszczą przez zgniatanie.

Dlaczego kompozyty umacniane węglikami mają taką dużą wytrzymałość? Bo węgiel (grafit) ma wysoką anizotropię (różne właściwości w różnych kierunkach) . Obciążając równolegle do płaszczyzny uzyskujemy wysoką wytrzymałość, występują silne wiązania między atomami

Definicja tworzyw ceramicznych i ich podział ze względu na budowę chemiczną. Tworzywami ceramicznymi można nazwać materiały w stanie stałym skupienia, otrzymane z substancji nieorganiczno-niemetalowej o dużej trwałości termicznej. Od tradycyjnych materiałów ceramicznych różnią się: a)Są wytwarzane z głęboko przetworzonych naturalnych oraz syntetycznych surowców o wysokiej i kontrolowanej czystości chemicznej i fazowej. b) obejmują nie tylko krzemiany ale przede wszystkim proste i złożone tlenki, węgliki, azotki, borki. c) Wytwarzane są w różnorodnych postaciach począwszy od monokryształów bez dyslokacyjnych poprzez ceramikę polikrystaliczną, ciała porowate, materiały włókniste do materiałów amorficznych. Wytwarzanie ceramiki: l prasowanie na zimno (jednoosiowe lub izostatyczne). 2 prasowanie wpływowe i walcowanie. 3 kształtowanie wtryskowe.

Podział ze wzg. na budowę chemiczną: tlenkowa, azotowa, borkowa.

O właściwościach ceramiki decydują: skład chemiczny, proces otrzymywania (np. z proszku - prasowanie lub spiekanie), rodzaj wiązań, struktura.

Struktura typowego (tworzywa ceramicznego: mikropęknięcia, ziarna, granice ziarn, wydzielenia 2 fazy, pory (puste obszary powstałe w skutek zagęszczania materiału (doprowadzania go do stanu litego), są charakterystyczne dla ceramiki, bardzo decydują o własnościach - mogą propagować mikropęknięcia).

Ceramika może mieć budowę krystaliczną (uporządkowanie dalekiego zasięgu) lub amorficzną (uporządkowanie bliskiego zasięgu - im dalej tym mniej uporządkowane).

Właściwości: Ma ona bardzo wysokie temp topnienia (1455 C - ' 4150 C), wiec może pracować ona w bardzo wysokich temp. Ma bardzo słabe własności plastyczne - bardzo łatwo pęka. Nie może pracować przy pewnych wartościach odkształceń. Jeśli naprężenia działają tak, że ściskają mikropęknięcia, to mogą mieć one duże wartości, jeśli zaś je rozciągają, to ułatwiają im propagację i materiał pęka. Bardzo twarda, odporna na ścieranie i zmęczenie. Ceramika ma wysoką cenę. Jej bardzo wysoka twardość wynika z rodzaju wiązań.

Podział ceramiki ze wzg. na wiązania:

o budowie jonowej, kowalencyjnej (wyst. Między określonymi atom. - bardzo mocne, co ogranicza powstawanie dyslokacji, co z kolei powoduje bardzo małą możliwość odkształceń plastycznych), kowalencyjno-jonowej, Vandcewalsa. Wytwarzanie ceramiki: l prasowanie na zimno (jednoosiowe lub izostatyczne). 2 prasowanie wpływowe i walcowanie. 3 kształtowanie wtryskowe.

Czym wyjaśnić żę ceramika jest zarazem twarda i krucha? Twarda jest dzięki wiązaniom jonowym i kowalencyjnym ponieważ ich sieć krystaliczna stawia bardzo silny pór przemieszczającym się dyslokacjom. Ceną za to jest mała odporność na kruche pękanie.

Jakie są ograniczenia w szerszym zastosowaniu ceramiki? 1-kruchość 2-porowatość 3-ciężkość łączenia

W jaki sposób możemy określić wytrzymałość próbek ceramicznych? Wytrzymałość ceramiki scharakteryzowana jest przez: 1.Wiązkość - odporność na kruche pękanie, 2.Rozkład i wielkość mikropęknięć: a) gięcie dla zgniatania σ=GM/bd² 1,7Rm=σ ; b)ściskanie Rc jest około 15 razy większe od Rm (Rc-wartość naprężenia niszczącego Rm-wytrzymałość na rozciąganie) Rc=cKic/ a (a-śr. dł. pęknięcia) c)wytrzymałość na obciążenia σ=Rm= cKic/ am (am=1/2amax)

Podać długość max pęknięcia, gdy mamy coś dane: Rm=σ=cKic/ a σ=F/a=Rm

Jak zmienia się prawdopodobieństwo przetrwania od „σ”?

Ps(Vo)=exp[-(σ/σo)^m] jeśli σ=σo to Ps(Vo)=1/c 37% 1)wpływ naprężenia im wyższe tym prawdop. Niższe 2)wpływ wielkości próbki im większe rozmiary próbki tym mniejsze prawdop. 3)wpływ ośrodka i czasu. σ=0 →Ps(Vo)=1 Gdy σ rośnie Ps(Vo) maleje, Jeśli σ→ to Ps(Vo)→0

Co to jest moduł Weilbulla?

Ps(Vo)=exp[-(σ/σo)^m] m-moduł Weilbulla określa szybkość zmniejszania się wytrzymałości w miarę jak naprężenie zbliża się do wartości σo. Im mniejsze m tym większy jest rozrzut wytrzymałości materiału.

Wymień podstawowe rodzaje materiałów budowlanych i krótko je scharakteryzuj.

Głównymi materiałami ceramicznymi zaliczającymi się do lej grupy są: cegła, cement i beton.

Cegła jest to materiał budowlany, najczęściej w kształcie prostopadłościanu, wytwarzany z gliny i piasku lub innych surowców mineralnych. W procesie wypalania uzyskuje on wytrzymałość mechaniczną i odporność na działanie atmosfery. Cegła wapienno-piaskowa otrzymuje te właściwości w procesie działania pary wodnej pod ciśnieniem.

Cement jest rodzajem spoiwa hydraulicznego, twardniejącego po rozrobieniu z wodą i po utwardzeniu. Służy do przygotowywania zapraw murarskich i betonów.

Betony są to specyficzne kompozyty składające się z kruszywa i piasku, związane ze sobą spoiwem. Takim spoiwem jest zazwyczaj zaczyn cementowy, ale stosuje się też asfalt lub polimery. Ze wzglądu na gęstość pozorną rozróżniamy: Beton ciężki, beton zwykły i beton lekki.

Polireakcje: rozbudowa monomerów w makrocząsteczki; ulegają im związki małocząsteczkowe posiadające wiązania zdolne do reakcji chemicznych

Polimeryzacja: bez wydzielania produktów ubocznych i bez przegrupowania atomów lub grup atomów

Kopolimeryzacja: łączenie dwóch różnych merów

Poliaddycja: bez wydzielania produktów ubocznych ale z przegrupowaniem atomów (trudne, rzadko stosowane)

Polikondensacja: z wydzieleniem produktów ubocznych (zwykle woda)

Sposób łączenia się monomerów dwufunkcyjnych w makrocząsteczkę łańcuchową: głowa do ogona lub głowa do głowy (mniejsza stabilność)

Stereoizometria: rozmieszczenie podstawników względem płaszczyzny wyznaczonej przez łańcuch głów (atomy łańcuch głównego). Na stereoizometrię wpływa dobór katalizatora i warunki syntezy

Konfiguracje:

1. izoaktyczna- podstawniki znajdują się po tej samej stronie płaszczyzny (GO)

2. syndiotaktyczna -na przemian po obu stronach płaszczyzny (GG)

1. ataktyczną- rozmieszczenie nieregularne

Postacie konformacyjne:

• liniową i globularną (obszary bezpostaciowy; stan stopiony, rozpuszczony)

• rektalną, lamelarną i heliksoidalną (obszary krystaliczne)

• cykliczną (niektóre silikony)

Polarność: w cząsteczkach różnoatomowych zachodzi przesunięcie par elektronów i wtedy wykazują polarność (biegunowość). Jest ona tym większa, im punkty ciężkości ładunków + i - są dalej od środka danej grupy. Polarność wyraża się momentem dipolowym. O polarności decyduje: rodzaj grup atomowych, symetria rozkładu w przestrzeni i gęstość wokół łańcucha głównego

Typy cząstek: niepolarna, p. dodatnio, ujemnie, dodatnio-ujemnie

Zerowa lub mała polarność: polistyren, polipropylen, poliizopren, polietylen, politetrafluoroetylen, poliamid, poliuretan

Duża polarność: poli(chlorek winylu), żywica mocznikowa, azotan i octan celulozy, celuloza, poli(octan winylu), poli(alkohol winylowy), żywica epoksydowa i fenolowa

Jeśli wzrasta polarność, to wzrasta stała dielektryczna E' E'= C/C_o (pojemność kondensatora do poj. kondensatora w próżni). Określa ona zdolność gromadzenia ładunków w kondensatorze.

Stratność dielektryczna: rozpraszanie energii elektr. I jej zamiana na ciepło podczas obrotu cząstek polarnych w polu elektrycznym. Jej miarą jest kat stratności dielektrycznej, czyli kąt przesunięcia fazowego prądu i napięcia w kondensatorze. Gdy δ=90⁰, to cała energia jest rozpraszana w postaci ciepła (materiał się grzeje). Gdy stratność jest duża, to można łączyć płyty i folie metodą zgrzewania pojemnościowego= prądami wysokiej częstotliwości). W momencie zacisku doprowadza się zmienne napięcie, materiał się nagrzewa, nadtapia i spaja. W metalach by nie wyszło, bo są przewodnikami, ale tw. Sztuczne są izolatorami.

Masa cząsteczkowa

Polimolekularnośc= polidyspersja: zjawisko polegające na tym, że tworzywa wielkocząsteczkowych są zbudowane z makrocząsteczek o różnej długości= różnej masie. Im mniejsza polidyspersja, tym lepsza jakośc materiału. Do wtrysku trzeba małej p.(mniejszy skurcz), do wytłaczania można większą

P= M/M_m (masa polimeru do monomeru)

P- stopień polimeryzacji: liczba jednostek monomerycznych o masie cząsteczkowej M_m tworzących makrocząsteczkę o masie M

Krystaliczność równoległe układanie się ogniw na dużej długości (dla tworzyw niepolarnych o nie za długich łańcuchach). Może zachodzić, gdy obniża się temp. Stopu lub gdy odparowuje się rozpuszczalnik ze stopu. Proces odwracalny! Ciało bezpostaciowe= amorficzne= niekrystaliczne. Stopień krystaliczności: (objętość właściwa- ob. materiału bezpostaciowego):(ob. właściwa- ob. mat. krystalicznego). Mat. krystaliczne nie nieprzezroczyste, ale przeświecalne (przepuszcza światło rozproszone)

X 1 2 1 szybkość tworzenia zarodków

2 szybkość wzrostu zarodków

A materiał drobnoziarnisty

B materiał gruboziarnisty

A B

T

Gdy X rośnie: rośnie twardość, gęstość, odp. Na ścieranie, wytrzymałość i sztywność; maleje: rozszerzalność cieplna, przeświecalność, chłonność wody, wydłużalność, wytrzymałość zmęczeniowa, udarność

Sieciowanie: łącznie się ze sobą makrocząsteczek przez poprzeczne wiązania chemiczne. Sieciować można makrocząsteczki z podwójnymi wiązaniami (wulkanizacja) oraz produkty wstępnej polikondensacji lub poliaddycji (utwardzanie). Sieciowanie może zachodzić niekontrolowanie pod wpływem tlenu czy ozonu (starzenie się kauczuku: utrata zdolności do dużych odkształceń) Opony tracą elastyczność, bo wewnątrz zachodzi depolimeryzacja, na zewnątrz sieciowanie przez tlen.

Pętla histerezy mechanicznej: Pole reprezentuje ilość pracy, która została włożona na m3, obrazuje zdolność do tłumienia drgań. Pole rośnie we wzrostem stopnia ucieciowania.

σ


odkształcenie

Gdy pola w ogóle nie ma, to praca została zmagazynowana i oddana.

Im większe pole, tym więcej energii się rozprasza.

ε

Utwardzanie duroplastów na gorąco: wskutek ogrzania (termoutwardzalne) lub dodania odpowiednich środków (chemo) polega na zwiększeniu liczby wiązań między sąsiednimi cząsteczkami. Istotne są t i T. Podwyższenie temp. Powoduje skrócenie czasu i zwiększenie st. utwardzenia. Łatwiej jednak przekroczyć maks. Czas, po którym na skutek cieplnych procesów destrukcyjnych własności materiału ulegają pogorszeniu. Stopień utwardzenia bywa różny w przekroju. Termoutwardzalnie: maks przy powierzchni, chemo: maks we wewnątrz.

STANY FIZYCZNE

T _k kruchości

szklisty T_m mięknienia

T_g zeszklenia

Kruchy wymuszonej elastyczności wysokoelastyczne ciekły T _f płynięcia

(1)T _k (2)T_m T_g (3) T _f (4) Temp

Krzywe rozciągania statycznego (odkształcenie/ naprężenie)

(1) (2) (3) (4)

Odkształcenie sprężyste i wysokoelastyczne trwałe

Sprężyste wysokoelastyczne

1. Odkształcenie prawie liniowo do chwili pęknięcia. Sprężyste związane ze zmiana długości i kątów ogniw makrocząsteczek. Zachodzą zmiany tylko energii wewnętrznej.

2. Po wywołaniu naprężeń mniejszych od Re powstają tylko odkształcenia sprężyste. Później wymusza się powstawanie dużych odkształceń związanych z wyprostowaniem się segmentów skłębionych makrocząsteczek (obroty ogniw łańcucha względem siebie). Po odciążeniu odkształcenia nie znikają natychmiast (powrotne opóźnione= elastyczne)

3. Segmenty makrocząsteczek mogą się przemieszczać samoczynnie bez względu na naprężenia

4. Całe makrocząsteczki mogą się przemieszczać względem siebie, cała praca odkształcenia zmienia się w ciepło.

Dla ciał krystalicznych wykres taki sam, tylko szklistytwardy, kruchynieciągliwy

T_m T_g Tr, Tt(rekrystalizacji, topnienia)

Tr> Tg, bo tworzywa krystaliczne osiągaj stan wysokoelastyczny w wyższych temperaturach

Tk dla krystalicznych (niepolarnych) jest niższa dla bezpostaciowych (polarnych), czyli jest większy zakres istnienia stanu wymuszonej elastyczności dla krystalicznych.

Tworzywa usieciowane nie przechodzą w stan ciekły, bo wiązania poprzeczne uniemożliwiają przemieszczenie się makrocząsteczek względem siebie. W znacznie usieciowanych nie ma też wysokoelastycznego, bo długość segmentów jest mała i odkształcenie wysokoelastyczne znikome.

Środki smarujące- woski, sole cynkowe - ułatwiają przetwórstwo tworzyw sztucznych, zmniejszają tarcie wewnętrzne materiału i powiększają jego płynność, zmniejszają przyczepność tworzywa do gorących części maszyn przetwórczych. (zmniejszają lepkość uplastycznionego tworzywa)

Stabilizatory-związki Pb, sole metali- uodparniają tworzywa na degradację (rozrywanie wiązań w łańcuchu głównym) lub destrukcję (odrywanie podstawników) pod wpływem ogrzewania, ścinania, napromieniowania, utleniania. Antyutleniacze to stabilizatory utleniania (przeciw sieciowaniu kauczuków)

Pigmenty i barwniki- zw. Małocząsteczkowy o zdolności tworzenia barwy. Barwniki do powierzchni, mogą być bezbarwne. Pigmenty na masę, mają barwę. Koncentrat to barwnik o dużym stężeniu. Pigmenty: tlenki Fe, chromowe, kadmowe, biel tytanowa. Organiczne: azowe, nitrowe.

ZMIĘKCZACZE- obniżają niezbędną temperaturę kształtowania wyrobów i poprawiają trwale ich elastyczność, udarność i odporność na niskie temperatury, ale zmniejszają ich wytrzymałość mechaniczną i odporność cieplną.

Napełniacze: rozdrobniona substancja stała, która się dodaje w celu poprawienia wł. Mechanicznych i obniżenia cen. Zmniejszają sztywność, mogą zwiększyć wytrzymałość. (mączka drzewna, skrawki tkanin, papieru, sadza, kreda, talk, proszek metalowy, włókna szklane)

Nośniki: szkielet wzmacniający wytrzymałość ( maty i tkaniny ze szkła, czasem włókna węglowe)

Zmiękczacze (plastyfikatory): zw. Małocząsteczkowy tworzący z polimerem silnie stężony roztwór. Wnikają między łańcuchy i oddalają je od siebie, co zwiększa ich ruchliwość i obniża temp. Zeszklenia. Tworzywo staje się bardziej elastyczne, mniej spójne i odporne chemicznie. Bezbarwne, nietoksyczne, rozpuszczalne. Chodzi o obniżenie Tg

Wydłużenie przy pękaniu

Rm

Tg

Utwardzacze: umożliwiają tworzenie poprzecznych wiązań; gł. Do kauczuków i duroplastów. Tworzy się struktura częściowo przestrzenna, optymalnie utwardzona.

Antypiryny= opóźniacze palenia: gdy Oy>28 to tworzywo jest niepalne (samo gaśnie). Chodzi o wydzielanie niepalnych gazów odcinających tlen, głównie chlor.

Środki antystatyczne: zmniejszą l. ładunków elektrycznych na powierzchni. Zwiększą adsorpcję wody lub tworzyć warstewkę smaru. (grafit, sadza, proszek metalowy)

Porofory= środki spieniające: rozkładają się w wyższej temp z wydzieleniem azotu (lite na wierzchu, spienione w środku jak kości)

Nukleanty: obniżają napięcie powierzchniowe na granicy tworzywa i gazu z rokładu

TWORZYWA WIELKOCZASTECZKOWE:

1. Plastomery

• Termoplasty (bezpostaciowe i krystaliczne)

• Duroplasty (termo i chemoutwardzalne)

2. Elastomery

• Termoplastyczne

• Sieciujące (na gorąco (wulkanizujące) i na zimno)

2. ELASTOMERY: tworzywa, które w 20st C wykazują wysokoelastyczne odkształcenia przy małych naprężeniach. Tg<20st. Zwykle mają podwójne wiązania zdolne do wulkanizacji. Do wyrobów konstrukcyjnych o dużych odkształceniach

kauczuk butadienowostyrenowy SBR kopolimer butadienu i styrenu. W porównaniu z IR ma większą odporność na ścieranie oraz odporność chemiczną, mniejszą mrozoodporność=-30˚C Nie krystalizuje przy rozciąganiu.

kauczuk naturalny, poliizopren, kauczuk izoprenowi IR (syntetyczny), NR (naturalny)Duża polidyspersja. Najniższa Tg oraz najwyższą sprężystość i wytrzymałość (poza elastomerami poliuretanowymi). Jako związek niepolarny IR jest nieodporny na ciecze hydrofobowe (np. oleje mineralne, benzynę itp.) Podczas ogrzewania z siarką- wulkanizacja. 1/5% S to guma, do 30%S to ebonit. niska odp. na starzenie.

Poliizobutylen, PIB polimer izobutylenu używanym w szerokim zakresie mas cząsteczkowych od 800 (oleje dielektryczne), poprzez 100 000 (powłoki) do 500 000 (folie). Tg niepolarnego PIB jest niska (-51˚C). własności PIB podobne do kauczuku butylowego. Tlen + światło= destrukcja (konieczne ciemne napełniacze). Nie podlega wulkanizacji.

kauczuk butylowy (izoprenowo- butylowy)IIR kopolimer izobutylenu z odrobiną izoprenu (1-2%), jest tylko nieznacznie nienasyconym związkiem i wykazuje dużą odporność na starzenie (tlen, ozon, ciepło) i małą odporność na pełzanie. Odporność termiczna IIR (ok. 115˚C) bardzo duża. Jako niepolarny jest odp na rozpuszczalniki polarne oraz stężone kwasy. Po zwulkanizowaniu duża odporność na przenikanie gazów (stosowany do wyrobu dętek). Kauczuk butylowy niepolarny wykazuje dość dobre własności dielektryczne. Opony!

kauczuk nitrylowy NBR dobra odporność termiczna. materiał polarny- się duża odp na działanie benzyny i olei. Modyfikowany jest odporny na gorącą wodę Jako materiał polarny jest złym dielektrykiem i wykazuje mały opór elektryczny.

polichloroplen CR duża chłonność wody i dość wysoką Tg(-40˚C). Wulkanizacja przy wyższej temp. Na kleje to bez wulkanizacji.

poliuretany PUR. od 30 do110˚C. wyjątkowo duża odp. chemiczna i odp. na czynniki atmosferyczne. mają własności termoplastyczne, można przetwarzać w postaci zgranulowanej metodą wtrysku. paski zębate, sprzęgła itp. odznaczają się małą ścieralnością oraz dużą wytrzymałością na rozdzieranie. Podeszwy butów, uszczelnienia, membrany.

silikony SI Brak węgla w łańcuchu głównym. otrzymuje się przez poliaddycję lub polikondensację różnych składników. duża odporność chemiczną i na starzenie, dobre wł. dielektryczne, dużą przewodność cieplną. W postaci jako środki smarujące do impregnacji wodoodpornej. Czynnikiem sieciującym jest wilgoć z powietrza.

1. PLASTOMERY- tworzywa nie wykazujące w temp pokojowej odkształceń wysokoelastycznych. Są to więc tworzywa, dla których zeszklenie zachodzi pow. temp pokojowej (Tg > 20st. C). Mogą one wykazywać właściwości termoplastyczne i termo- lub chemoutwardzalne. Plastomery podczas ogrzewania miękną, a po ostygnięciu twardnieją. W zależności od budowy są tworzywami bezpostaciowymi lub krystalicznymi. Sieciować można makrocząsteczki z podwójnymi wiązaniami- wulkanizacja oraz produkty wstępnej polikondensacji lub poliaddycji -utwardzanie.

Termoplasty: Termoplasty odznaczają się zwykle budową liniową, łatwo miękną podczas ogrzewania i twardnieją po ostygnięciu. Nawet używane wiele razy nie ulegają degradacji chem. ani zanikowi plastyczności i zdolności do formowania co daje możliwość przetwarzana odpadów.

Termoplastyczne bezpostaciowe

Zwykle polarne, miękną w niższych temperaturach niż krystaliczne, są bardziej rozpuszczalne, zwykle przezroczyste w stanie stałym. Duża sztywność, ale gorsze wł. dielektryczne.

poli(chlorek winylu) PVC tworzywo sprężyste o temp rozkładu zbliżonej do Tf, co utrudnia przetwórstwo. Niska temp zeszklenia ok.85˚C, wysoka temp kruchości ok.10˚C. w temp nieco niższej od pokojowej jest materiałem kruchym. Jako tworzywo polarne jest słabym dielektrykiem. powłoki na kablach, rury, folie, armatura, saidingi, ze zmiękczaczem wykładziny, rurki. Można go łatwo obrabiać, kształtować, zgrzewać, kleić.

PVC medyczne z dodatkiem stabilizatora, co utrudnia jego przetwórstwo. Stabilizatory uodporniają tworzywo na degradację lub destrukcję zachodzącą pod wpływem ogrzewania, ścinania, napromieniowania lub utleniania lub też w czasie użytkowania. Stabilizator termiczny powoduje iż PVC po dłuższym nagrzewaniu staje się nierozpuszczalne. Problem polega na tym, że stabilizatory zwykle są toksyczne, czego medycyna nie akceptuje. Nietoksyczne stabilizatory są zaś słabsze w działaniu.

polistyren PS. Ma temp kruchości najwyższą ze wszystkich stosowanych tworzyw (82˚C) i dlatego w temp pokojowej jest on tworzywem kruchym, a przy uderzeniu wydaje metaliczny dźwięk. b. dobre własności dielektryczne, nieodporny na działanie kwasów utleniających, rozpuszcza się w węglowodorach, podatny na korozję naprężeniową. opakowania, aparaty tel., folie, butelki.

HIPS polistyren wysokoudarowy Mniejsza wytrzymałość i sprężystość, ale lepsza udarność. Nieprzezroczysty. Kubki jednorazowe, lodówki.

ABS odmiana PS; większa udarność, stosowany do wnętrz, bo nie odporny na czynniki atmosferyczne, łatwo palny. Tapicerka, obudowy RTV itp.

SAN też odmiana PS. Wyższa Tg, wyższa sprężystość, przezroczysty. Hi-fi, radiotechnika. na temp. i czynniki chemiczne.

poli(metakrylan metylu) PMMA- Plexiglass. Tworzywo polarne. Duża przepuszczalność światła widzialnego. Posiada wyższą od temp pokojowej temp kruchości, dlatego też w 20st. C mała udarność oraz mała odporność na zarysowania. Jest złym dielektrykiem. Mało odporny na działanie gorących kwasów i alkaliów. Dzięki znikomej chłonności wody wykazuje dużą stabilność wymiarów. Płyty, rury, sprzęt laboratoryjny, szyby samolotów.

Poli(alkohol winylowy) PVAL otrzymuje się z poli(octanu winylu). Rozpuszcza się w wodzie! mała przepuszczalność gazów, odpornością na ścieranie, dużą przyczepnością do materiałów porowatych i higroskopijnych, a małą przyczepnością do większości tworzyw wielkocząsteczkowych. Stosowany jest jako środek rozdzielający, tworzy powłoki.

poliwęglan PC duża przeźroczystość, pod wpływem promieni nadfioletowych żółknie. Wysoka temp zeszklenia (ok.145˚C), niska temp kruchości (ok.103˚C), duża sprężystość, kowalność, twardość i udarność. Nie rysuje się. Tworzywo samogasnące! wykazuje małą przepuszczalność pary wodnej, dużą lepkość w stanie ciekłym oraz jest stosunkowo odporny na korozję naprężeniową i na czynniki chemiczne. Wyroby gospodarstwa domowego, lampy, folie.

Pochodne celulozy policukier; słaba odp. Chemiczna. Z czystej celulozy robi się włókna i folie. Odp. na temp., tłuszcze, oleje. Przepuszcza gazy. Tworzywo polarne! Pochodne:

CA octan celulozy wysoka Tf, co utrudnia przetwórstwo. Materiał polarny, syntetyczny.

CAB octomaślan celulozy przy paleniu śmierdzi jak stare masło. W stanie zeszklonym większa wytrzymałość, odporność chemiczna, mniejsza chłonność wody. Syntetyk. Galanteria, tablice rozdzielcze.

CN azotan celulozy półsyntetyk. Pali się burzą ogniową, więc już niestosowany.

Poli(tlenek fenylu) PPO wysoka Tg, niska Tk. Duża wytrzymałość, przeciętna udarność. Rozpuszcza się w węglowodorach. Mała chłonność wody. Degradacja przy tlenie i wyższej temp.

Termoplasty krystaliczne Zwykle niepolarne i dlatego są dobrymi dielektrykami. Po przekroczeniu temp. Zeszklenia pełną ruchliwość uzyskują tylko segmenty obszarów bezpostaciowych. O stanie wysokoelastycznym decyduje Tt. Tk jest niższa niż dla bezpostaciowych, są mniej kruche w szerszym zakresie temperatur. W temp pokojowej wykazują dużą udarność. Są nieprzezroczyste.

polietyleny PE W zależności od metody wytwarzania makrocząsteczka polietylenu jest rozgałęziona (LDPE, X do 60%) lub liniowa (HDPE, X do 90%). LDPE: niższą niż HDPE temp topnienia, mniejszą odpornością chemiczną, wytrzymałością, twardością i sprężystością oraz większą udarnością. PE wykazują dużą podatność na pełzanie. Degradacja przy tlenie i świetle: pigmenty czarne. Tworzywa te należą do najlepszych dielektryków. Jako dobre izolatory elektryczne podlegają naładowaniu elektrostatycznemu przyciągając wtedy kurz. W 20st. C są odporne na kwasy, roztwory soli i polarne rozpuszczalniki. LDPE: przetwarzany jest głównie przez wytłaczanie na folie, dla których przepuszczalność gazów i pary wodnej jest duża, do wytwarzania wyrobów mniej obciążonych. HDPE przetwarza się przez wytłaczanie i wtryskiwanie do produkcji wyrobów bardziej obciążonych (rury, obudowy). PE poddaje się sieciowaniu. Sieciowanie wywołuje się zwykle w podwyższonej temp przy użyciu klimatyzatorów.

Poliamid PA (nylon) przez poliaddycję lub przez polikondensacje. Posiada dużą wytrzymałość i udarność, małą ścieralność i tarcie. Chłonie wodę, odporny na kwas. Stosowany jest na koła zębate, łożyska śruby i nakrętki.

Poliformaldehyd (poliacetal) POM Duży st. Krystaliczności. Ani nadmiernie kruchy, ani plastyczny: od -73 do 185st. C. Pali się ze smrodem. Odp. Na korozję, nie trzeba smarować, odp. na brud. (koła zębate). Miksery, roboty kuchenne, wycieraczki samochodowe, przekładnie audio video.

Poli (tereftalan etylenu) PET od -63stC do 225. Mało krystaliczny, duża sprężystość, wytrzymałość, twardość szybko chłodzony to bezpostaciowy. Odp. Na prawie wszystkie zw. Organiczne. Wytłacza się włókna- elana. Trudne zgrzewanie. Sztywne butelki, śruby, koła łańcuchowe, łożyska.

Politetrafluoroetylen PTFE (teflon) Biały, śliski, ciężki, duża ścieralnośc. Tt= 330st. C. X zależy od przetwórstwa. Przyciąga kurz. Folie, powłoki patelni, tkaniny szklane (?)

Duroplasty: - Wytwarza się przez zmieszanie razem żywicy i utwardzacza które reagują ze sobą i utwardzają się. Cechuje je przestrzennie usieciowana budowa, która powstaje podczas reakcji żywicy z utwardzaczem. Cechuje je sztywność, stabilność wymiarowa, nierozpuszczalność, nietopliwość, i doskonałe własności elektroizolacyjne.

Czas życia żywicy: czas przydatności technologicznej: od dodania utwardzacza, do kiedy przestaną być cieczą. Reakcja jest egzogeniczna (dotwarzanie na ciepło).

Duroplasty termoutwardzalne odznaczają się budową sieciowa, miękną początkowo w procesie ogrzewania, ale podtrzymywane temperaturze podwyższonej temperaturze twardnieją. Przemiana ta jest nieodwracalna. Przy nadmiernym ogrzaniu następuje rozkład. Odp. Termiczna zwykle wyższa od termoplastów. Instalacje elektryczne, bo nie topią się!

Żywice fenolowo- formaldehydowe PF wrażliwe na światło słoneczne, odp. Na temp. Do 150 st. Płyty elektroizolacyjne, dekoracyjne, rury, kleje.

Żywice mocznikowo- formaldehydowe UF bezbarwne, do 10st. Osprzęt elektryczny, galanteria, kleje.

Żywice melaminowo- formaldehydowe MF Odp. Na wrzątek. Osprzęt elektryczny, naczynia stołowe, impregnacja skóry.

Duroplasty chemoutwardzalne: początkowo zwykle ciecze, po dodaniu zw. Chem. Ulegają utwardzeniu. Wskutek znacznego usieciowania stają się nierozpuszczalne, po ogrzaniu zwykle nie uzyskują stanu ciekłego. Odp. Cieplna gorsza od termoutwardzalnych. Tez słabiej sieciują. Utwardzają się już w temp. Pokojowej w wyniku reakcji chem. z utwardzaczami.

Żywice poliestrowe nienasycone UP- Do wyrobu lakierów, klejów, części maszyn, sprzętu sportowego, galanterii, elementów wyposażenia samochodów. Rozpuszczone w styrenie służą jako lakiery do mebli. Dobre właściwościami mechaniczne i dielektryczne, odp. na kwasy.

Żywice epoksydowe EP - stosowane w postaci lanej (do odlewania i impregnacji, hermetyzacji elementów urządzeń elektrotechnicznych itp.), laminatów na podłożu włókien szklanych, do produkcji klejów do łączenia metali oraz do produkcji lakierów antykorozyjnych i izolacyjnych. doskonała przyczepność niemalże do wszystkich tworzyw, zwł. do metali, dobrymi własnościami mech. i elektr., odp. na działanie czynników atm. i chem.

Kompozyty tworzywa składające się z co najmniej dwóch składników o różnych właściwościach w taki sposób, że ma właściwości lepsze i (lub) nowe (dodatkowe) w porównaniu z wł. poszczególnych składników lub w porównaniu z sumą wł. tych składników. Osnowa (baza, matryca, lepiszcze; zwykle TW) + wzmocnienie(zwykle włókna ceramiczne). Własność kompozytu jest wynikiem sumowania własności składników, lub wynikiem przenoszenia oddziaływania jednego składnika na drugi. Pozwala to na uzyskanie materiałów o zupełnie nowych właściwościach. W tworzeniu kompozytów ważne są możliwości łączenia różnych materiałów, tzn czy będą one ze sobą pracować.

Osnowy: a)metalowa [stopy aluminium lub tytanu]; b)ceramiczna c)węglowa lub polimerowa (żywica epoksydowa, poliestrowa)

Włókna: a) metalowe b)ceramiczne c)niemetalowe [węgiel, krzem]; d)węglikowe e)Złożone; f)polimerowe Zastosowanie: płyty faliste i płaskie do budownictwa, profile, rury, osłony i obudowy maszyn, kabiny i kioski, kadłuby statków, elementy samolotów, śmigłowców, szybowców, zbiorniki, sprzęt sportowy i inne.

ROWING : pasma elementarnych włókien, połączonych ze sobą bez skrętu. Wiązkę włókien nawija się, powstaje pasmo. TEX jednostka wyrażająca masę 10 km przędzy w gramach. Tex wiązki:19, pasma o 4 wiązkach: 76, rowingu o 4 pasmach: 456. rowingu tkaniny/ rowing cięty/ maty. Wytrzymałość rowingu jest mniejsza od tkaniny, co wynika z procesu tkania. Najmniejsza przy naprężeniu pod 45st Rxy przy macie jest taka sama.

PREPREGI elementy w postaci płyt o różnych kształtach wykonane z kompozytów. Utwardzanie żywic zostało sztucznie przyhamowane (dalej trzeba by ogrzać). Wycina się i układa części, ogrzewa, spaja ściskaniem. Tylko nieskomplikowane kształty.

CERAMIKA materiały w stanie stałym skupienia, otrzymane z substancji nieorganiczno-niemetalowej o dużej trwałości termicznej. Zalety: trwałość, nie utlenia się, twardość, mały współ. Rozszerzalności cieplnej, nieduży ciężar, biokombatybilnośc, odp. na korozję; Wady: kruchość, rozrzut wytrzymałości.

Klasyczna: 1. szkło (bezpostaciowe), gł. SiO2; sodowo-wapniowe: 70%SiO2, 10%CaO, 15%Na2O, 5%inne. Obniża Tt. Butelki, szyby. Borowo-krzemianowe: 80%SiO2, 15%B2O3, 5%Na2O. termoodporność, współczynnik zmniejszyć. 2. ceramika wielofazowa z dużym udziałem fazy szklistej: cegła, porcelana, wypalana glina. Glina to uwodniony kaolit korundowo krzemianowy. Płytki gliny wciągają wodę, są bardziej ruchliwe, przesycają się. Wodę się odparowuje, glinę wypala. Część krzemionki łączy się z domieszkami tworząc płynne szkło i te połączone glinokrzemiany nie rozpuszczają się w wodzie. 3. cement i beton (CaO, SiO2, Al2O3).4 skały i minerały, w tym lód. Nowoczesna. Al2O3 (papier ścierny), Si3N4 (skrawa), ZrO2 (niższe temp), Sic (wysokie temp), sialony (odp. na zużycie powłoki).

Spiekanie: drobny, czysty proszek umieszcza się w formie, ściska i ogrzewa do temp. Dyfuzji w stanie stałym. Powstają pory, czasami ostre, w miarę równomierne.

Szybkie podsumowanie tych strasznych związków

ELASTOMERY

kauczuk butadienowostyrenowy SBR

kauczuk naturalny, poliizopren, kauczuk izoprenowi IR (syntetyczny), NR (naturalny)

Poliizobutylen, PIB

kauczuk butylowy (izoprenowo- butylowy)IIR

kauczuk nitrylowy NBR

polichloroplen CR

poliuretany PUR

silikony SI

PLASTOMERY

Termoplasty

Termoplasty bezpostaciowe

polistyren PS

poli(chlorek winylu)

PVC

HIPS polistyren wysokoudarowy

ABS

SAN

poli(metakrylan metylu) PMMA

Poli(alkohol winylowy) PVAL

poliwęglan PC

Pochodne celulozy

CA octan celulozy

CAB octomaślan celulozy

CN azotan celulozy

Poli(tlenek fenylu) PPO

Termoplasty krystaliczne

polietyleny PE

Poliamid PA

Poliformaldehyd (poliacetal) POM

Poli (tereftalan etylenu) PET

Politetrafluoroetylen PTFE

Duroplasty

Duroplasty termoutwardzalne

Żywice fenolowo- formaldehydowe PF

Żywice mocznikowo- formaldehydowe UF

Żywice melaminowo- formaldehydowe MF

Duroplasty chemoutwardzalne:

Żywice poliestrowe nienasycone UP

Żywice epoksydowe EP

---