Podstawy nauki o materiałach. Porównanie struktur i własności wybranych polimerów konstrukcyjnych

Transkrypt

1

2 Polimer jest to materiał utworzony z cząsteczek o charakterystycznej, łańcuchowej budowie. Złożony jest z powtarzających się jednostek chemicznych, zwanymi jednostkami strukturalnymi albo powtarzalnymi lub merami. Strukturę chemiczną polimeru, zwanego makrocząsteczką, można zapisać w postaci:...-a-a-a-a-a-a-... lub: -(-A-)ngdzie: A - oznacza mer, n - liczbę merów w makrocząsteczce (stopień polimeryzacji).

3 PODZIAŁ POLIMERÓW Podział polimerów ze względu na pochodzenie: Naturalne Syntetyczne Naturalne modyfikowane Podział polimerów ze względu na własności reologiczne: Elastomery Duroplasty Plastomery

4 Samoistnie występujące w przyrodzie, wytwarzane w 100% przez organizmy żywe; są to m.in. celuloza, białko, kwas nukleinowy, skrobia, kolagen. Obrazy dyfrakcyjne protein

5 Całkowicie wytworzone przez człowieka, pochodzą w 100% z syntezy chemicznej zaczynającej się od prostych monomerów. Z najważniejszych zalet polimerów syntetycznych należy wymienić nieograniczone możliwości wzrostu produkcji z tanich i łatwo dostępnych surowców chemicznych, małą gęstość, dobrą zdolność izolacyjną względem ciepła, elektryczności i wody, dużą wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na czynniki biologiczne i chemiczne. Surowcami do produkcji syntetycznych polimerów są węgiel, gaz ziemny, ropa naftowa, azot z powietrza, wodór z wody, wapienie. Syntetyczne związki wielkocząsteczkowe są podstawowymi składnikami trzech ważnych grup materiałowych:, kauczuków syntetycznych, włókien syntetycznych.

6 otrzymywane z polimerów naturalnych, które zostały sztucznie zmodyfikowane chemicznie, zwykle w celu zmiany ich własności użytkowych, np.: octan celulozy, białko modyfikowane, skrobia modyfikowana.

7 Są to polimery, które przy małych naprężeniach wykazują duże odkształcenia. Charakteryzują się dużą sprężystością postaci, gdyż ich temperatura zeszklenia znajduje się poniżej temperatury pokojowej.

8 Są to polimery, które pod wpływem naprężeń nie odkształcają się elastycznie. Gdy poddawane są wzrastającemu obciążeniu odkształcają się plastycznie (trwale) aż do mechanicznego zniszczenia, ponieważ ich temperatura zeszklenia jest wyższa niż temperatura pokojowa. Plastomery Duroplasty Termoplasty Tworzywa termoutwardzalne Tworzywa chemoutwardzalne

9 Polimery można otrzymywać poprzez: - polimeryzację - poliaddycje - polikondesacje

10 Polimeryzacja to reakcja, w wyniku, której związek chemiczny o małej masie cząsteczkowej zwany monomerem lub mieszaniną kilku takich związków reagują same z sobą aż do wyczerpania wolnych grup funkcyjnych w wyniku, czego powstają cząsteczki o wielokrotnie większej masie cząsteczkowej od substratów, tworząc polimer bez wydzielenia się produktów ubocznych. Najczęściej stosowanymi monomerami są związki organiczne, zawierające w swojej cząsteczce wiązanie podwójne.

11 Polimeryzacja addycyjna (poliaddycja) jest to reakcja polimeryzacji, w których łączenie monomerów ma charakter reakcji łańcuchowej bez powstawania żadnych produktów ubocznych. Rozróżnia się polimeryzację addycyjną rodnikową, jonową (anionową, kationową) oraz koordynacyjną. Przykład reakcji polimeryzacji addycyjnej LEGENDA atom węgla atom wodoru atom chloru

12 Polimeryzacja kondensacyjna (polikondensacja) jest to reakcja polimeryzacji, w której monomery tworząc polimer tracą małe cząsteczki takie jak woda. Jest to proces syntezy polimeru polegający na reakcji cząsteczek związków chemicznych ze sobą, zawierających reaktywne grupy, przy czym wydzielają się małocząsteczkowe produkty uboczne, jak np. woda. Reakcja polikondensacji jest reakcją stopniową przebiegającą wolno, a często prowadzącą do ustalenia się stanu równowagi, który można przesunąć na korzyść powstawania polimeru przez usuwanie ze środowiska reakcji powstającego małocząsteczkowego produktu ubocznego. Metoda polikondensacji znalazła duże zastosowanie do syntezy poliestrów, poliamidów, polisulfonów, fenoplastów, aminoplastów i silikonów.

13 Polimery ze względu na budowę fizyczną dzielą się na: LINIOWE ROZGAŁĘZIONE USIECIOWANE

14 są to polimery, w których łańcuchy główne są proste i nie mają rozgałęzień innego rodzaju jak grupy boczne monomerów z dwoma aktywnymi wiązaniami np.: wysokociśnieniowy polietylen lub teflon.

15 są to polimery, w których łańcuchy główne są w ten czy inny sposób rozgałęzione - wyróżnia się tutaj: Polimer bocznołańcuchowy - w którym, krótkie boczne łańcuchy są regularnie bądź nieregularnie rozmieszczone wzdłuż głównego łańcucha; Polimer rozgałęziony wielokrotnie - w którym występuje wiele wielokrotnych rozgałęzień, tak żeniedasię już wyróżnić głównego łańcucha; Polimer gwiazdkowy - w którym z jednego centralnego punktu wybiega kilka do kilkunastu "ramion" będących zwykłymi liniowymi łańcuchami; Dendrymer-są to polimery rozgałęzione wielokrotnie, ale w bardzo regularny sposób, tworzące struktury podobne do fraktali;

16 są to polimery, które tworzą przestrzenną ciągłą sieć, tak, żeniedasię już w nich wyróżnić pojedynczych cząsteczek, zbudowane są z merów mających więcej niż dwa aktywne wiązania. Taka struktura zapobiega mięknięciu tych materiałów podczas podgrzewania. Są to polimery utwardzalne (duroplasty).

17

18 Polistyren Poliamid Polipropylen Polimetakrylan metylu Poliwęglan Polietylen Poli(chlorek winylu) Poliacetal Politereftalan etylenu Polieteroeteroketon Polisiloksan

19 Cechy czystego polistyrenu: kruchy; przeźroczysty; doskonałe właściwości dielektryczne; duża rozszerzalność cieplna; wrażliwość na działanie promieniowania nadfioletowego; na powierzchni polistyrenu łatwo gromadzi się elektryczność statyczna. Wkładki dystansowe z polistyrenu z przeznaczeniem dla producentów stolarki okiennej PVC oraz drewnianej TWORZYWA POLISTYRENOWE SŁUŻĄ DO PRODUKCJI: rur kwasoodpornych, manipulatorów, części samochodów, zabawek, opakowań, galantrii, wyrobów codziennego użytku, piankowych materiałów termoizolacyjnych stosowanych w budownictwie i chłodnictwie (np. styropianu).

20 Kopolimer styren/akrylonitryl (SAN) otrzymuje się w procesie polimeryzacji rodnikowej styrenu z dodatkiem akrylonitrylu w ilości 20 30%. SAN jest tworzywem : o niskiej udarności, o niewielkim wydłużeniu przy zerwaniu, odpornym na działanie czynników atmosferycznych, łatwy w przetwórstwie. Stosowane są do produkcji: elementów dla przemysłu motoryzacyjnego i elektronicznego, do wyrobów przedmiotów domowego użytku, opakowań.

21 Terpolimer ABS utworzony z trzech składników (styren, akrylonitryl, butadien). Metody wytwarzania ABS: mieszanie mechaniczne polibutadienu z kopolimerem SAN lub dwuetapowy proces polegający na polimeryzacji butadienu i kopolimeryzacji pozostałych składników. Część wykonana z ABS Koło kosiarki do trawy Komplet detali do montażu elementów kabin prysznicowych ABS

22 H H N (CH 2 ) 5 C N (CH 2 ) 5 C O O n Struktura poliamidu 6,6 z zawartością 25% włókna szklanego Granulat PA Tuleje, rury i inne elementy wykonane z Nylatronu i Ertalonu Poliamidy (standardowe, specjalne, wysoko gatunkowe) płyty, rury, wałki

23 Zdjęcie struktury lewarka z PA 66 cieplnie stabilizowanego Zdjęcie struktury zbiornika chłodnicy z PA 66 Zdjęcie struktury pręta o średnicy 15 mm z PA 66 Zdjęcia struktury spawanych części z POM i PA66

24 Obudowa wiertarki

25 Samochodowy kolektor

26 Rolka toczna z PA 6 Kołnierz zaworu z PA 6 Płaski filtr z PA Tuleja redukcyjna z PA 66 Pierścień uszczelniający z PA 6 Uchwyt z PA 66 CF 20 Koło podziałowe sterujące z Korpus mocująco ustalający z PA 6 PA 6G + MoS 2 Porównanie struktur i własności Uchwyt skrobaka wybranych z PA 6 GF 30

27 Próba palności gumy silikonowej Transformator z olejem silikonowym Stojan elektrycznego silnika klasy H z izolacją silikonową Pokrywanie izolatora trwałą powłoką z kauczuku silikonowego

28 Uszczelki z gum silikonowych wulkanizujących na gorąco Zestaw do narkozy z wykorzystaniem kauczuków silikonowych typu LSR

29 Płyta CD z PC Oprawki okularów z PC Konstrukcja tablicy rozdzielczej ze stopu polimerowego PC + ABS Elementy wykonane z PC Oszklenie szklarni z PC

30 Obudowa lampy Zawór bezpieczeństwa aparatu oddechowego Obudowa telefonu komórkoweo ze stopu polimerowego PC + ABS Obudowa ksero z PC Porównanie Obudowa struktur drukarki z PC i własności wybranych

31 Polipropylen napełniony włóknem szklanym (powiększenie 600x) Granulat PP Gałki, pokrętła, uchwyty, rękojeści do maszyn i urządzeń z polipropylenu Podkładki wyrównujące do szybkiego montażu z polipropylenu

32 Struktura ziaren poli(chlorku winylu)

33 Rurki i wałki z PMMA

34 Zdjęcie struktury łańcucha przekaźnika z POM Zdjęcie struktury śruby z materiału POM czarny Zdjęcie struktury elementu wykonanego z POM Zdjęcie struktury klamki okiennej z POM kolorowego

35 Zdjęcie struktury części włącznika światła z POM Zdjęcie struktury przekładni z POM Zdjęcia struktury przekładni z POM naturalnego Zdjęcie struktury części blokady bezpieczeństwa z POM czarnego

36 Sworzeń z PEEK O C O O n Zębnik transportujący z PEEK MT (kolorowy) Koło zębate z PEEK Krzywoliniowa szyna ślizgowa PEEK PVX (czarny)

37

38

39 Ślimaki z PE 10 Rury z poliamidów z wnętrzem z PE

40 Fragment wieńca zębatego sortującego z PE Porównanie Zespół linii rozlewniczej struktur z PE i własności 10 wybranych

41

42

43

44 Wytrzymałość [MPa] SINTIMID TECALOR TECAPEEK TECASON TECETRON TECAFLON TECALOR-(PI) Poliimidy termoplastyczne SINTIMID-(PAI) Poliamidoimidy TECAPEEK-(PEEK) Polieteroketony TECETRON-(PPS) Polisiarczki fenylenu TECAPEI-(PEI) Polieteroimidy TECASON-(PSU) Polisulfony TECAFLON-(PTFE) Polimery fluorowe TECALOR SINTIMID TECAPEEK TECAFLON TECETRON TECASON Temp użytkow ania

45 Max temperatura pracy ciągłej C PA 6 PA 12 PA 66 PS SAN PET

46 SAN SAN PVC-C PMMA PS POM-H POM-R PA PA PEEK 3000 PVC-U PBT PC PET PA

47 PC PS PP PA SAN PMMA SAN POM-H PVC-U PA PET 25 PEEK 20

48 0 C PEEK 343 PTFE 327 LCP 280 PA PA PET PA POM-H 175 PP PE PE 130

49 Gęstość (g/cm3) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 PS SAN ABS PA 6 PA12 PA 66 PC PE 80 PE 100 Gęstość (g/cm3) 1,6 1,4 1,2 0,8 1 0,6 0,4 0,2 0 PP PVC- PVC-PMMAPOMPEEKPET PBT LCP Porównanie struktur U i własności C wybranych