Przetwórstwo. rstwo tworzyw sztucznych. Budowa molekularna. Stan fizyczny polimerów. TWORZYWA SZTUCZNE Właściwości i zastosowanie. ł ł.

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczny Przetwórstwo rstwo tworzyw sztucznych TWORZYWA SZTUCZNE i zastosowanie Literatura ł ł Przetwórstwo tworzyw sztucznych ł Ż Ż ł ś ł ł ł Umowne kryterium podziału u polimerów TERMOPLASTY ELASTOMERY DUROPLASTY polimery chemoi termoutwardzalne Stan fizyczny polimerów termoplasty elastomery duroplasty Masowe polimery wysokoudarowe PE, PP, PVC, PS, ABS, SAN Tworzywa inżynieryjne PC, PMMA, PA, POM, PPO Tworzywa specjalne PET, PSU, PPS, PTFE, PVD, PVDF PI, PEEK Kauczuki: SBR, IR, NBR, PU, SI Termoplasty: PUR, PVC EP, UP, PF, UF, MF, SI 0 0 ś ęż ś T Budowa łańcucha polimerów ę łę Budowa molekularna Homopolimery wszystkie mery tworzące łańcuch polimeru są takie same Kopolimery a) statystyczne b) przemienne Elastomery Duroplasty c) blokowe d) szczepione (rozgałęzione) 1

2 Cechy charakterystyczne Miękną podczas ogrzewania a po ostygnięciu stają się sztywne, Ich przetwarzanie jest prawie całkowicie odwracalne, Nieodwracalna degradacja następuje wówczas, gdy roztopiony polimer termoplastyczny jest ogrzewany do temperatury krytycznej, w której pękają wiązania w łańcuchu polimerowym. Polietylen (PE) CH 2 CH 2 n Odmiany: Polietylen małej gęstości (wysokociśnieniowy) PE-LD Polietylen dużej gęstości (niskociśnieniowy) PE-HD Średni ciężar cząsteczkowy krótkich odgałęzień na 1000 atomów węgla Polietylen o ultra dużym ciężarze cząsteczkowym PE-UHMW Średni ciężar cząsteczkowy Polietylen (PE) Polietylen (PE) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] PE-LD < 1 0,91 0, PE-HD < 1 0,94 0, PE-UHMW < 1 0,93 0, Łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie, Dobra odporność chemiczna Duża udarność PE-HD (bez karbu wg Charpy nie pęka) Przepuszcza tlen i azot, nie przepuszcza pary wodnej Posiada właściwości elektrostatyczne (w specyficznych zastosowaniach wymagany dodatek środków antystatycznych) Temperatura użytkowania ºC ºC ºC Polietylen (PE) Opakowania - folie (spożywcze, ogrodnicze) Pojemniki i zbiorniki Rury wodne i gazowe Części maszyn o niewielkim obciążeniu (panewki łożysk, drobne koła zębate, obudowy) Polipropylen (PP) CH 2 CH CH 3 Odmiany Polipropylen izotaktyczny, n Polipropylen wzmocniony - wysokoudarowy Kopolimer blokowy propylen-etylen 2

3 Polipropylen (PP) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] Temperatura użytkowania PP (homopolimer) < 1,3 0,89 0, ºC PP (kopolimer PP/PE) < 1,3 0, ºC Polipropylen (PP) łatwe przetwórstwo wytłaczanie, wtryskiwanie dobra odporność chemiczna odporny na uderzenia, duża udarność (bez karbu wg Charpy nie pęka) Polipropylen ma zdolność tworzenia tzw. zawiasów filmowych ZAWIAS FILMOWY Strefa zorientowania makrocząsteczek Polipropylen (PP) Osłony, obudowy (zderzaki samochodowe) Skrzynie, pojemniki Pojemniki na chemikalia (obudowy akumulatorów) Opakowania farmaceutyczne i sprzęt medyczny (np. strzykawki jednorazowe) i laboratoryjny Sznury, worki do pakowania płodów rolnych Rury, armatura wodna Zabawki Folie Polistyren (PS) Odmiany Polistyren wysokoudarowy PS HI (kopolimer styrenu z butadienem), CH 2 CH Kopolimery styrenu: terpolimer ABS (akrylonitryl/butadien/styren) terpolimer MBS (metakrylan metylu/batadien/styren) kopolimer SAN (styren z akrylonitrylem) n Polistyren (PS) i jego kopolimery Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] Temperatura użytkowania [ºC] PS < 1 1,04 1, PS HI < 1 1,04 1, ABS (HI) ~1,7 1,02 1, SAN ~1,1 1,06 1, Polistyren (PS) i jego kopolimery Łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie, Dobra odporność chemiczna Duża udarność Możliwość nanoszenia powłok galwanicznych (ABS) PS-E polistyren spieniony ( styropian ) Mała gęstość Dobre własności tłumiące 3

4 Polistyren (PS) Kubki, opakowania jednorazowe (PS) Golarki jednorazowe (PS) Części maszyn i urządzeń słabo obciążonych: kasety video, przybory kreślarskie (PS-HI) Palety, pojemniki, elementy ochronne (PS-E (spieniony)) Obudowy sprzętu gospodarstwa domowego (ABS, SAN elementy przezroczyste) Zabawki (np. klocki Lego), obudowy sprzętu komputerowego (np. myszki), obudowy urządzeń domowych (ABS, PS-HI) Poli(chlorek winylu) (PVC) CH 2 Odmiany: PVC twardy zawierający do 5% plastyfikatora PVC miękki zawierający 40% do 70% plastyfikatora : Wytwarzany w oparciu o węgiel kamienny i sól kamienną Łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie, Dobra odporność chemiczna (bardziej na stężone kwasy i zasady niż na ich wodne roztwory) Mała wytrzymałość cieplna Tarwinyl S (PVC suspensyjny) Zakłady Azotowe w Tarnowie Polvinyl S (PVC suspensyjny) firma Anwil S.A. (Włocławek) Vestolit Hüls, RFN, Vipla Montedision (Włochy) Hostalit Hoechst (RFN), Vinika Mitsubishi (Japonia) CH Cl n Poli(chlorek winylu), (PVC) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] Temperatura użytkowania PVC (twardy) < 1 1,35 1, , ºC PVC (miękki) < 1 1,19 1, ºC Poli(chlorek winylu), PVC PVC twardy: Rury kanalizacyjne, rynny dachowe itp. Elementy budowlane i meblowe (ramy okienne, drzwiowe, zsypy do odpadków, armatura sanitarna) Elementy aparatury chemicznej i instalacji wentylacyjnej narażonych na substancje agresywne Płyty i folie do opakowań produktów spożywczych PVC miękki: węże, izolacja przewodów elektrycznych, uszczelki okien, profile w budownictwie, piłki, zabawki, nadmuchiwane hale, taśma opakowaniowa skóra ekologiczna Poliwęglany (PC) Polimery bezpostaciowe (jednak w odpowiednich warunkach krystalizują) Poliwęglany łączą bardzo dobre własności: mechaniczne - bardzo wysoka udarność (zwłaszcza z karbem), kowalność termiczne (dobra wytrzymałość cieplna) elektryczne optyczne - przepuszczają 90% światła widzialnego (zbliżona do szkła) Mała chłonność wody i odporność na hydrolizę (sterylizacja) Łatwe zarysowanie powierzchni Trudności w przetwórstwie (ograniczenie zawartości wilgoci w granulacie PC do 0,015%) Poliwęglany (PC) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] 3 4 1, ºC Bistan Zakłady Chemiczne Zachem w Bydgoszczy Importowane: Makrolon Bayer, RFN Lexan General Electric, USA 4

5 Poliwęglany (PC) Przede wszystkim tam, gdzie wymagana jest przeźroczystość, odporność termiczna oraz dobre własności mechaniczne w szerokim zakresie temperatury Elementy maszyn, obudowy, wirniki pomp, wentylatory, osłony lamp samochodowych Części optyczne aparatów fotograficznych Hełmy ochronne, szyby kuloodporne, osłony lamp ulicznych i sygnalizacji świetlnej Części urządzeń gospodarstwa domowego, pojemniki, obudowy robotów, odkurzaczy Talerze, pojemniki, butelki dla niemowląt Poli(metakrylan metylu) (PMMA) Popularna nazwa PMMA to pleksi lub pleksiglas Tworzywo to znane jest z bardzo dobrej przepuszczalności światła widzialnego powyżej 92% Najwyższa odporność na zarysowania wśród polimerów przeźroczystych Bardzo trudne przetwórstwo, Mała udarność Powstawanie mikropęknięć (przy obróbce mechanicznej) Metapleks Zakłady Chemiczne Dwory w Oświęcimiu Importowane: Degalan Degussa, RFN Plexiglass Röhm GmbH Urtal Montedision, Włochy Lucite Du Pont, USA Poli(metakrylan metylu) (PMMA) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] PMMA 2 3 1,17 1, ºC Poli(metakrylan metylu) (PMMA) Do szklenia kabin i okien śmigłowców, szybowców, autobusów W technice oświetleniowej: na osłony świateł samochodowych, elementy optyczne (światłowody) Talerze, pojemniki, butelki dla niemowląt Części urządzeń gospodarstwa domowego, pojemniki, obudowy robotów, odkurzaczy Wyposażenie łazienek (np. półki, pokrętła) Poliamidy (PA) Poliamidy (PA) Ze względu na dużą ilość substancji wyjściowych (monomerów) stosowanych do otrzymywania PA, rozróżnia się wiele odmian tych tworzyw: PA 6 PA 4.6 PA 6.6 PA 11 PA 12 PA 6.10 Poliamidy są semikrystaliczne stopień krystaliczności zawiera się najczęściej od 30 do 50% w zależności od parametrów przetwórstwa (szybkości chłodzenia). Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] Temperatura użytkowania [ºC] PA 6 ~2 1, PA 6.6 2,7 3,5 1,13 1, PA 11 ~ 5 1,04 1, PA 12 ~ 6 1,01 1,

6 Poliamidy (PA) Łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie odlewanie, Dobra własności wytrzymałościowe i tribologiczne Duża chłonność wody: PA6 (9-11%), PA11 i PA12 (2,5%) - zmiana wymiarów PA 6: Tarnamid T Zakłady Azotowe w Tarnowie PA 6.6: Ultramid A BASF (RFN), Zytel E Du Pont (USA) PA 11: Rilsan B ATO Chimie (Francja) PA 12: Vestamid Hüls (RFN), Rilsan A ATO Chimie (Francja) Poliamidy (PA) Części maszyn jak: koła zębate, tuleje łożysk, gniazda przegubów, śruby, nakrętki itp. Zbiorniki o dużej pojemności Korpusy i obudowy elementów Akcesoria meblowe, klamki drzwiowe, elementy podzespołów samochodowych PA włóknotwórczy: tkaniny (Elana), torby, sprzęt sportowy Poliacetale (POM) HO CH 2 (lub: polioksymetylen, poliformaldehyd) Odmiany Homopolimer formaldehydu Kopolimer formaldehydu O n Dobre własności wytrzymałościowe Dobre właściwości tribologiczne Odporność na materiały pędne Dobra stabilność wymiarowa i dokładne odwzorowanie kształtów Mała chłonność wody (ok. 0,3%) niewrażliwość na wilgoć H Poliacetale (POM) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] Temperatura użytkowania POM homopolimer 2,5 3 1,41 1, ºC POM kopolimer ~ 2 1,41 1, ºC Poliacetale (POM) Homopolimery formaldehydu: Delrin Du Pont (USA), Du Pont Deutschland GmbH Kopolimery formaldehydu: Tarnoform Zakłady Azotowe w Tarnowie Hostaform Ticona GmbH (Hoechst), Ultraform BASF, RFN Części maszyn jak: koła zębate, tuleje łożysk, gniazda przegubów, śruby, nakrętki, haki itp. Elementy precyzyjne urządzeń elektrotechnicznych (drukarki, odtwarzacze video, kamery) Elementy podzespołów samochodowych Elementy urządzeń gospodarstwa domowego Elementy armatury wodnej Politereftalany (PET, PBT) Są zaliczane do grupy poliestrów termoplastycznych Znaczenie techniczne jako tworzywa konstrukcyjne mają dwa rodzaje politereftalanów: Poli(tereftalan etylenu), PET Poli(tereftalan butylenu), PBT Własności mechaniczne i cieplne PET są nieco lepsze niż PBT PET krystalizuje bardzo wolno Duża twardość i sztywność Duża odporność chemiczna (na oleje, smary benzynę) Stabilność wymiarów (mała chłonność wody 0,02%) 6

7 Politereftalany (PET i PBT) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] Temperatura użytkowania PET Poli(tereftalan etylenu) ~ 2,5 1, ºC PBT Poli(tereftalan butylenu) 2,6 3,4 1,29 1, ºC Politereftalany (PET, PBT) (PET): Elitel Zakłady Włókien Chemicznych ELANA S.A. Elpet (na butelki), Elana (PET włóknotwórczy) Ulreadur Bayer (RFN), Supec GE Plastics (USA) (PBT): Valox GE Plastics (USA), Vestodur Hüls (RFN), Konkurują z POM i PA: na precyzyjne łożyska, obudowy o określonych wymaganiach mechanicznych i dielektrycznych (maszyn biurowych, komputerów, monitorów) W przemyśle elektrotechnicznym do produkcji wtyczek, gniazd, przełączników odporność na prądy pełzające W przemyśle samochodowym na części układów paliwowych i układów hamulcowych PET na butelki do napojów Polioksyfenylen (PPO) inaczej: poli(tlenek fenylu) Polimer termoplastyczny o budowie liniowej mającym stosunkowo dużą odporność cieplną Tworzywo to pod względem właściwości użytkowych jest konkurencyjne w stosunku do poliwęglanu (PC), ma tylko mniejszą udarność zwłaszcza z karbem. PPO wykazuje dobre własności mechaniczne do temperatury 150 o C. Dobra stabilność wymiarowa (mała podatność na pełzanie) Mały współczynnik rozszerzalności liniowej Trudnopalność i nietoksyczność Mała gęstość (średnio 1,06 Mg/m3) Polioksyfenylen (PPO) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] ~ 3 1, ºC Biapen 100 PPO Zakłady Chemiczne w Oświęcimiu Biapen 300 PPO modyfikowany PS (stop polimerów) Importowane: Noryl (stop: 50% PPO i 50% PS) General Electric (USA) Polioksyfenylen (PPO) Elementy maszyn wymagające odporność termiczną oraz dobre własności mechaniczne w szerokim zakresie temperatury W przemyśle samochodowym na obudowy kolumny kierownicy, wloty powietrza, kołpaki kół Części maszyn: korpusy, wirniki pomp, rury, zawory, armatura w przemyśle chemicznym i spożywczym Części urządzeń gospodarstwa domowego, W elektrotechnice: części przekaźników i przełączników Poli(siarczek fenylenu) (PPS) PPS w stosunku do poliwęglanu (PC) ma większą: wytrzymałość na zginanie, twardość i moduł sprężystości, natomiast jego udarność jest mniejsza, która jednak nie zmienia się w zakresie o C. Dobre własności mechaniczne (nawet do 240 ºC) Mały skurcz (0,2-0,3%), ale duży skurcz wtórny Mała stabilność wymiarowa z podwyższeniem temperatury zwiększa się wydłużenie Dodatek włókna szklanego stabilizuje wydłużenie w zakresie od -40 ºC do ºC Jest trudno palny Ma małą chłonność wody w atmosferze tlenu lub azotu nie obserwuje się ubytku masy. 7

8 Poli(siarczek fenylenu) (PPS) Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] PPS+40% wł.szkl. ~7 1,6 (1,3 dla PPS) (3300 dla PPS) (65 dla PPS) (240) o C Poli(siarczek fenylenu) (PPS) Ryton-6 Philips Petroleum (USA) Ryton-4 odmiana wzmocniona włóknem szklanym (40%) Fortron Ticona (USA) Supec General Electric Plastics (USA) W przemyśle chemicznym na korpusy, wirniki pomp, elementy kompresorów W przemyśle samochodowym na części gaźników, elementy układu ogrzewania, korpusy lamp halogenowych, elementy układu zapłonowego W przemyśle elektrotechnicznym do produkcji wtyczek, przełączników, przekaźników Politetrafluoroetylen PTFE Dobra odporność cieplna (niepalny), Dobre właściwości ślizgowe (µ =0,05 0,09 na sucho po stali) ale mała odporność na zużycie tribologiczne Doskonała odporność chemiczna porównywalna z metalami szlachetnymi, Trudne przetwórstwo i utylizacja odpadów gotowe elementy wytwarzane najczęściej metodą obróbki skrawaniem Nie jest odporny na pełzanie (płynie na zimno pod niedużym obciążeniem Nie nadaje się na mocno obciążone elementy maszyn np. koła zębate, krzywki itp. PTFE - Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] ~ 14 2,15 2, ºC (PTFE): Tarflen Zakłady Azotowe Tarnów- Mościce S.A. Teflon Du Pont, ENSINGER GmbH Tecaflon ENSINGER GmbH, Hostaflon TF Dyneon, Algoflon Ausimont Deutschland GmbHGE Politetrafluoroetylen - PTFE W przemyśle motoryzacyjnym i maszynowym: (kompozyty PTFE) na łożyska i uszczelnienia techniczne W przemyśle chemicznym na części narażone na działanie substancji agresywnych, filtry W przemyśle elektrotechnicznym do izolacji kabli wysokiej częstotliwości, koszulki izolacyjne Powłoki antyadhezyjne (naczynia) Poliimidy (PI) Poliimidy (PI) stanowią dużą grupę polimerów termostabilnych o właściwościach zarówno polimerów termoplastycznych (amorficznych), jak i chemoutwardzalnych Dobre własności mechaniczne nawet do 300 ºC (przez miesiąc) w temp. 400 ºC (kilka godzin), w temp. 500 ºC (kilka minut) oraz w temperaturach kriogenicznych Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej Bardzo dobre własności dielektryczne i izolacyjne Znakomita odporność chemiczna Są trudnoprzetwarzalne i drogie 8

9 Poliimidy (PI) - podstawowe właściwości Moduł sprężystości rozciąganie R r [MPa] PI (PAI) Poliimid > 10 1, (400)ºC PI: Kapton, Pyralin, Vespel Du Pont (USA) PEI: Ultem General Electric Plastics (USA) Torlon Amoco (USA) PI (PEI) Poli(eteroimid) > 10 1,27 1, ºC Poliimidy (PI) - zastosowanie Na części maszyn (łożyska, koła zębate, pompy, zawory powietrza i paliw, elementy systemów chłodniczych, zbiorniki gorącej wody, systemy wymienników ciepła W przemysłach: elektrotechnicznym, lotniczym, kosmicznym, motoryzacyjnym, chemicznym, spożywczym w automatyce, medycynie, hydraulice wysokotemperaturowej Sprzęt medyczny i dentystyczny (mogą być sterylizowane) Elastomery wulkanizujące (gumy) są tworzywami elastycznymi powstałymi w wyniku wulkanizacji kauczuku naturalnego lub syntetycznego. cechują się dużą odkształcalnością dochodząca do 1200% oraz niewielkim modułem sprężystości 1 4 MPa. charakteryzują się pamięcią kształtu, nie topią się, nie zgrzewają i nie rozpuszczają. Mogą być spęczane i wulkanizowane na gorąco. Elastomery wulkanizujące zmieniają się w szerokich granicach w zależności od rodzaju kauczuku, ilości i składu dodatków oraz warunków wulkanizacji: a) wytrzymałość gumy na rozciąganie 2 40 MPa b) wydłużenie przy zerwaniu dla kauczuków: %. c) twardość gumy: o wg Shore a (dodatek sadzy zwiększa twardość gumy). d) temperatura długotrwałego stosowania: o C e) odporność na ścieranie (bieżniki opon, gumowe uszczelnienia ruchowe) zależy od rodzaju kauczuku i napełniacza (dodatek krzemionki i sadzy o drobnych cząstkach powoduje wzrost odporności na ścieranie). a) odporność na odkształcenia trwałe (szczególnie ważne dla uszczelnień gumowych) posiadają kauczuk naturalny i niektóre kauczuki syntetyczne (zawierające sadzę o większych cząstkach). 9

10 Oznaczenia podstawowych elastomerów wulkanizujących (kauczuków) maksymalna temperatura użytkowania NR kauczuk naturalny (100 o C), BR kauczuk butadienowy (100 o C), SBR kauczuk butadienowo-styrenowy (110 o C), NBR kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy (120 o C), EPDM kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (140 o C), FKM kauczuk fluorowy (210 o C), Elastomery Do produkcji różnego rodzaju uszczelek i uszczelnień Do wyrobu różnego rodzaju zderzaków, sprężyn gumowych, amortyzatorów. Do produkcji elastycznych przewodów (węży) Elementy transmisyjne w przekładniach pasowych Opony, dętki itp. Elastomery termoplastyczne Poliuretany (PUR) Cechą charakterystyczną poliuretanów jest specyficzna segmentowa, blokowa budowa łańcucha. Makrocząsteczki składają się naprzemiennie z segmentów sztywnych i elastycznych (giętkich). Struktura i właściwości PUR zależą od udziału segmentów sztywnych i segmenów giętkich: gdy segmentów sztywnych jest więcej niż 40% - tworzą one fazę ciągłą czemu towarzyszy zwiększenie twardości polimeru, gdy udział segmentów giętkich wynosi 60-80%, wówczas polimer jest elastyczny. Poliuretany (PUR) PUR sztywne wykazują duży moduł sprężystości, wytrzymałość na zginanie i rozciąganie oraz dobrą udarność w szerokim zakresie temperatur Odporne na hydrolizę oraz działanie materiałów pędnych Wyjątkowa odporność na ścieranie Dobre właściwości termoizolacyjne (pianki) (PUR): Desmopan, Urepan, Volkullan Bayer (RFN) Elastollan BASF (RFN) W Polsce większości systemów PUR producentami są: - Zakł. Chem. ORGANIKA-ZACHEM w Bydgoszczy - Zakł. Chem. ROKITA-S.A. w Brzegu Dolmym Poliuretany (PUR) - elastomer W przemyśle maszynowym: łożyska ślizgowe, koła zębate, rolki przenośników, pokrycia sit wibracyjnych do rozdziału minerałów (przeciw zużywaniu ściernemu), W przemyśle obuwniczym - obuwie sportowe, podeszwy W przemyśle meblowym w formie tworzyw piankowych, elastycznych i sztywnych 10

11 Duroplasty - polimery chemo- i termoutwardzalne Mają reaktywne ugrupowania w makrocząsteczce i w obecności czynników sieciujących (utwardzaczy) i/lub temperatury ulegają reakcji chemicznej sieciowania, w wyniku której tworzy się struktura przestrzennie usieciowana. Po takim usieciowaniu (utwardzeniu) duroplasty są nietopliwe i nierozpuszczalne. Ich ponowne przetwarzanie nie jest możliwe. Ogrzewanie duroplastów nie powoduje ich topnienia (tylko nieznacznie miękną), a przekroczenie temperatury dopuszczalnej prowadzi do destrukcji. Podział duroplastów POLIMERY CHEMOUTWARDZALNE EP żywice epoksydowe DUROPLASTY UP żywice nienasycone poliestrowe POLIMERY TERMOUTWARDZALNE PF żywice fenolowo -formaldehydowe SI żywice silikonowe AMINOPLASTY MF - żywice melaminowe UF - żywice mocznikowe Ż Żywice epoksydowe (EP) Doskonała przyczepność do większości materiałów Duża wytrzymałość mechaniczna (na ściskanie i rozciąganie) Bardzo dobra odporność na starzenie (UV, woda, czynniki chemiczne) Dobre właściwości dielektryczne Najczęściej stosowane w postaci kompozytów z włóknem szklanym lub węglowym Epidian Zakłady Chemiczne ORGANIKA - SARZYNA Żywice epoksydowe (EP) Żywice epoksydowe (EP) (dla kompozytu z włóknem szklanym) Moduł sprężystości Wytrzymałość na rozciąganie R r [MPa] na ściskanie R c [MPa] (zależy od temperatury utwardzania) EP (EP + wł szkl.) 2,0 2,2 1, ( ) ( ) (180) ºC Kleje i powłoki ochronne w różnych gałęziach przemysłu W przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym jako materiały konstrukcyjne (kompozyty) W elektronice laminaty foliowane miedzią na obwody drukowane (17% produkcji EP) W przemyśle lotniczym specjalne kompozyty i kleje konstrukcyjne) 11

12 Nienasycone żywice poliestrowe UP Bardzo dobre własności mechaniczne i mała gęstość Odporność na korozję i gnicie Stosunkowo niska cena Łatwość formowania dużych wyrobów o skomplikowanych kształtach za pomocą prostego oprzyrządowania żywica mata szklana żel antyadhezyjny (dla kompozytu z włóknem szklanym) Moduł sprężystości Wytrzymałość na rozciąganie na ściskanie R r [MPa] R c [MPa] 1,6 1,9 1,17 1, ºC Polimal Zakłady Chemiczne ORGANIKA-SARZYNA o różnych własnościach (numerowane od 100 do 162) Estromal Zakłady Tworzyw Sztucznych ERG S.A. w Pustkowie stosowane jako spoiwa do laminatów Nienasycone żywice poliestrowe UP Elementy konstrukcyjne (kadłuby, korpusy, osłony) w przemyśle maszynowym i motoryzacyjnym w przemyśle lotniczym artykuły AGD wyposażenie łazienek W przemyśle okrętowym i szkutnictwie (kadłuby) Ż Żywice fenolowo-formaldehydowe PF Są stosowane jako spoiwo do laminatów (tworzyw warstwowych) tłoczyw (z napełniaczami proszkowymi) Z tłoczyw odwzorowuje się dokładne kształty metodami wtrysku lub prasowania Posiadają brązowo-brunatne zabarwienie płyty warstwowe ZTS IZO-ERG S.A. w Gliwicach Rezokart papierowo-fenolowe Rezotekst tkaninowo-fenolowe tłoczywa ZTS ERG S.A. w Pustkowie Polofen z mączką drzewną, miką Modofen z włóknem szklanym Żywice PF - Moduł sprężystości Wytrzymałość na rozciąganie R r [MPa] na ściskanie R c [MPa] ZASTOSOWANIE 1,40 1, ºC W przemyśle motoryzacyjnym do wyrobu okładzin hamulcowych i sprzęgłowych, łożysk ślizgowych W przemyśle maszynowym i motoryzacyjnym - korpusy, obudowy i inne elementy konstrukcyjne 12

13 - kleje - tłoczywa - laminaty Aminoplasty - żywica melaminowa MF - żywica mocznikowa UF Z żywic aminowych wytwarza się m.in.: - spoiwa lakiernicze - tworzywa porowate - spoiwa do rdzeni odlewniczych Do wytwarzania tłoczyw stosuje się takie napełniacze, jak: - włókna szklane - tkaniny szklane - bielona celuloza drzewna Tłoczywa aminowe przetwarza się metodą prasowania tłocznego lub przetłocznego, a także coraz częściej metodą formowania wtryskowego. Aminoplasty MF, UF Doskonałe właściwości elektroizolacyjne, zwłaszcza na działanie łuku elektrycznego i prądów pełzających (w warunkach dużej wilgotności) Dobra odporność na chemikalia (porównywalna do fenoplastów) Wytrzymałość mechaniczna tłoczyw szybko maleje ze wzrostem temperatury (gorące kształtki można uszkodzić przy wyjmowaniu z formy) Możliwość barwienia na trwałe pastelowe kolory (z zachowaniem przeźroczystości lub z efektem krycia) MF i UP napełnione celulozą Aminoplasty Moduł sprężystości Wytrzymałość na rozciąganie R r [MPa] na ściskanie R c [MPa] MF żywica melaminowa 1,48 1, ºC Melotekt S Z T S ORGANIKA-SARZYNA Unilam - ZTS IZO-ERG S.A. w Gliwicach UF żywica mocznikowa 1, ºC Aminoplasty MF, UF Używane są do wytwarzania lakierów, tłoczyw, laminatów. Jako płyty ozdobne w wagonach kolejowych, w budownictwie, w środkach komunikacji miejskiej, w przemyśle okrętowym, itp. Szerokie zastosowanie tłoczyw w przemyśle elektrotechnicznym Części urządzeń gospodarstwa domowego Żywice silikonowe SI związki krzemoorganiczne Odporność cieplna w zakresie do 300 o C (w atmosferze beztlenowej nawet do 500 o C) Doskonałe właściwości elektroizolacyjne (do 200 o C) przy dużej wilgotności oraz dobra odporność chemiczna antyadhezyjne (brak przyczepności lepkich substancji) Hydrofobowość właściwości ochronne przed zwilżaniem wodą WADA słaba wytrzymałość mechaniczna, sieciowanie zachodzi podczas kilkugodzinnego ogrzewania w temp o C Żywice silikonowe SI Silak 30 Zakłady Tworzyw Sztucznych ORGANIKA- SARZYNA - żywica termoutwardzalna, stosowana jako lakier lub spoiwo do laminatów stosowane jako spoiwa do laminatów ZASTOSOWANIE Używane są do wytwarzania lakierów, tłoczyw, laminatów i do hydrofobizacji różnych materiałów W elektrotechnice laminaty szkło-silikonowe jako doskonały materiał elektroizolacyjny klasy H, odporne na działanie płomienia (w górnictwie, okrętownictwie) Tłoczywa silikonowe (głównie z włóknem szklanym ciętym) do produkcji różnych kształtek i detali (wadą jest tu długie wygrzewanie w podwyższonych temperaturach) 13

14 Definicja materiału kompozytowego Kompozyty są materiałami wielofazowymi - zwykle występują dwie fazy: Faza osnowy (matryca) Faza ciągła, otaczająca inne fazy Faza dyspersyjna Faza nieciągła Kompozyty zwykle wykazują właściwości obu faz. Jednocześnie posiadają lepsze właściwości od każdej z faz Klasyfikacja kompozytów polimerowych Dyspersyjne Duże cząsteczki Cząsteczki wzmacniające Ciągłe Włókniste Nieciągłe Strukturalne Laminaty Kompozyty przekładkowe Do czego służy s y polimerowa osnowa? Osnowa pełni szereg funkcji: pozwala na przeniesienie obciążenia przez mocniejszą, bardziej wytrzymałą fazę, oddziela od siebie włókna i zapobiega rozprzestrzenianiu się pęknięć w przekroju kompozytu, przeciwdziała zużywaniu ściernemu w przypadku stosowania włókien szklanych. Ukierunkowane Losowe Najczęściej stosowane napełniacze Proszkowe (dyspersyjne) proszki niemetali: kwarc, talk, mączka drzewna, skrobia (polimery biodegradowalne) grafit, dwusiarczek molibdenu, Proszki metali (brąz, aluminium, stal nierdzewna) Włókniste ciągłe (rowing), krótkie (cięte lub whiskersy ) włókno szklane, węglowe, grafitowe, aramidowe (Kevlar) itp. włókna metaliczne Whiskersy - krótkie włókna o niewielkiej średnicy (1 2 mm) Od czego zależą właściwości kompozytów w? Od właściwości składników Może pojawić się efekt synergistyczny Od udziału składników w objętości kompozytu Od geometrii fazy dyspersyjnej Rozkład Kierunkowość Kształt Rozmiar 14

15 Kompozyty strukturalne a) Typowa struktura laminatu b) Kompozyt przekładkowy z rdzeniem piankowym c) Kompozyt przekładkowy z rdzeniem o strukturze plastra miodu Laminaty Laminatami nazywamy kompozyty składające się z wielu warstw różnych materiałów powiązanych ze sobą za pośrednictwem polimerowej osnowy (najczęściej żywicy) Anizotropii właściwości w tego typu kompozytach przeciwdziała się układając na sobie różnie zorientowane warstwy laminatu Z laminatów wykonuje się wyroby o dużych gabarytach, które powinny być lekkie i jednocześnie bardzo wytrzymałe np. kadłuby jachtów, szybowce, elementy mostów itp. Kompozyty przekładkowe Wykorzystanie kompozytów polimerowych w lotnictwie warstwa zewnętrzna warstwa adhezyjna (klej) Struktura plastra miodu WW / EP Kompozyt Aramidowy NOMEX warstwa zewnętrzna WW / Aramid / EP Termoplasty +WS Aramid / rdzeń piankowy Kompozyt Węglowy NOMEX 15