5. POLIMERY Polimery jest to grupa materiałów, która wskutek swojej budowy czsteczkowej, powstajcej w wyniku polimeryzacji, otrzymała nazw tworzyw polimerowych, krótko: polimerów. W jzyku potocznym ta grupa materiałów konstrukcyjnych nosi równie ogóln nazw tworzyw sztucznych. Generalnie jednak przyjto, e nazwa tworzywa sztuczne odnosi si do materiałów, które oprócz polimeru jako składnika głównego zawieraj dodatki w postaci napełniaczy organicznych i nieorganicznych, zmikczaczy, stabilizatorów, rodków smarujcych, rodków barwicych itp. Zadaniem dodatków jest modyfikacja okrelonych właciwoci polimeru; w efekcie powstaje nowy materiał. W niektórych przypadkach składników dodatkowych jest objtociowo lub ciarowo wicej ni polimeru. Polimery s materiałami organicznymi zbudowanymi ze zwizków wgla z innymi pierwiastkami niemetalicznymi (wodorem, tlenem, fluorem, chlorem, fosforem, siark). S to kowalencyjne zwizki wielkoczsteczkowe powstajce w procesie polimeryzacji, w której małe czsteczki (monomery) łcz si w długie, łacuchowe makroczsteczki. Taka łacuchowa makroczsteczka zbudowana jest z powtarzajcych si jednostek tzw. merów. Polimeryzacji towarzyszy skurcz objtoci o wartoci 10 20 %. Surowcem wyjciowym dla wikszoci polimerów jest ropa naftowa, wgiel i gaz ziemny. Polimery charakteryzuj si niewysokimi właciwociami wytrzymałociowymi (w porównaniu z klasycznymi, metalicznymi materiałami konstrukcyjnymi), nisk i zmienn sztywnoci (silne zmiany w funkcji temperatury i czasu; duy minus z powodu małych wartoci modułu Younga E) i nisk gstoci (pozytywna właciwo). S dielektrykami, a ponadto cechuje je stabilno i odporno chemiczna ( plus tych tworzyw). Ich zalet jest łatwo formowania przy niskiej cenie takiego procesu. Polimery mog mie równie uyteczne właciwoci fizyczne. Niektóre z nich np. s przezroczyste i mog zastpowa szkło, inne charakteryzuje bardzo mały współczynnik tarcia, jeszcze inne przewodz prd chocia generalnie polimery s elektrycznymi izolatorami. 5.1. Klasyfikacja i struktura polimerów Polimery mona klasyfikowa w róny sposób, w zalenoci od przyjtego kryterium podziału. Najczciej stosowane klasyfikacje to podział według: budowy fizycznej polimeru, zachowania si polimeru pod wpływem obcienia i temperatury oraz mechanizmu polimeryzacji. Wszystkie te metody klasyfikacji zestawiono w tablicy 5-1. Tablica 5-1. Rodzaje klasyfikacji polimerów Zachowanie Struktura polimerów Mechanizm polimeryzacji Termoplasty Spryste, liniowe łacuchy Addycja lub kondensacja Duroplasty Sztywna sie przestrzenna Zwykle kondensacja, czasami addycja Elastomery Liniowe, poprzecznie połczone łacuchy Zwykle addycja Struktura polimerów. Ze wzgldu na struktur atomow łacucha polimery mog by liniowe lub usieciowane. Liniowe polimery s zbudowane z długich łacuchów zawierajcych tysice merów (rys. 5-1a). Łacuchy te mog powstawa w wyniku polimeryzacji zarówno addycyjnej, jak i kondensacyjnej. Poszczególne łacuchy mog by bardzo mocne ze wzgldu na wizania kowalencyjne, natomiast wizania midzy łacuchami s słabymi wizaniami wtórnymi. Polimery usieciowane maj łacuchy połczone kowalencyjnymi wizaniami poprzecznymi, które tworz przestrzenn sie (rys. 5-1b). Przestrzennie usieciowane struktury powstaj zazwyczaj w wyniku polikondensacji, rzadko polimeryzacji addycyjnej. 65
Zachowanie si polimerów pod wpływem obcienia i temperatury. Przyjmujc za kryterium podziału zachowanie si polimeru, okrelone na podstawie zalenoci naprenie odkształcenie w temperaturze pokojowej oraz w czasie nagrzewania, polimery dzieli si na: plastomery i elastomery. Plastomery wykazuj niewielkie odkształcenia spryste pod działaniem małych obcie. Poddawanie ich wzrastajcemu obcieniu powoduje ich odkształcanie plastyczne a do mechanicznego zniszczenia. Do plastomerów zalicza si: termoplasty, które pod wpływem ogrzewania przechodz kadorazowo w stan plastyczny, natomiast po ochłodzeniu twardniej; duroplasty, które w podwyszonej temperaturze lub pod wpływem substancji, nazywanych utwardzaczami, przekształcaj si w produkt usieciowany (nietopliwy i nierozpuszczalny); w zalenoci od sposobu utwardzania dziel si one na tworzywa termoutwardzalne i chemoutwardzalne. Generalnie duroplasty s bardziej wytrzymałe ni termoplasty. Pod wpływem temperatury nie topi si, lecz nastpuje ich rozkład. Elastomery s to polimery, które przy małych napreniach wykazuj due odkształcenie osigajce nawet wartoci rzdu 1000 %. Charakteryzuj si dobr pamici kształtu, tzn. e nawet po znacznym odkształceniu powracaj do pierwotnych kształtów i wymiarów, jeli zostanie usunita siła powodujca deformacj. a) b) Rys. 5-1. Schemat budowy polimerów: a) liniowych, b) przestrzennie usieciowanych Mechanizmy polimeryzacji. Charakterystyczn cech budowy polimerów s makroczsteczki w kształcie długich łacuchów, których ogniwami s tzw. mery. Mery s zbudowane z przestrzennych grup atomów wgla i innych pierwiastków, midzy którymi tworzy si kierunkowe wizanie kowalencyjne. Łacuchy powstaj w wyniku łczenia si małych czsteczek, nazywanych monomerami (np. monomerem polietylenu jest czsteczka etylenu), w procesie polimeryzacji. Miar długoci łacuchów (czsteczek) polimerów jest liczba merów w czsteczce, nazywana stopniem polimeryzacji, charakteryzowana przez warto redni. W typowych polimerach stopie polimeryzacji wynosi zwykle od 1000 do 100 000 merów. Wszystkie polimery maj złoon trójwymiarow struktur, któr trudno jest przedstawi graficznie. Na rys. 5-2 pokazano cztery sposoby przedstawienia fragmentu łacucha polietylenu najprostszego polimeru termoplastycznego z których dwuwymiarowy model (d) jest najprostszy i zawiera zasadnicze elementy struktury polimeru. 66
a) H C b) H C c) d) Rys. 5-2. Cztery sposoby przedstawienia łacucha polietylenu: a) trójwymiarowy model bryłowy; b) trójwymiarowy model przestrzenny ; c i d) dwuwymiarowe modele Łacuchy o wikszej sztywnoci maj bardziej złoon budow. Elementem usztywniajcym je s np. piercienie benzenowe, spotykane w monomerach styrenu i fenolu. Na rysunku 5-3 pokazano dwa sposoby przedstawiania tego typu struktur piercieniowych w monomerze styrenu. Rys. 5-3. Dwa sposoby schematycznego przedstawienia piercienia benzenowego z przyłczon par atomów wgla, tworzcych w efekcie monomer styrenu 67
Polimeryzacja moe zachodzi przez addycj i kondensacj. Polimeryzacja addycyjna polega na szybkim, kowalencyjnym łczeniu poszczególnych monomerów (reakcja łacuchowa) w długie łacuchy, bez zmiany budowy chemicznej łczonych monomerów. Polikondensacja polega na indywidualnych reakcjach chemicznych midzy dwoma lub kilkoma rodzajami monomerów. Proces ten jest znacznie wolniejszy, za w wyniku reakcji powstaje produkt uboczny w postaci prostego zwizku małoczsteczkowego, np. wody czy chlorowodoru. Przykładem polimeryzacji addycyjnej jest tworzenie si polietylenu z czsteczki etylenu C 2 H 4 przedstawione na rys. 5-4. W czsteczce etylenu (monomerze) dwa atomy wgla połczone s podwójnym wizaniem kowalencyjnym. Pod wpływem temperatury, cinienia lub katalizatorów nastpuje zerwanie wizania podwójnego i zastpienie go wizaniem pojedynczym powstaje w ten sposób pojedynczy mer. Kady atom wgla w merze ma tylko siedem elektronów walencyjnych i moe łczy si z innymi merami polietylenu, powodujc wzrost czsteczki. Taka reakcja łacuchowa zachodzi szybko, gdy jest limitowana tylko dostpnoci monomerów etylenu. 8 elektronów 7 elektronów 8 elektronów Monomer Mer Polietylen Rys. 5-4. Mechanizm polimeryzacji addycyjnej w przypadku tworzenia polietylenu z etylenu; podwójne wizanie w monomerze ulega zerwaniu, tworzc mer, który moe si łczy z innymi merami, powodujc wzrost łacucha. Jeeli polimer powstał z jednego rodzaju merów, nosi nazw homopolimeru, jeeli za w procesie polimeryzacji bierze udział wicej ni jeden rodzaj monomerów, to taki proces nosi nazw kopolimeryzacji, a jej produkt kopolimeru. Klasycznymi przykładami kopolimerów s: tworzywo ABS powstałe z połczenia monomerów Akrylonitrylu, Butadienu i Styrenu oraz syntetyczne kauczuki BS z połczenia Butadienu ze Styrenem (patrz rozdział 5.4). Polimery liniowe mog powstawa równie w procesie polikondensacji, a ich właciwoci i struktury s podobne do polimerów liniowych otrzymanych w wyniku polimeryzacji addycyjnej. Schemat pojedynczego stopnia polikondensacji w przypadku otrzymywania poliestru termoplastycznego z monomerów tereftalanu metylu i glikolu etylenowego pokazany jest na rysunku 5-5. Pod wpływem temperatury, cinienia lub katalizatora, grupy CH 3 tereftalanu metylu łcz si z grupami OH glikolu etylowego, dajc produkt uboczny w postaci alkoholu metylowego, a dwa monomery tworz wiksz czsteczk. Przy kadym jednostkowym wzrocie czsteczki polimeru nastpuje powtórzenie tej reakcji. 68
Tereftalan metylu Glikol etylenowy Poli(tereftalan etylenu) (poliester) Alkohol metylowy (produkt uboczny Rys. 5-5. Mechanizm polikondensacji w przypadku tworzenia poliestru termoplastycznego poli(tereftalanu) etylenu PET. Grupy CH 3 i OH s usuwane z monomerów, tworzc alkohol metylowy jako produkt uboczny 5. 2. Polimery termoplastyczne W typowych polimerach termoplastycznych wizania midzy atomami wewntrz łacuchów s kowalencyjne, ale długie, spltane łacuchy trzymane s razem przez słabe wizania drugorzdowe i zaptlenia (rys. 5-6a). Gdy termoplast jest poddany działaniu obcienia, wizania midzy łacuchami mog ulec zerwaniu, a łacuchy mog obraca si, prostowa i przesuwa wzgldem siebie (rys. 5-6b). Siła Siła Rys. 5-6. Mechanizm plastycznego odkształcenia polimerów termoplastycznych: a) poszczególne łacuchy s luno midzy sob połczone wizaniami van der Waalsa i mechanicznymi zaptleniami, b) podczas rozcigania polimeru łacuchy prostuj si i w kocu zaczynaj lizga si jeden po drugim 69
Łatwo, z jak lizgaj si łacuchy, zaley od temperatury i struktury polimeru. Dla polimerów liniowych charakterystyczne s trzy znamionowe temperatury, przekroczenie których zmienia zachowanie si termoplastu pod wpływem obcienia: temperatura płynicia T p, (charakterystyczna dla tworzyw amorficznych), powyej której wizania midzy łacuchami s tak słabe, e polimer płynie (odkształca si) teoretycznie bez odkształce sprystych, temperatura topnienia T t (charakterystyczna dla tworzyw czciowo krystalicznych), powyej której zanika faza krystaliczna w polimerze, temperatura zeszklenia T g, poniej której termoplast jest twardy, kruchy i ma struktur amorficzn. Pod wpływem działania wysokiej temperatury polimery ulegaj rozkładowi cieplnemu degradacji (polegajcej na rozrywaniu wiza kowalencyjnych w łacuchu głównym) lub destrukcji (polegajcej na zmianie składu chemicznego). 5.2.1. Zachowanie si polimerów termoplastycznych pod wpływem obcienia Pod wpływem obcienia łacuchy polimerów termoplastycznych przesuwaj si wzgldem siebie (w sposób zaleny od szybkoci narastania obcienia), co powoduje, e ich krzywa rozcigania ma inny kształt (rys. 5-7) ni dla plastycznych metali, takich jak aluminium (rys. 2-4, krzywe 1, 2). Rónica tkwi przede wszystkim w spadku wartoci naprenia po przekroczeniu granicy plastycznoci. Na krzywej rozcigania typowych polimerów termoplastycznych mona wyróni zakresy: liniowych odkształce sprystych, nieliniowych odkształce sprystych, tworzenia szyjki, odkształce plastycznych. Naprenie, MPa 80 60 granica plastycznoci odkształcenie plastyczne granica wytrzymałoci 40 nieliniowe odkształcenie spryste 20 liniowe odkształcenie spryste 0 100 200 300 Odkształcenie, % Rys. 5-7. Krzywa rozcigania dla poliamidu (nylonu 6,6 ) Odkształcenie spryste w polimerach termoplastycznych jest rezultatem dwóch mechanizmów. Pierwszy polega na rozciganiu wiza kowalencyjnych w łacuchach prowadzcym do ich wydłuenia. Odkształcenie to zanika po zdjciu obcienia. W takim przypadku pocztek krzywej rozcigania jest prostoliniowy i moduł sprystoci mona obliczy wprost z wykresu (E = σ/ε). Mechanizm ten jest analogiczny do mechanizmu odkształcenia sprystego materiałów metalicznych i ceramicznych, polegajcego na rozciganiu wiza metalicznych, jonowych lub kowalencyjnych. Drugi mechanizm okrela 70
lepkospryste zachowanie si polimeru, które ma miejsce wtedy, gdy pod wpływem obcienia całe segmenty łacuchów przemieszczaj si wzgldem siebie. Po zdjciu obcienia nastpuje powrót segmentów do ich połoenia pocztkowego. W przypadku polimerów powrót ten moe trwa kilka godzin, a nawet miesicy. Ta czasowa zaleno sprystego odkształcenia polimerów ma wpływ na jego nieliniowy charakter. Odkształcenie plastyczne polimerów nastpuje wówczas, gdy naprenia osigaj warto granicy plastycznoci. W przeciwiestwie do metali nie jest ono rezultatem ruchu dyslokacji, ale lepkiego płynicia lub polizgu łacuchów wzgldem siebie. Mechanizm ten wyjania zjawisko spadku naprenia (na krzywej rozcigania) po przekroczeniu granicy plastycznoci jako skutek prostowania łacuchów i nastpnego ich naprania (rys. 5-6). W czasie prostowania i rozcigania łacuchów tworzy si szyjka. Przy dalszym odkształcaniu polimeru naprenia musz wzrosn, poniewa łacuchy s prawie równoległe do siebie i blisko siebie połoone, dziki czemu wizania van der Waalsa midzy nimi staj si mocniejsze i polizg łacuchów staje si trudniejszy. Polizg łacuchów w zakresie odkształce plastycznych jest równie zaleny od czasu. Gdy naprenia rosn powoli, polizg łacuchów jest łatwy, gdy rosn szybko polimer ma tendencj do zachowania si jak materiał kruchy. Odporno na pełzanie i udarno. Zaleno sprystego i plastycznego odkształcenia polimerów termoplastycznych od czasu jest zwizana z ich lepkosprystym zachowaniem si pod wpływem obcienia. Ten sposób zachowania si ma równie wpływ na ich odporno na pełzanie i udarno a wic na dwie właciwoci zalene od czasu działania obcienia. W próbie udarnoci, podczas której szybko odkształcania jest dua, łacuchy nie zdaj si przemieci. Dlatego polimery pkaj raczej krucho i maj niskie wartoci udarnoci. Gdy natomiast obcienie działa przez długi czas, nastpuje lepkie płynicie (odkształcanie) polimeru, nawet we wzgldnie niskich temperaturach. Lepkospryste zachowanie si termoplastów jest uyteczne przy kształtowaniu wyrobów rónymi metodami odkształcania. Niekorzystne jest jednake to, e ju w temperaturze otoczenia moe zachodzi ich dalsze odkształcanie pod wpływem długotrwale działajcego obcienia. 5.2.2. Wpływ temperatury na zachowanie si polimerów termoplastycznych pod obcieniem Polimery amorficzne Wpływ temperatury na zachowanie si polimerów pod obcieniem ma zwizek z jej wpływem na wytrzymało wiza midzyczsteczkowych van der Waalsa. W podwyszonych temperaturach wizania s bardzo słabe i w efekcie lepkie płynicie zachodzi przy małych napreniach albo wrcz bez ich udziału. W miar jak temperatura maleje, polizg łacuchów jest coraz trudniejszy i bardziej kompleksowy a do temperatury, w której staje si on niemoliwy, a polimer zachowuje si jak ciało sztywne. Dlatego polimery mog si rónie zachowywa pod obcieniem (tzn. znajdowa si w rónych stanach fizycznych) w zalenoci od temperatury i struktury łacuchów. Na rys. 5-8 przedstawiono wpływ temperatury na struktur i stan fizyczny polimerów, za na rys. 5-9 wpływ temperatury na zmian modułu Younga polimeru amorficznego z zaznaczeniem zakresów odpowiednich stanów fizycznych. Stan lepkopłynny. Powyej temperatury płynicia T p odkształcenie polimeru moe zachodzi bez udziału sił zewntrznych. Wytrzymało i moduł sprystoci polimeru w tym stanie s bliskie zeru, dlatego mona go odlewa lub te kształtowa innymi metodami. Temperatury płynicia typowych polimerów bezpostaciowych podano w tablicy 5-2. 71
Temperatura stan płynny łatwy polizg łacuchów temperatura topnienia struktura amorficzna polizg łacuchów pod wpływem napre struktura krystaliczna trudny polizg łacuchów temperatura zeszklenia struktura amorficzna (stan szklisty) moliwy jest tylko lokalny polizg segmentów łacuchów Rys. 5-8. Wpływ temperatury na struktur i zachowanie si termoplastów pod obcieniem Moduł Younga E (skala logarytmiczna) stan sztywny (szklisty) stan lepkosprysty stan wysokoelastyczny stan lepkopłynny T g Temperatura T p Rys. 5-9. Wpływ temperatury na moduł Younga amorficznego polimeru termoplastycznego Stan wysokoelastyczny (kauczukopodobny). Poniej temperatury płynicia polimer ma pewn okrelon wytrzymało oraz sprysto i jeeli nie jest obciony zachowuje swój kształt. Pod wpływem obcienia zachowuje si on jak guma, poniewa spryste i plastyczne odkształcenia zachodz łatwo. Po zdjciu obcienia cz sprysta odkształcenia szybko 72
zanika. W tym stanie polimer moe ulega bardzo duym odkształceniom wskutek polizgu łacuchów, co stwarza moliwo nadawania mu wymaganych kształtów przez tłoczenie, prasowanie wzgldnie innymi metodami. W miar obniania temperatury polimer staje si coraz bardziej sztywny i wytrzymały, przechodzc w stan lepkosprysty (skóropodobny). W tym stanie zanik czci sprystej odkształcenia nastpuje dopiero po pewnym czasie. Stan szklisty (sztywny). W miar dalszego obniania temperatury polizg łacuchów staje si coraz trudniejszy, dziki czemu szybko ronie sztywno polimeru, który poniej pewnej temperatury, nazywanej temperatur zeszklenia T g, przechodzi w stan szklisty. Tablica 5-2. Temperatury zeszklenia T g, płynicia T p i topnienia T t waniejszych polimerów termoplastycznych i elastomerów Polimer Polimery addycyjne Polietylen małej gstoci, PE Poli(chlorek winylu), PVC Polipropylen, PP Polistyren, PS Polimery kondensacyjne Poliamid (nylon 6,6), PA Poliwglan, PC Poli(tereftalan etylenu), PET Elastomery Silikon, SI Polibutadien, BR Poliizopren, IR T g [ C] -120 87-16 100 50 145 80-123 -90-73 T p [ C] 212 165 225 120 30 T t [ C] 110 168 265 265 Pocztkowo jest to stan szklisty o wymuszonej elastycznoci (jest to właciwy stan uytkowania polimeru), a w niszych temperaturach stan kruchy, w którym polimer staje si twardy i kruchy (podobny do szkieł ceramicznych). W tablicy 5-2 podano temperatury zeszklenia dla niektórych polimerów, a na rys. 5-10 przebieg krzywych rozcigania polimeru wyznaczonych w temperaturach niszych i wyszych od jego temperatury zeszklenia. = F/S 0 stan sztywny kruchy T 1 << T g ) stan o małej plastycznoci (T 2 0,8T g ) F S 0 R e stan o bardzo duej plastycznoci T 3 T g ) L 1 % stan lepkopłynny T 4 >> T g ) Rys. 5-10. Krzywe rozcigania polimeru amorficznego wyznaczone w temperaturze niszej i wyszej od jego temperatury zeszklenia. Temperatury T 1 T 4 zaznaczono na wykresie zmian objtoci właciwej polimeru z temperatur na rys. 5-12a F = L/L 73
Temperatury znamionowe (T g, T p, T t ) poszczególnych polimerów mona zmienia poprzez dodatki, krystalizacj, czciowe usieciowanie polimeru o łacuchach liniowych, dodanie plastyfikatorów oraz kopolimeryzacj. Polimery krystaliczne W czasie chłodzenia poniej temperatury krystalizacji wiele polimerów termoplastycznych ulega czciowej krystalizacji. Krystalizacja polega na powstawaniu w chaotycznie skłbionych łacuchach polimeru obszarów uporzdkowanych (tzw. krystalitów) z równolegle ułoonymi odcinkami wyprostowanych łacuchów. Na rys. 5-11 pokazano dwa modele krystalicznej struktury polimerów: sfałdowanych łacuchów oraz łacuchów równolegle uporzdkowanych. a) b) obszary amorficzne obszary amorficzne Rys. 5-11. Modele czciowo krystalicznej struktury polimeru: a) sfałdowane łacuchy, b) równolegle ułoone łacuchy Obszary krystaliczne polimerów mona opisywa za pomoc komórki elementarnej, podobnie jak w przypadku metali i ceramiki krystalicznej. Przykład takiej komórki dla krystalitu polietylenu pokazano ju na rys. 2-10 w rozdz. 2. Stopie krystalicznoci polimeru okrela si stosunkiem ilociowego udziału fazy krystalicznej do fazy amorficznej. Moe si on zmienia od 10 do 90 % w zalenoci od budowy polimeru i sposobu jego krystalizacji. W czasie krystalizacji (poniej temperatury T t ) nastpuje gwałtowna zmiana objtoci właciwej polimeru (objtoci jednego grama materiału rys. 5-12) wskutek tworzenia obszarów uporzdkowanych, gsto upakowanych. a) Objto właciwa Vwł, cm 3 /g mikkie i kauczukopodobne w T lepkopłynna ciecz kruche ciało stałe T 2 T 3 T 1 wzrost objtoci T 4 w stanie stałym T g T struktura amorficzna w kadej temperaturze wzrost objtoci lepkosprystej cieczy istotna zmiana w przyrocie objtoci w T g b) Objto właciwa Vwł, cm 3 /g wzrost objtoci w stanie ciekłym wzrost objtoci w stanie stałym T 1 krystaliczne ciało stałe T t T 2 wzrost objtoci podczas topienia T ciecz amorficzna Rys. 5-12. Zmiana objtoci właciwej polimeru amorficznego (a) i krystalicznego (b) w zalenoci od temperatury 74
5.2.3. Kształtowanie struktury i właciwoci polimerów termoplastycznych Polimery termoplastyczne charakteryzuje wysoka plastyczno, ale niska wytrzymało na rozciganie (tab. 5-3). Polimery Termoplasty addycyjne, liniowe Termoplasty kondensacyjne, liniowe Tablica 5-3. Właciwoci polimerów R m [MPa] 21 83 55 117 75 Moduł Younga E [GPa] 0,28 4,1 1,7 4,1 Wydłuenie całkowite ε [%] 5 800 10 300 Odporno na pkanie K ic [MPa m 1/2 ] 1,0 5,0 3,0 5,0 Gsto ρ [Mg/m 3 ] 0,90 2,17 1,25 1,75 Duroplasty 35 85 1,3 8 0 6 0,5 1,0 1,25 1,55 Elastomery 2,4 28 0,002 0,1 350 2000 0,92 1,5 Metody umacniania polimerów termoplastycznych polegaj na ograniczaniu polizgu łacuchów (podobnie jak w metalach na ograniczaniu ruchu dyslokacji) oraz usztywnianiu łacuchów. Metody te mona podzieli na trzy kategorie: 1. Sterowania stopniem polimeryzacji (długoci poszczególnych łacuchów). W miar wzrostu długoci łacuchów ronie temperatura topnienia polimeru i wzrastaj jego właciwoci mechaniczne włcznie z odpornoci na pełzanie. Na przykład typowy polietylen o małej gstoci (PE-LD) zbudowany jest z łacuchów utworzonych z mniej ni 7000 merów, za wysoko przetworzony polietylen o wysokiej gstoci (PE-HD) zawiera do 18 000 merów. Najwysz udarno i wytrzymało, porównywaln z innymi polimerami, osiga polietylen o ultrawysokiej masie czsteczkowej (PE-UHMW) - o stopniu polimeryzacji powyej 300 000 (rys. 5-13). 2. Sterowania wytrzymałoci wiza wewntrz łacuchów. Wzrost sztywnoci poszczególnych łacuchów mona uzyska przez odpowiedni dobór monomerów o złoonej budowie, uniemoliwiajcej skrcanie i obrót utworzonych z nich łacuchów. W takich termoplastach niektóre atomy wgla w łacuchach s zastpowane przez atomy tlenu, siarki, czy azotu lub przez piercienie benzenowe (rys. 5-3, 5-5). Prostym przykładem takiego polimeru jest polioksymetylen (acetal) POM, którego rdzenie łacuchów złoone s z naprzemiennie ułoonych atomów wgla i tlenu oraz poliamid aramidowy produkowany w postaci włókien Kevlar zawierajcy atomy wgla, azotu i piercienie benzenowe w łacuchach. 3. Sterowania wytrzymałoci wiza midzy łacuchami. Wzrost siły wiza midzy łacuchami uzyskuje si przez zastpienie w łacuchu polietylenu niektórych lub wszystkich atomów wodoru atomami innego pierwiastka lub grupami atomów. Na przykład zastpujc atom wodoru wikszym atomem chloru (otrzymuje si w ten sposób polichlorek winylu) lub grup atomów, tak jak metyl CH 3 (otrzymuje si w ten sposób polipropylen), uzyskuje si tworzywa o wyszej w porównaniu z polietylenem sztywnoci, wytrzymałoci i temperaturze topnienia. Innym sposobem jest łczenie kilku rodzajów monomerów w wyniku polimeryzacji addycyjnej (wspomnianej wczeniej kopolimeryzacji), która pozwala uzyska szeroki zakres właciwoci mechanicznych dla rónych kombinacji monomerów, czego przykładem jest kopolimer ABS (rozdz. 5.1 i 5.4) odznaczajcy si bardzo dobr kombinacj wytrzymałoci, sztywnoci i cigliwoci (patrz rys. 5-13). Wzrost sił oddziaływania midzy łacuchami uzyskuje si równie poprzez krystalizacj i odkształcenie plastyczne polimeru. Krystalizacja powoduje wzrost gstoci polimeru,
jego odpornoci chemicznej oraz właciwoci mechanicznych, nawet w podwyszonych temperaturach. Odkształcenie plastyczne prostuje łacuchy i zwiksza w ten sposób stopie krystalicznoci materiału. Metoda ta jest czsto stosowana przy produkcji włókien osigajcych właciwoci wytrzymałociowe porównywalne z wieloma materiałami metalicznymi i ceramicznymi. Rys. 5-13. Orientacyjne wartoci granicy plastycznoci przykładowych polimerów 5.2.4. Charakterystyka przykładowych polimerów termoplastycznych Polimery termoplastyczne mona sklasyfikowa jako masowe, np. PE, PP, PS, PVC oraz konstrukcyjne, np. PET, PMMA, PC. Budow chemiczn najczciej stosowanych polimerów termoplastycznych oraz obszary ich zastosowania podano w tablicy 5-4. Polietylen (PE) wytwarzany jest w procesie wysokocinieniowym (cinienie 10 100 MPa), o niskiej gstoci PE-LD(0,91-0,925Mg/m 3 ), oraz w procesie niskocinieniowym (cinienie mniejsze od 1 MPa), o wysokiej gstoci PE-HD (0,94-0,96Mg/m 3 ). Polietylen PE-HD ma lepsze własnoci mechaniczne i cieplne ni PE-LD, ale gorsze własnoci przetwórcze. Polietylen PE- UHMW o najwyszych własnociach mechanicznych i dpornoci na cieranie. Polietylen odznacza si wysok odpornoci na działanie czynników chemicznych. W temperaturze pokojowej nie rozpuszcza si praktycznie w adnym z rozpuszczalników. Jest odporny na wodne roztwory kwasów zasad i soli. Jego cech niekorzystn jest skłonno do utleniania si na powietrzu, potgowana przez promieniowanie ultrafioletowe. Maksymalna temperatura uytkowania: 80 C. Jest palny. Poli(chlorek winylu) (PVC) produkowany jest jako twardy oraz zmikczony z dodatkiem plastyfikatorów. PVC zmikczony moe by stosowany w temperaturze od -30 do 100 C. Tworzywo to wykazuje mał odporno na działanie wiatła i podwyszonej temperatury. PVC jest tworzywem fizjologicznie obojtnym. Odporno chemiczna jest wiksza w przypadku tworzywa twardego ni zmikczonego. Jest niepalny. 76
Tablica 5-4. Budowa chemiczna przykładowych polimerów termoplastycznych Nazwa, oznaczenie Poli(etylen, PE niskiej gstoci, PE-LD, wysokiej gstoci, PE-HD - ultrawysokiej masie czsteczkowej PE-UHMW Poli(chlorek winylu), PVC Polipropylen, PP Polistyren, PS Budowa chemiczna Posta Typowe zastosowanie H H C C H H H H C C H Cl H H C C H CH 3 H H C C H C 6 H 5 czciowo krystaliczna czciowo krystaliczna czciowo krystaliczna amorficzna Torby i worki z folii, owinicia z folii kurczliwej, butelki, pojemniki, beczki, bbny, kanistry na paliwa płynne, rury, artykuły gospodarstwa domowego, odporne na cieranie czci maszyn, implanty. PVC mikki: płyty, rury, prty. PVC twardy: ramy okienne, folie opakowaniowe, butelki, owinicia z folii termokurczliwej. Torebki z folii, butelki, worki tkane, folie kurczliwe, artykuły medyczne, sprzt domowy Pojemniki, kształtki, pudełka, opakowania termoformowane, opakowania przeciwwstrzsowe (styropian), artykuły elektrotechniczne, czci maszyn. Poli(tereftalan etylenu), PET czciowo krystaliczna Butelki, folie kurczliwe, włókna (Elana), sprzt sportowy, błony fotograficzne, izolacje kablowe Poliamidy, PA 6 (nylony) czciowo krystaliczna Folie, laminaty, włókna Poliwglan, PC amorficzna Folie, laminaty, okna antywłamaniowe, kaski ochronne, osłony kabiny pilota, artykuły gospodarstwa domowego Poli(metakrylan metylu) PMMA COOCH 3 CH 2 C amorficzna Szyby samochodów, soczewki, osłony maszyn CH 3 Politetrafluoroetylen PTFE F F C C F F czciowo krystaliczna Łoyska lizgowe, powłoki nieprzyczepne, uszczelki przeciwkorozyjne. 77
Polipropylen (PP) charakteryzuje si bardzo dobr odpornoci na działanie czynników chemicznych, ale mniejsz ni polietylen odpornoci na działanie czynników atmosferycznych, dlatego łatwiej ulega procesowi starzenia. Przepuszczalno par i gazów jest podobna jak w polietylenie, ale ma on korzystniejsze własnoci mechaniczne i chemiczne. Obojtno fizjologiczna oraz moliwo pracy w temperaturze do 100 C pozwalaj na stosowanie PP na opakowania farmaceutyczne i elementy sprztu medycznego. Jest palny. Polistyren (PS) produkowany jest jako amorficzny i przeroczysty, o małej udarnoci. Mona go poddawa procesowi porowania, w wyniku czego otrzymuje si styropian. Z polistyrenu mona wytwarza opakowania do kontaktu z produktami spoywczymi z wyjtkiem tłuszczów i alkoholi. Maksymalna temperatura uytkowania: 85 C. Jest palny. Poli(tereftalan etylenu) (PET) odznacza si du twardoci, sztywnoci, bardzo du odpornoci chemiczn oraz udarnoci. Charakteryzuje si te du stabilnoci kształtów, mał chłonnoci wody oraz dobr odpornoci na działanie czynników atmosferycznych. Dopuszczalny zakres temperatury uytkowania: -40 do 100 C. Poliamidy (PA) odznaczaj si dobrymi własnociami mechanicznymi i zaliczane s do tworzyw konstrukcyjnych, które mog by stosowane w zakresie temperatur -40 do 100 C. Mog by stosowane na wyroby stykajce si z produktami spoywczymi, poniewa nie s toksyczne. Ich właciwoci mechaniczne i cieplne poprawia si, podobnie jak w przypadku tworzywa PET, przez dodatek włókna szklanego. S palne. Poliwglany (PC) wyróniaj si szczególnie wysok udarnoci oraz przezroczystoci przy jednoczenie duej sztywnoci. Wyroby z tego tworzywa mog pracowa w temperaturze -40 do 130 C, maj mał chłonno wody, dobr stabilno ciepln i s obojtne fizjologicznie (mog by sterylizowane i stosowane w medycynie). Tworzywo to stosowane jest te do wytwarzania kompozytów.s niepalne. Politetrafluoroetylen (PTFE) wyrónia si niskim współczynnikiem tarcia, własnociami antyadhezyjnymi, nisk twardoci i odpornoci na płomie. Zakres pracy: od -250 do 260 C. Poli(metakrylan metylu) (PMMA) tzw. szkło organiczne jest twardy, odporny na działanie czynników atmosferycznych. Zakres pracy: od -40 do 90 C. 5.3. Duroplasty Duroplasty s polimerami, których łacuchy s gsto połczone poprzecznymi wizaniami kowalencyjnymi, tworzcymi trójwymiarow sie przestrzenn. Wytwarzane s w dwóch etapach. Najpierw wytwarza si makroczsteczki liniowe, a nastpnie, po uformowaniu wyrobu, doprowadza si do powstania midzy łacuchami wiza sieciujcych. Powstawanie wiza moe zachodzi bezporednio pod wpływem temperatury (duroplasty termoutwardzalne) albo za porednictwem utwardzacza (duroplasty chemoutwardzalne). Na rysunku 5-14 przedstawiono schematycznie proces utwardzania (sieciowania) ywicy poliestrowej. Poniewa łacuchy poliestru powstałe w wyniku polikondensacji monomerów kwasu i alkoholu maj wizania nienasycone, dodanie czsteczek styrenu umoliwia wytworzenie wiza sieciujcych pod wpływem inicjatorów (utwardzaczy). W handlu znajduj si nienasycone ywice poliestrowe w postaci około 35-% roztworu w styrenie (rys. 5-14a). ywice te utwardzane s w procesie przetwórstwa po wymieszaniu ich z utwardzaczem (rys. 5-14b). Duroplasty z powodu braku moliwoci obrotu i polizgu łacuchów zachowuj si podobnie jak kruche metale lub materiały ceramiczne. Wikszo z nich ma wysok temperatur 78
zeszklenia, wysok wytrzymało i sztywno, ale nisk plastyczno i nisk odporno na pkanie w porównaniu z polimerami termoplastycznymi (tablica 5-3). Maj doskonałe właciwoci elektroizolacyjne. Wad ich jest niemono ponownego formowania, poniewa nie przechodz w stan płynny podczas ogrzewania, ale zmieniaj si w gum (z powodu wiza sieciujcych), a dalsze ogrzewanie powoduje ich rozkład chemiczny. a) b) łacuchy nienasyconej ywicy poliestrowej R-R R-R R R R R R-R R-R R R R R R-R - utwardzacz monomery styrenu Rys. 5-14. Utwardzanie ywicy poliestrowej: a) stan dostawy, b) stan usieciowany Typowymi polimerami termoutwardzalnymi s na przykład fenoplasty i aminoplasty, z których najczciej stosowana jest ywica fenolowo-formaldehydowa (FF - stosowana na porowate opakowania transportowe i twarde powłoki). Przedstawicielami polimerów chemoutwardzalnych s niektóre poliuretany (PUR) oraz ywice epoksydowe (EP) i nienasycone ywice poliestrowe (SP). W przemyle opakowaniowym duroplasty znajduj zastosowanie głównie w postaci lakierów, proszków, klejów (patrz tab. 4-3) oraz laminatów (patrz rozdz. 7). W tablicy 5-5 podano budow chemiczn przykładowych duroplastów. Tablica 5-5. Budowa chemiczna wybranych duroplastów Nazwa, oznaczenie ywica fenolowoformaldehydowa, FF ywica epoksydowa, EP ywica poliestrowa, UP Budowa chemiczna i posta OH C 6 H 2 CH 2 CH 2 amorficzna CH 3 OH O C 6 H 4 C C 6 H 4 O CH 2 CH CH 2 CH 3 amorficzna O O CH 2 OH C (CH 2 ) m C O C amorficzna CH 2 OH Zastosowanie Opakowania transportowe porowate, laminaty, gniazdka, wtyczki Osnowa kompozytów, laminaty, powłoki, wypraski elektroizolacyjne Osnowa kompozytów, laminaty, powłoki, pudła porowate; tasza ni ywica epoksydowa 79
5.4. Elastomery Elastomery zbudowane s z długich, liniowych, pozwijanych i wzajemnie spltanych makroczsteczek, midzy którymi wystpuj niezbyt gsto (w przyblieniu jedno wizanie na kilkaset merów w łacuchu) wizania poprzeczne. Temperatura zeszklenia elastomerów jest duo nisza od temperatury otoczenia (tab. 5-2), dlatego w temperaturze otoczenia wizania wtórne midzy łacuchami s ju stopione i w efekcie nastpuje ich łatwe rozwijanie si i lizganie pod wpływem obcienia. Polimer zachowuje si w efekcie lepkosprycie (rys. 5-15a). Z tego powodu konieczne jest zapobieganie lepkiemu odkształceniu poprzez wprowadzenie wiza poprzecznych jak to si robi na przykład za pomoc atomów siarki w procesie wulkanizacji kauczuku (rys. 5-16). Dziki temu wulkanizowane gumy podczas uytkowania znajduj si w stanie wysokoelastycznym i jest to ich stan ostateczny, tj. podgrzewanie doprowadza do ich destrukcji. Rys. 5-15. Odkształcenie elastomeru: a) niesieciowanego, b)) usieciowanego Rys. 5-16. Sieciowanie poprzeczne elastomerów Wizania poprzeczne (kowalencyjne) odgrywaj w elastomerach rol pamici kształtu co oznacza, e po usunicia obcienia materiał wraca do pierwotnego kształtu (rys. 5-15b). Dziki takim wizaniom elastomery zachowuj zdolno do sprystego odkształcania si przy wydłueniach przekraczajcych 300 % (patrz tab. 5-3). W próbie rozcigania elastomery zachowuj si odmiennie ni metale. Zakres ich odkształce sprystych na krzywej rozcigania ma charakter nieliniowy (rys. 5-17). Pocztkowo niewielki przyrost napre pod wpływem odkształcenia odpowiada rozwijaniu si makroczsteczek. Dalszy wzrost odkształcenia wymaga duego przyrostu napre wskutek napinania wiza kowalencyjnych a do ich zerwania. Naprenie, duy moduł Younga spowodowany rozciganiem wiza mały moduł Younga spowodowany rozciganiem wiza van der Waalsa Odkształcenie, Rys. 5-16. Krzywa rozcigania elastomeru 80
Typowe elastomery (gumy) przedstawiono w tablicy 5-6. Nazwa, oznaczenie Poliizopren, IR Polichloropren, CR Tablica 5-6. Budowa chemiczna i zastosowanie elastomerów Budowa chemiczna i posta H H C C=C C H H CH 3 H H H C C=C C H H Cl H Typowe zastosowanie Ogumienie pojazdów, rkawice lekarskie Uszczelki, we, powłoki kablowe Sieciowanie poprzeczne elastomerów powoduje, e ich przetwórstwo jest czasochłonne i bardziej skomplikowane ni termoplastów. Dlatego opracowano grup elastomerów termoplastycznych kopolimerów blokowych zachowujcych si pod obcieniem jak elastomery a pod wpływem temperatury jak termoplasty. Blokow struktur tej grupy tworzyw pokazano na rys. 5-17, na przykładzie tworzywa ABS, kopolimeru monomerów Akrylonitrylu, Butadienu i Styrenu oraz syntetyczne kauczuki BS z połczenia Butadienu ze Styrenem Rys. 5-17. Struktura lokowa kopolimeru ABS, który jest efektem sczepienia dwóch kopolimerów SAN i BS 5.5. Składniki dodatkowe polimerów Zakresy wartoci właciwoci mechanicznych polimerów s zestawione w tablicy 5-3. W przeciwiestwie do metali, właciwoci polimerów wykonanych przez rónych producentów mog róni si wartociami. Przyczyny takiej sytuacji s nastpujce: niewielkie zmiany parametrów procesu polimeryzacji maj duy wpływ na stopie polimeryzacji czsteczek, gsto rozgałzie oraz ułamek (udział procentowy) fazy krystalicznej, 81
poszczególni producenci odkształcaj materiał w rónym stopniu, wpływajc w ten sposób na stopie zaawansowania prostowania si łacuchów, producenci dodaj do polimerów róne dodatki i w rónych ilociach. Składniki dodatkowe wprowadza si do polimerów w celu polepszenia właciwoci uytkowych, właciwoci przetwórczych lub obnienia kosztów wytwarzania. S to napełniacze proszkowe i włókniste oraz rodki modyfikujce 1. Napełniacze s dodawane w celu zwikszenia wytrzymałoci polimerów (patrz rozdz. 7) i obnienia kosztów wytwarzania, np. skrawki tkanin, krzemionka, mika, proszki metali, sadza, włókna szklane, włókna polimerowe, włóknista celuloza, kreda. 2. Zmikczacze (plastyfikatory) dodawane s w celu obnienia temperatury zeszklenia, a przez to zwikszenia plastycznoci w okrelonym przedziale temperatury; zwykle s to polimery liniowe. 3. Stabilizatory dodaje si w celu zwikszenia odpornoci na utlenianie, promieniowanie nadfioletowe, odpornoci na pełzanie; s to np. sadza, zwizki ołowiu, organiczne soli metali. 4. rodki smarujce, takie jak: parafina, woski, maj na celu ułatwienie przetwórstwa polimerów. 5. rodki zmniejszajce palno dodawane s w celu wywołania efektu samoganicia, np. chloroparafiny, zwizki boru i molibdenu, krzemiany, wglany. 6. rodki barwice s to np. nierozpuszczalne pigmenty w postaci proszków tlenku tytanu i tlenków elaza oraz rozpuszczalne barwniki w postaci zwizków organicznych, dodawane w celu nadania tworzywu odpowiedniej barwy. 5.6. Formowanie wyrobów z tworzyw polimerowych Proces wytwarzania i przetwarzania tworzyw polimerowych przebiega zgodnie z poniszym schematem: 82
Polimery (tworzywa sztuczne) do przetwórstwa dostarczane s w postaci ciała stałego (proszek, granulki, płyty, prty, itp.) lub płynnego (ywicy). W czasie przetwórstwa mona dodawa do polimeru róne składniki dodatkowe, które miesza si w fazie stopionej lub w roztworze. Techniki formowania wyrobów z polimerów zale od tego, czy s termoplastyczne czy termoutwardzalne. Polimery termoplastyczne mikn w czasie ogrzewania, co umoliwia ich przetwarzanie przez: wytłaczanie, wytłaczanie z rozdmuchiwaniem, formowanie wtryskowe i kształtowanie próniowe. Wytłaczanie jest procesem podobnym do wyciskania materiałów metalicznych (patrz rys. 4-30c). Polimer w postaci granulek jest przepychany przez limak przez komor grzewcz, w której jest uplastyczniany, a nastpnie formowany w matrycy (rys. 5-18). typowe kształty wyrobów zasobnik granulat tworzywa wymienna matryca nagrzewnica transporter Rys. 5-18. Schemat procesu wytłaczania termoplastów Metoda ta, w zalenoci od konstrukcji głowicy wytłaczarskiej, jest stosowana do wytwarzania długich wyrobów o stałych przekrojach, np. rur, prtów, tam, folii, płyt oraz włókien. Włókna polimerowe lub folie wytwarza si, wytłaczajc stopiony polimer przez dysze z du iloci małych otworów. Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem w formie (rys. 5-19) stosowane jest przy produkcji pojemników i butelek. Proces polega na wytłaczaniu rury cienkociennej, która automatycznie podawana jest do dwuczciowej formy i nastpnie rozdmuchiwana spronym powietrzem a do osignicia kształtu formy. nagrzewnica wytłaczarka rura doprowadzajca powietrze polimer jest wytłaczany wokół piercienia na kocu rury sprony gaz kocowy produkt Rys. 5-19. Schemat procesu wytłaczania z rozdmuchiwaniem 83
Wtryskiwanie jest analogicznym procesem do odlewania metali pod cinieniem do form metalowych. Polega na cyklicznym wtryskiwaniu uplastycznionego w komorze grzewczej tworzywa do zamknitego gniazda formujcego (rys. 5-20), jego zestaleniu i usuniciu wypraski podczas otwierania formy. formowany wyrób granulat tworzywa wtłaczanie i zasysanie hydrauliczny tłok do zamykania i otwierania formy nieruchoma cz formy ruchoma cz formy nagrzewnica Rys. 5-20. Schemat procesu wtryskiwania Formowanie próniowe polega na umocowaniu kształtowanego polimeru (np. w postaci folii lub arkusza) nad form, nagrzaniu go i włczeniu układu próniowego, który usuwajc powietrze z przestrzeni midzy form a foli powoduje wtłoczenie folii do formy za pomoc cinienia atmosferycznego (rys. 5-21). lampy grzewcze formowany polimer w postaci arkusza forma otwory gotowy wyrób prónia Rys. 5-21. Termoformowanie - formowanie próniowe Kalandrowanie słuy do wytwarzania folii i płyt. Polimer dostarczany jest bezporednio z wytłaczarki i podawany midzy nagrzewane i dociskane do siebie walce, osadzone jeden nad drugim na wspólnej ramie (rys. 5-22). Kalandrowanie pozwala nadawa folii odpowiedni grubo i połysk oraz wytłacza wzory. 84
tworzywo folia Rys. 5-22. Kalandrowanie. Szczelina midzy ostatni par walców determinuje grubo folii transporter W przypadku duroplastów, które wymagaj jednoczesnego ogrzewania, kształtowania i utwardzania, najczciej stosowan metod jest prasowanie w formach. Proces ten polega na cyklicznym wprowadzaniu do gorcej matrycy wymieszanego z polimerem utwardzacza, stopieniu ich pod cinieniem i utwardzeniu (rys. 5-23). Niektóre duroplasty mog by formowane przez wyciskanie do formy, w której zachodzi sieciowanie (rys. 5-24). Ponadto polimery, takie jak: polietylen, polistyren, polichlorek winylu, poliuretany czy ywice poliestrowe, mog by spieniane w wyniku zmieszania ich z substancjami, które powoduj wydzielanie bbelków CO 2 w stopionym polimerze lub w utwardzajcej si ywicy. Uzyskane w ten sposób polimery piankowe s to na ogół tworzywa złoone z komórek (otwartych, zamknitych lub obu rodzajów) rozłoonych w całej masie i odznaczajcych si gstoci mniejsz anieli gsto substancji szkieletowych. Tworzywa piankowe s wykonywane ze wszystkich zasadniczych typów polimerów (termoplasty, duroplasty, elastomery); teoretycznie prawie kade tworzywo mona sporzdza w postaci piankowej, w praktyce za jedynie niewielk ilo typów tworzyw. Pianki posiadaj rón struktur komórkow: otwart (pianki wiskotyczne), zamknit (pianki ze styrolu rozpronego) lub mieszan (specjalne pianki poliuretanowe PUR). Struktura komórek ma istotny wpływ na przewodno ciepln i na tłumienie drga. gorca matryca cinienie gotowy element formowany polimer stopiony i utwardzajcy si polimer wypychacz Rys. 5-23. Formowanie duroplastów przez prasowanie 85
gorca matryca formowany polimer stopiony polimer wypraska Rys. 5-24. Formowanie duroplastów przez wyciskanie do formy Zachowanie si polimerów piankowych podczas obcie i w warunkach podwyszonych temperatur równie zaley od typu i struktury pianki. Specjalne znaczenie maj pianki typu PUR (poliuretanowe), których właciwoci mog zmienia si w szerokim zakresie: od twardych, poprzez półtwarde do mikko-elastycznych. Moduł E zaley od gstoci pianki: im mniejsza gsto pianki, tym prawie proporcjonalnie mniejszy moduł. Sztywno wyrobów z materiałów piankowych ronie natomiast wraz z szecianem gruboci cianki; z tego powodu wyroby piankowe s znacznie sztywniejsze od zwartych (litych) przy tej samej masie. Tworzywa porowate stosuje si do otrzymywania opakowa jednostkowych (np. tacki, pudełka), transportowych (np. pudła) oraz jako dodatkowe wyposaenie opakowa (np. wkładki przeciwwstrzsowe). Najczciej stosowanym tworzywem porowatym jest styropian. Głównymi sposobami łczenia polimerów s klejenie i zgrzewanie. 86