Titanic Costa Concordia Bakelit, celuloid


1 MTP-4- Polymery2 Titanic Costa Concordia Bakelit, celuloid3 Hlavní použití polymerů4 Definice polymerů/plastů Polymery = organick&eacu...
Author:  Karla Pokorná

0 downloads 33 Views 5MB Size

Recommend Documents


No documents

MTP-4- Polymery

Titanic 15. 4. 1912

Costa Concordia 13. 1. 2012

Bakelit, celuloid

Hlavní použití polymerů

Definice polymerů/plastů • Polymery = organické látky založené na opakující se jednotce (meru) tvořící dlouhé řetězce • Název plasty je odvozen ze tvárných (plastických) schopností polymerních látek (ale to neplatí pro všechny polymerní látky) • polymery lze formovat odléváním, spékáním nebo tvářením v tekutém stavu

Pro dlouhou historii nesprávného užití jsou plasty vysmívány

Film Pelíšky

Zpracování polymerů

Hlavní druhy polymerních látek termoplasty termosety (reaktoplasty) elastomery (pryže)

Energie vazebných sil (kJ/mol)

Mikrostruktura polymerů • Polymer = mnoho merů

van der Waals vodíkové můstky kovalentní vazby iontové vazby

0.08–4.0 ≤50 60–600 560–1000

Adapted from Fig. 14.2, Callister 6e.

• Kovalentní řetězce:

Směr růstu pevnosti

Adapted from Fig. 14.7, Callister 6e.

Vliv délky uhlíkového řetězce <5 C atomů

5 - 19

100 - 1000

> 1000

plyny

kapaliny

vosky a parafíny

plasty

metan, etan, propan, butan

paliva – benzín, petrolej, nafta, … oleje, vazelíny (<100)

Molekulární hmotnost a krystalinita • Molekulární hmotnost, Mw.

• Pevnost -obvykle roste s Mw. -proč? Delší řetězce se více proplétají.

• Krystalinita: podíl materiálu v krystalickém stavu -Pevnost (Rm) a tuhost (E) obvykle s krystalinitou rostou -Žíháním objem krystalických oblastí roste

crystalline region amorphous region

Adapted from Fig. 14.11, Callister 6e. (Fig. 14.11 is from H.W. Hayden, W.G. Moffatt, and J. Wulff, The Structure and Properties of Materials, Vol. III, Mechanical Behavior, John Wiley and Sons, Inc., 1965.)

Viskozita

Mechanické vlastnosti 

Vztah mezi molekulovou hmotností a viskozitou

Molekulová hmotnost

Mechanismy (plastické) deformace plastů

Tahová křivka pro různé typy polymerů reaktoplasty termoplasty

• Další důsledky vnitřní struktury: -křehkost – shodně orientované, propojené a zesítěné řetězce -plastická deformace u polymerů s částečnou krystalinitou

Srovnání polymerů s jinými materiály

Teplotně závislé mechanické vlastnosti A – částečně krystalický termoplast B – termoset C – amorfní termoplast

Skelné plató

Sekundární relaxace

Skelný přechod Pryžové plató

Viskózní tok

Časově závislá deformace Relaxace napětí / tečení:

- Deformuj na eo setrvej - Pozoruj snižování napětí

Teplota skelného přechodu (amorphous polystyrene)

Tm

Tg(°C) pro vybrané materiály PE (low Mw) PE (high Mw) PVC PS PC

-110 - 90 + 87 +100 +150

Závislost mechanických vlastností na teplotě pro termoplasty • Snížení teploty -zvýší tuhost -zvýší pevnost -sníží tažnost

• Zvýšení rychlosti deformace… …má stejný účinek jako snížení teploty Adapted from Fig. 15.3, Callister 6e. (Fig. 15.3 is from T.S. Carswell and J.K. Nason, 'Effect of Environmental Conditions on the Mechanical Properties of Organic Plastics", Symposium on Plastics, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1944.)

26

Mechanické vlastnosti sesítněných a krystalických polymerů

Mikroténový sáček

Předdeformování dloužením • Dloužení... -před použitím natahuje řetězce -natáhne je ve směru dloužení • Mechanické důsledky -Nárůst tuhosti ve směru dloužení -Nárůst pevnosti ve směru dloužení -Snížení tažnosti • Žíhání po sloužení... -sníží uspořádání, zarovnání -odstraní důsledky dloužení

• podobné zpracování za studena u kovů! Adapted from Fig. 15.12, Callister 6e. (Fig. 15.12 is from J.M. Schultz, Polymer Materials Science, PrenticeHall, Inc., 1974, pp. 500-501.)

Vlákna, smršťovací bužírky

Zpracování polymerů Reaktoplasty

Termoplasty

Nízkomolekulární polymer

Polymer

Míchání impregnace

Míchání a granulaci

Přísady

granulát

Směs v dodavatelské formě

lisovací hmoty prepregy

Zpracování

Chemická reakce – vznik nových kovalentních vazeb

Fyzikální process – ohřev do stavu taveniny a následné tuhnutí Výrobek nebo polotovar

Výrobek nebo polotovar Výrobek nebo polotovar

Srovnání polymerů s kovy - cena

Základní principy návrhu výrobku z plastů Při nahrazování kovů je • Vyhni se nahromadění materiálu nový design vždy nutností! • Vol jednu tloušťku stěny • Stěna tenká jak jen je to možné ale současně tlustá, jak potřeba • Tuhost dodají žebra namísto zesílených stěn • Rádiusy • Vyhýbej se rovným plochám • Vyhýbej se zářezům • Šetři s přísnou tolerancí • Navrhuj součástky jako multifunkční • Užívej úsporné montážní postupy • Vstřikové otvory do nejtlustší stěny

Principy správného návrhu

Principy správného návrhu

Principy zpracování

Design = žebra

Principy správného návrhu

Principy správného návrhu

Využití polymerů

Polyetylén o nízké hustotě (LDPE) Délka řetězce: 1000 - 2000

igelit

Chemicky odolný El. Izolátor Variabilní pevnost Měkké lahve, formy na led, obaly

Polyetylén o vysoké hustotě(HDPE) Délka řetězce: 10,000 – 100,000

Polyetylén s „ultradlouhými“ řetězci (UHMWPE) Délka řetězce: 2-6 million

Kloubní náhrady

Přilba

převody

PVC – (polyvinyl chlorid) Délka řetězce: 4,000 – 5,000 Levné, Tuhé ale lze změkčit Tepelné deformace Podlahy El. Izolace hadice

Polárnější  silnější vazebné síly

Polyetylén Tereftalát (PET) - “Polyester” Délka řetězce: 4,000 – 8,000

Ester

Polystyrén

Elektrická izolace Optická čistota Levné Hračky Rámy, kryty svítidel

Polypropylén Odolné proti tepelnému působení Chemicky odolný Citlivé na UV Sterilní lékařské výrobky Zavazadla Konstrukční části

Fleece – vlákna – kontaminace řek

PTFE - polytetraflóretylén Chemicky odolný Výborná elektroizolace Nízký koeficient tření Těsnění Ložiska, kluzné povrchy Vysokoteplotní elektrické součástky a izolace teflon

Gore-Tex 30nm póry

Nylon – polyamid 66 Vysoká pevnost Odolnost abrazi Ložiska rukojeti Vlákna

Aramid - Kevlar

Silná síť kovalentních vazeb a Polárních vodíkových můstků

Bavlna

Dlouhá vlákna celulózy + vodíkové můstky Celulóza je nejrozšířenější polymer na Zemi Je základem dřeva a papíru Celuloid (CA)

Příklady

Biodegradace - PLA

Příklady – Spacer textílie

Příklady

Polymerization Reactions: Initial compound used to form polymer is the mer or monomer which are chemically joined together in one of two ways: – Addition polymerization – molecules physically link to each other – Condensation polymerization – new molecule formed by chemical reaction

Amorphous Thermoplastics • Extensive chain branching • All thermosets are amorphous • Exhibit glass tranistion temperatures Tg • Below Tg, polymer acts stiff and rigid • Above Tg, polymer acts soft and rubbery

• Melt or liquify over extended temperature range near Tg. Don’t have distinct Tm like crystalline polymers. • Thermosetting polymers do not melt but degrade above Tg

Crystalline (actually usually semicrystalline)

– Atomic bonds regular and repeated – Have a defined melting point Tm – Can contain some degree of amorphous polymer – Usually translucent to opaque

Crystalline vs. Amorphous viscosity

Specific volume

Controlling the Strength of Thermoplastics • Plastic deformation in thermoplastics is due to the rotation and sliding of chains over each other. • To increase the strength of a thermoplastic, we have to make it harder for the chains to move. • There are essentially three ways that we can control this: 1. Alter the length of the chains 2. Change the strength of the bonds within the chains 3. Change the strength of the bonds between the chains

Introduction to Viscoelasticity •All viscous liquids deform continuously under the influence of an applied stress – They exhibit viscous behavior. •Solids deform under an applied stress, but soon reach a position of equilibrium, in which further deformation ceases. If the stress is removed they recover their original shape – They exhibit elastic behavior. •Viscoelastic materials can exhibit both viscosity and elasticity, depending on the conditions.

Polymers display VISCOELASTIC properties

Viscous fluid

Viscoelastic fluid

Viscoelastic solid

Elastic solid

Introduction to Viscoelasticity The response of polymeric liquids, such as melts and solutions, to an imposed stress may under certain conditions resemble the behavior of a solid or a liquid, depending on the situation. Reiner used the biblical expression that “mountains flowed in front of God” to define the DEBORAH number

characteristic material time time scale of the deformation C De  tS

De 

Solid-like response:

De  

Liquid-like response:

De  0

Life Enjoy

" Life is not a problem to be solved but a reality to be experienced! "

Get in touch

Social

© Copyright 2013 - 2019 TIXPDF.COM - All rights reserved.