PLASTY

Komentáře

Transkript

PLASTY
PLASTY
Podstata plastů [1]
 Materiály, jejichž podstatnou část tvoří organické makromolekulami látky
(polymery). Kromě látek polymerní povahy obsahují plasty ještě přísady
(aditiva) jejichž účelem je specifická úprava vlastností.
 Polymery jsou chemické látky, které vykazují díky svým obrovským
molekulám neobvykle širokou škálu vlastností. Polymery se dělí na
elastomery a plasty.
 Rozdělení plastů: termoplasty a reaktoplasty.
Polymery
Plasty
Termoplasty
Elastomery
Reaktoplasty
 Elastomer je vysoce elastický polymer, který lze za běžných podmínek
malou silou značně deformovat bez porušení. Tato deformace je
převážně vratná. Dominantní skupinou elastomerů jsou kaučuky, z nichž
se vyrábí pryže (nespisovně guma).
 Termoplasty lze opakovaně ohřevem převést do stavu taveniny nebo
viskozního toku a ochlazením nechat ztuhnout při teplotách, které jsou
charakteristické pro daný typ termoplastu. Základ recyklačních
technologií termoplastů.
 Reaktoplasty procházejí při zpracovatelském procesu chemickou reakcí
a účinkem tepla, záření nebo síťovacích činidel vytvářejí husté,
prostorově sesíťované struktury, v nichž jsou původní molekuly vzájemně
pospojovány kovalentními vazbami. Tento proces se nazývá vytvrzování.
Reaktoplast
je
ve
vytvrzeném
stavu
netavitelný
a nerozpustný. Recyklace reaktoplastů je proto obtížnější než
u termoplastů a vyžaduje jiné postupy.
Jiné dělení polymerů vychází ze způsobu jejich vzniku [2] :
 Polymery přírodní (bílkoviny, škrob, celulóza, kaučuk a látky syntetické, ale
přírodním polymerům podobné (celuloid, vulkánfíbr, viskóza, umělé
hedvábí, umělá rohovina apod.).
 Polymery syntetické (polyetylén, polyvinylchlorid, atd.)
Struktura polymeru



krystalická
– vysoce uspořádaná struktura
amorfní
– prakticky neuspořádaná
struktura
semikrystalická
– částečně uspořádaná struktura
(amorfní a krystalická)
3 / 56
Tvar makromolekul [1]
 Tvar makromolekul je dán funkčností monomerů, která rozhoduje o
možnosti vzniku makromolekul lineárních nebo zesíťovaných.
Rovněž reakční podmínky (teplota, tlak) mají vliv na to, zda při
polymeraci vznikne polymer lineární nebo rozvětvený (např. u PE).
 Lineární a mírně rozvětvené polymery jsou rozpustné v některých
rozpouštědlech, zesíťované polymery jsou nerozpustné, pouze
bobtnají.
 Makromolekulární sítě vznikají např. síťováním, tj. spojováním
lineárních nebo mírně rozvětvených makromolekul.
 Síťováním kaučuků (vulkanizací) vzniká pryž.
 Síťování lineárních nebo rozvětvených makromolekul reaktivní
pryskyřice se nazývá vytvrzování. Vznikají nerozpustné
a netavitelné produkty s různým uspořádáním prostorové sítě, které
se nazývají reaktoplasty.
(a) Lineární
(b) Rozvětvené
(c) Polymery se zkříženými články
(d) Síťované polymery
Zdroj:[2]
Fázové stavy polymerních materiálů [1]
 Vysoká molekulová hmotnost polymerů způsobuje, že jejich bod
varu je ve všech případech vyšší, než je teplota jejich rozkladu
(degradace). Z tohoto důvodu u polymerů neexistuje plynný stav.
 Polymery se mohou nacházet pouze v kapalném nebo tuhém
stavu.
 Podle uspořádání makromolekulárních řetězců v tuhém stavu
rozlišujeme vysoce uspořádaný stav – krystalický a téměř
neuspořádaný stav – amorfní (sklovitý).
 Na rozdíl od nízkomolekulárních látek je pro polymery
charakteristický ještě přechodový stav mezi stavem sklovitým a
kapalným, tzv. stav kaučukovitý. Polymer lze v tomto stavu malou
silou deformovat až o stovky % „téměř“ vratně.
 Je patrné, že polymery mohou existovat ve čtyřech fázových
stavech, a to krystalickém a 3 amorfních (sklovitém, kaučukovitém,
plastickém).
Fázové stavy
 sklovitý (sklo, tuhý)
 kaučukovitý (kaučuk)
 plastický (kapalina, kapalný)
krystalický polymer
Tm
krystaly
amorfní polymer
kapalina
Tm
Tg
sklo
semikrystalický polymer
krystaly
kaučuk
Tg
kapalina
Tm
kaučuk
kapalina
Lineární polymery (termoplasty)
Název a zkratka
struktura
Tg
[°C]
Tm
[°C]
Polyethylen (PE) lineární
krystalická (silně)
-122
137
rozvětvený
krystalická (středně)
-122
110
Polypropylen (PP) izotaktický
krystalická
-24
176
Polystyren (PS)
amorfní
90
-
Polyvinylchlorid (PVC)
amorfní
75
-
Polytetrafluorethylen (PTFE)
amorfní
-97
330
Polymethylmethakrylát (PMMA)
amorfní
105
-
Polyoxymethylen (POM)
krystalická
-40
181
Polyamid 6 (PA6)
krystalická
45
225
Polyamid 66 (PA66)
krystalická
65
265
Polyfenylenether (PPE)
krystalická (málo)
210
268
Polyetheretherketon (PEEK)
krystalická
154
334
Polyethylentereftalát (PETP)
krystalická (středně)
70
267
Polykarbonát (PC)
amorfní
144
-
Polyfenylensulfid (PPS)
krystalická
185
285
Polyethersulfon (PES)
amorfní
230
-
Chování polymerů za zvýšené teploty a působení vnější síly[1]
 Tvar makromolekuly vliv na vlastnosti polymerního materiálu - zvýšená
teplota a současné působení vnější síly. Odlišné chování termoplastu,
elastomeru a reaktoplastu.
 Pro termoplasty - tvořeny lineárními nebo mírně rozvětvenými
polymerními řetězci, které jsou u semikrystalických polymerů „zpevněny“
oblastmi, kde jsou makromolekuly vysoce uspořádány. Jestliže teplota
překročí Tm, potom dochází v polymeru k plastickému nevratnému toku a
výrobek se zbortí.
Chování semikrystalického termoplastu při teplotě vyšší než Tf, který obsahuje lineární a
mírně rozvětvené makromolekuly (zveřejněno se svolením nakladatelství Scientia, Praha)
 Elastomer (kaučuku), příčné vazby byly připraveny vulkanizací (obr.). U
toho polymeru nedochází k plastickému toku, neboť polymerní řetězce jsou
vzájemně fixovány příčnými vazbami.
 Po přiložení vnější síly dochází k deformaci elastomeru až o stovky % díky
konformačním změnám ve struktuře makromolekul. Deformace je vratná
a vzorek se po oddálení síly vrátí do původního stavu.
Elastomer, který obsahuje mírně zesíťované řetězce a vlivem vnější síly dochází k jeho
deformaci, která je vratná (zveřejněno se svolením nakladatelství Scientia, Praha)
 U reaktoplastů (termosetů) - velmi hustá trojrozměrná síť chemických
vazeb. Díky nim jejich vlastnosti nejsou teplotně závislé.
 Na rozdíl od elastomerů, které vykazují významné elastické vlastnosti,
jsou reaktoplasty díky rigidní trojrozměrné struktuře křehké.
Reaktoplast (termoset, pryskyřice) je tvořen trojrozměrnou sítí a proto při působení vnější síly
dochází k jeho destrukci (zveřejněno se svolením nakladatelství Scientia, Praha)
Identifikace termoplastů bez použití
analytických přístrojů
 Využívá se charakteristických vlastností polymerů – hustota,
chování v plameni, houževnatost.
 Flotační metoda – využívá rozdílné hustoty plastů, je použitelná i v
průmyslovém měřítku k třídění plastových odpadů.
 Chování v plameni
Stanovení hořlavosti
 Metoda je založena na stanovení délky
zkušebního tělesa a doby jeho hoření (60s).
zuhelnatělé
části
 Za 60 s od začátku působení plamene se kahan zhasne – měří se
doba hoření zkušebního tělesa.
•
•
•
•
•
•
pozoruje se, jak snadno se vzorek zapaluje,
zda po vyjmutí z plamene hoří i nadále, nebo zda nehoří vůbec,
jaký zabarvení má okraj a jádro plamene,
posuzuje se zápach dýmu po uhašení plamene,
charakter příškvarku vzorku,
popřípadě chování taveniny.
Flotační zkouška
• Jedna z metod pro stanovení hustoty nelehčených plastů
• Podstatou je vzájemným mísením imerzních kapalin odlišných hustot (větší
a menší než je hustota vzorku) zjistit okamžik, kdy měřený vzorek začne v
kapalině flotovat bez pohybu nahoru nebo dolů po dobu nejméně jedné
minuty.
• Jako vzorky – opracované výrobky, prášky a granule nejsou vhodné
Metoda „FLOAT SINK“
• Pro vlastní měření se použije kádinka naplněná zkušebním roztokem
vytemperovaným na teplotu měření (20°C), která ovlivňuje měrnou hmotnost
zkušebních roztoků. Ze vzorku plastu se připraví vzorky 10x10 mm, které se
vhodí do válce s roztokem.
•
Pro identifikaci plastů float-sink testem použijeme 3 zkušební roztoky:
2. Voda
3. Ethylalkohol o hustotě ρ = 0,93 g/cm3
4. Roztok NaCl o hustotě ρ = 1,20 g/cm3
Směs plastů / neurčený plast
(PP,HDPE,PS,PVC)
Plave – PP,LDPE
Ethylalkohol, ρ=0,93
Pitná voda, ρ=1
Klesne – PS,PVC
NaCl, ρ=1,20
Klesne - PVC
Klesne - HDPE
Plave - PP
Plave - PS
Specifické hmotnosti běžných plastů (g/cm3)
Typ plastu
PP - polypropylen
LDPE - polyethylen nízkohustotní
HDPE - polyethylen vysokohustotní
ABS - akrylonitril butadien styren
PS - polystyren (pevný)
PMMA - polymethylmetakrylát
PC - polykarbonát
PVC - polyvinylchlorid
PET - polethylen tereftalát
0,90 - 0,93
0,93 - 0,95
0,95 - 0,98
1,03 - 1,05
1,05 -1,08
1,17 - 1,22
1,20 - 1,24
1,30 - 1,45
1,34 - 1,40
Mechanické vlastnosti polymerů
 Mechanické vlastnosti polymerů
……. jsou velmi rozdílné a silně závislé na teplotě.
Zdroj:[2]
Tahová křivka pro PA66 v závislosti na
teplotě (v=1mm/min.)
….a také na jsou silně závislé na rychlosti deformace
Deformační křivka v závislosti na rychlosti
deformace
Mechanické vlastnosti
•
v praxi jsou skutečné vlastnosti ovlivněny
– tvarem výrobku
– stavem materiálu po zpracování
• orientace makromolekul
• vnitřní pnutí
• krystalizace
• stupeň vytvrzení
Mechanické vlastnosti při krátkodobém namáhání
 zjišťují se trhací zkouškou
– výsledkem zkoušky je závislost napětí na deformaci,
z této závislosti lze zjistit
• mez kluzu a pevnosti
• tažnost
• modul pružnosti v tahu
• celkové chování materiálu při deformaci
z těchto hodnot můžeme odvodit
 dovolené namáhání v tahu
 dovolené namáhání ve smyku
Mez kluzu a pevnosti
•
mez kluzu v tahu σe
–
•
mez pevnosti v tahu σp
–
•
homogenní, houževnaté, semikrystalické plasty
plněné, křehké, amorfní plasty a reaktoplasty
pevnost v tlaku σd
–
–
pro houževnaté materiály rovna pevnosti v tahu
pro křehké materiály je o 30% až 60% vyšší než pevnost
v tahu
Mez kluzu a pevnosti
 hodnoty σe a σp se snižují s rostoucí teplotou a při dlouhodobém
zatížení
 orientací struktury při zpracování dochází obecně ke zvýšení
pevnosti ve směru orientace a snížení ve směru příčném
 Čím je stupeň orientace makromolekulární struktury vyšší, tím
jsou vyšší i rozdíly v pevnostech podél směru orientace a
napříč.
Závislost napětí na měrném prodloužení
1 tvrdé plasty bez meze kluzu
σ Dt =
σp
kp
kp = 1,25
2 měkké plasty bez meze kluzu
– dovolené napětí je takové
napětí, při kterém vzniká
trvalá deformace 1%
3 plasty s výraznou mezí kluzu
σ Dt
σk
=
kk
kk = 2,5
Závislost meze pevnosti na teplotě
1. HDPE
2. LDPE
3. PP
4. PS
5. hPS
6. SAN
7. ASA
8. ETFE
9. ETFE + 25%SV
Modul pružnosti E
 je mírou tuhosti materiálu
 se vzrůstající teplotou klesá
 mění se v závislosti na
• době zatěžování
• teplotě
• vlhkosti vzduchu
 v praxi se používá
 konstrukční modul pružnosti
 Ek je funkcí
• teploty
• doby zatěžování
• velikosti napětí
Definice modulu pružnosti u plastů
Poissonovo číslo
 pohybuje se mezi 0,3 – 0,5
 se vzrůstající teplotou vzrůstá
Rázová houževnatost aCU
 Je kinetická energie kyvadlového rázového kladiva, spotřebovaná
na přeražení zkušebního tělesa bez vrubu, vztažená na původní plochu jeho
příčného průřezu.
 je měřítkem náchylnosti materiálu k lomu při rázovém namáhání
 pod teplotou Tg je nízká, nad teplotou Tg prudce vzroste
acU
Ec
=
x103
h⋅ b
Ec – korigovaná energie [J] spotřebovaná při
přeražení zkušebního tělesa
h – tloušťka zkušebního tělesa [mm]
bN – šířka zkušebního tělesa[mm]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
PP
PMMA
hPS
POM
PA + 30%SV
PC + 30%SV
UP pryskyřice + skleněná rohož
Vrubová houževnatost acN
 je měřítkem houževnatosti materiálu a také citlivosti k vrubům
a koncentraci napětí
 pod teplotou Tg je nízká a při vyšší teplotě prudce vzroste
acN
Ec
=
x103
h ⋅ bN
Ec – korigovaná energie [J] spotřebovaná při
přeražení zkušebního tělesa
h – tloušťka zkušebního tělesa [mm]
bN – šířka zkušebního tělesa pod vrubem [mm]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
PP
PA6 normálně vlhký
PA6 suchý
PA66 normálně vlhký
PA66 suchý
POM
PTFE
ČSN EN ISO 179-1
1 – směr rázu
Rozměry zkušebního tělesa
Rázová a vrubová houževnatost
rázová houževnato st
vrubová houževnatost
 určuje vrubovou citlivost materiálu
 čím je tento poměr větší, tím je materiál citlivější na vruby a na
koncentraci napětí
 Zkoušky poskytují určité informace o chování plastů při nárazu.
 Výsledky stanovení závisí na druhu plastu, jeho složení, teplotě,
zkušební metodě, podmínkách provedení zkoušky, tvaru zkušebního
tělesa.
 Houževnatost lze ovlivnit volbou aditiv.
Mechanické vlastnosti při dlouhodobém
konstantním namáhání
 jedná se o závislost tří veličin
– napětí
– deformace
– čas
 předpokládá se neměnná teplota
 vzájemný vztah těchto veličin se zjišťuje pomocí dvou zkoušek
– creepové zkoušky tahem (tečení) ČSN 640621
– relaxační zkoušky
Zkoušení s fluorescenčním UV zářením
a kondenzací vody ČSN 77 0344
 Použití metody je určeno k modelování poškození způsobeného
vodou ve formě deště nebo rosy a energií ultrafialového záření ve
slunečním záření. Metoda není určena k modelování poškození
způsobenému místními povětrnostními vlivy jako je znečištění
atmosféry, biologické napadení a vystavení slané vodě.
 Zkušební zařízení viz obrázek, konstruované z antikorozních
materiálu, zahrnuje osm zářivek, vyhřívanou lázeň, zkušební vzorky
a podmínky pro kontrolování a zaznamenání času a teploty.
 4 hodiny UV - záření při 60°C,
 4 hodiny kondenzace při 50°C.
Základní pevnostní vlastnosti některých termoplastů
Název
Modul pružnosti v tahu
[MPa]
Mez pevnosti [MPa]
Polyethylen – PE
200 – 1400
8 - 35
Polypropylen – PP
1100 – 1300
21 – 37
Polyvinylchlorid - PVC
2400 – 4200
40 - 60
Polyamid 6– PA6
1200 – 1400
70 -85
LITERATURA
[1] Kratochvíl B., Švorčík V., Vojtěch D. Úvod do studia materiálů.
1. vydání. ISBN 80-7080-568-4. 2005.
[2] www.ped.muni.cz/wphy/FyzVla/FMkomplet3.htm
[3] Macek K., Zuna P.: Strojírenské materiály. ČVUT 2003.
[4] Technik – technologie, materiály, inovace, trhy. 1/2. Leden, únor
2005.

Podobné dokumenty

Termoplasty

Termoplasty viskozního toku a ochlazením nechat ztuhnout při teplotách, které jsou charakteristické pro daný typ termoplastu. Základ recyklačních technologií termoplastů.

Více

PLASTICITA I

PLASTICITA I σkA N2 = V sinα − H cosα = σ k A 2 sinα cosα V H = 2 cosα + cotgα σkA σk A

Více

2. KAPITOLA METROLOGIE A ZKUŠEBNICTVÍ Český metrologický

2. KAPITOLA METROLOGIE A ZKUŠEBNICTVÍ Český metrologický m1 … hmotnost kapaliny potřebné k naplnění prázdného pyknometru [g] m2 … hmotnost kapaliny potřebné k naplnění pyknometru se zkušebním vzorkem [g] [g]

Více

Řezná keramika

Řezná keramika  Všechny druhy řezné keramiky mohou být vyztuženy pomocí tenkých vláken submikronového průměru – whiskerů (např. SiC), které značně zvyšují řezné vlastnosti.  Řezná keramika je charakterizována ...

Více

Kompozitní materiály

Kompozitní materiály Vlákna z PP délky 18 až 50 mm Objemové množství 0,1 až 0,5 % Výrobce ARMPRO, Ontario, Kanada Abraze se sníží o 10 % Pevnost v tahu vzroste z 3,1 na 3,4 MPa Pevnost v tlaku vzroste z 22 na 24 MPa Ji...

Více

TZN - Katedra strojírenské technologie

TZN - Katedra strojírenské technologie útvarů (sférolitů) v průřezu výstřiku (na jeho povrchu a v jádře) a také výsledný obsah krystalické fáze (stupeň krystalinity). Výsledný stupeň krystalinity, jakož i heterogenita velikosti sférolit...

Více

Zobrazit článek ve formátu PDF

Zobrazit článek ve formátu PDF Tato norma nahrazuje dříve platnou normu ČSN 66 8510. Podstatou je zjistit pevnost spoje ve smyku. Mezi adherendy vzniká smykové napětí, které vyvolá tahová síla zkušebního stroje. Výsledkem měření...

Více

Zobrazit celý článek - Trendy ve vzdělávání

Zobrazit celý článek - Trendy ve vzdělávání Algoritmus čeká na zaslání libovolného znaku z PC. Po obdržení tohoto znaku, který slouží jako příkaz k zahájení snímání, pošle z portu C.0 startovací impuls do snímače pro sejmutí řádku. Zároveň s...

Více

Katalog černá ocel

Katalog černá ocel tvarovky dle ASME B16.9 na síly stěn (schedule) STD - standard a XS - extra strong. Ostatní síly stěn nabízíme na poptávku. Dále na poptávku nabízíme výrobky v mat. WPL6; WP5C; WP11C, WPHY; případn...

Více

Zatížení letounu - Ústav letadlové techniky

Zatížení letounu - Ústav letadlové techniky Materiály užívané v primární a sekundární letadlové konstrukci

Více