Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Vznik plastů – podmínky, typy reakcí Dělení a morfologie plastů Tel: 387 77 3057.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Vznik plastů – podmínky, typy reakcí Dělení a morfologie plastů Tel: 387 77 3057."— Transkript prezentace:

1 1 Vznik plastů – podmínky, typy reakcí Dělení a morfologie plastů Tel:

2 Obecné vlastnosti plastů  Chování plastů za vyšších teplot  Mechanické vlastnosti  Tepelné vlastnosti  Elektrické vlastnosti  Optické vlastnosti  Chemické vlastnosti  Stárnutí plastů  Korozní vlastnosti 2

3 Chování plastů za vyšších teplot – PŘECHODOVÉ TEPLOTY  T m – teplota tání, bod zvratu I.řádu. – (SEMI)KRYSTALICKÉ  T f – teplota viskózního toku - AMORFNÍ  Při T m nabudou tepelné vibrace krystalové mřížky takové intenzity, že se krystality začnou rozpadat – probíhá jejich tání – to je doprovázeno změnou fáze.  Samotná výše T m závisí na velikosti makromolekul (tedy molekulové hmotnosti), na velikosti mezimolekulárních sil.  U většiny krystalických polymerů je možné ztotožnit T m a T f.  Nad T m leží oblast zpracovatelnosti krystalických polymerů. 3 Průběh deformačních vlastností u amorfního plastu

4  T g – teplota skelného přechodu (teplota zeskelnění, bod zvratu II. řádu).  Pod ní se polymer nachází ve stavu sklovitém – je tvrdý, křehký, má vysoký modul pružnosti.  Nad ní je ve stavu kaučukovitém. I malá napětí způsobují deformace až o několik set %.  V přechodové oblasti se modul mění až o 3 řády, koeficient teplotní roztažnosti až o 100%.  Pod teplotou T g postačuje tepelná energie makromolekul pouze k jejich vibracím, polymer je tvrdý a křehký.  Při T g se uvolňuje rotační pohyb segmentů molekul a hmota nabývá kaučukovitého charakteru. 4 Chování plastů za vyšších teplot – PŘECHODOVÉ TEPLOTY

5  T g závisí na ohebnosti řetězce, na symetričnosti základních článků makromolekuly, na velikosti mezimolekulárních sil.  Objemné substituenty v řetězci porušují jeho symetrii a snižují ohebnost makromolekul, což se projeví zvýšením T g.  T g je možné ovlivnit přídavkem změkčovadel – sníží se mezimolekulární soudržnost a tím i T g. 5 Chování plastů za vyšších teplot – PŘECHODOVÉ TEPLOTY Průběh deformačních vlastností u semikrystalického plastu

6 Viskoelastické chování polymerů 6  Při aplikaci materiálů v praxi jsou důležité jeho deformační vlastnosti, které vyjadřují vztah mezi vnější silou a deformací materiálu.  Mezní případy 1) ideálně pružné těleso 2) ideálně viskózní kapalina

7 Ideálně pružné těleso - deformace se ustaví okamžitě a její velikost je přímo úměrná napětí a s časem se nemění -veškerá práce vynaložená na deformaci tělesa se v něm akumuluje jako potenciální energie a lze ji kvantitativně získat zpět po zrušení vnějšího napětí -k popisu deformačního chování stačí jediná materiálová konstanta – modul pružnosti E, který nezávisí ani na velikosti deformace, ani na době jejího trvání - při modelování se ideálně pružné těleso znázorňuje zavěšenou pružinou 7 Viskoelastické chování polymerů

8 Ideálně viskózní kapalina -vztah mezi smykovým napětím a deformací vyjadřuje Newtonův zákon -působením vnějšího napětí dochází k posuvu jednotlivých vrstev kapaliny – nastává tok -mezi napětím a deformací se rovnováha neustaví, deformace narůstá po celou dobu působení síly, deformovaný stav zůstává zachován -celková deformace závisí na velikosti napětí i na době jeho působení -veškerá práce vynaložená na deformaci se mění v kinetickou energii pohybujících se částic a nakonec v teplo -znázorňuje se válcem s netěsným pístem pohybujícím se v kapalině určité viskozity 8 Viskoelastické chování polymerů

9  Složitá struktura polymerů se projevuje i v jejich komplikovanějším deformačním chování.  Na vnější namáhání reagují tak, že deformace zahrnuje vždy současně složku elastickou i plastickou a navíc ještě deformaci zpožděně elastickou.  Celková deformace je tedy časově závislá a deformační chování je označováno jako viskoelastické.  Viskoelasticitu materiálu je možné znázornit Tucketovým modelem. 9 Viskoelastické chování polymerů

10 10 Viskoelastické chování polymerů Model se skládá ze 3 členů 1- pružina – představuje ideální elastickou neboli Hookovu pružnou deformaci ε1 2- Kelvinův model – vznikl paralelním zapojením pružiny a netěsného válce s pístem – reprezentuje elastickou deformaci ε 2 3- netěsný válec s pístem – představuje viskózní tok – trvalou deformaci ε 3 Celková deformace viskoelastického tělesa se rovná součtu deformací jednotlivých členů. Deformace 1 nastane okamžitě a je vratná. Deformace 2 je časově závislá a je vratná. Deformace 3 je časově závislá a je nevratná.

11 Se vyznačuje těmito znaky:  Deformace je funkcí nejen napětí, ale i času a je vratná jen zčásti.  Práce spotřebovaná k deformaci se v deformovaném tělese ukládá částečně jako potenciální energie a tuto část lze získat zpět, částečně se ztrácí ve formě tepla.  Poměr mezi napětím a deformací není materiálovou konstantou, ale je funkcí času, po který působí napětí (tato hodnota se nazývá časově závislý modul pružnosti). 11 Viskoelastické chování polymerů

12  Deformace tělesa je brzděna vnitřními odpory ve hmotě, a proto nemůže nastat okamžitě. Čím rychleji má deformace proběhnout, tím je brzdící účinek viskózních členů výraznější a tím větší napětí je nutno vynaložit na dosažení určité požadované deformace.  Ve skutečnosti probíhají procesy relaxace deformace pomaleji než odpovídá jednoduchému Tucketovu modelu – kombinace více „Kelvinových modelů“ – vzniká modelové spektrum – lze odhadnout chování polymerů při různých podmínkách vnějšího namáhání – např. vliv teploty nebo rozdílné rychlosti deformace. 12 Viskoelastické chování polymerů

13 Vliv teploty  Jestliže je teplota, při níž je polymer zatěžován mnohem nižší než jeho Tg, je viskozita ve válcích členů 2 a 3 tak vysoká, že se tyto členy při deformaci nemohou uplatnit a hmota vykazuje vlastnosti blížící se dokonale pružnému tělesu. Vliv rozdílné rychlosti deformace (rozdílná doba působení vnější síly)  Působí-li síla po velice krátkou dobu (např. namáhání rázem), kapalina ve válcích klade tak velký odpor posuvu pístu, že se tyto složky nemohou uplatnit a výsledná deformace odpovídá prakticky jen deformaci ideálně pružného členu.  Bude-li síla působit naopak po velmi dlouhou dobu, má zpožděný i viskózní člen dost času, aby se jeho deformace mohly plně rozvinout a při dlouhé době zatěžování pak obě tyto složky mohou převládnout. 13 Viskoelastické chování polymerů

14 Hustota Tepelné vlastnosti - teplotní rozsah použitelnosti - teplotní rozsah použitelnosti - teplotní roztažnost - teplotní roztažnost - tepelná vodivost - tepelná vodivost Elektrické vlastnosti Optické vlastnosti 14 Základní fyzikální vlastnosti

15  Je mnohonásobně menší než u kovů – vliv chemického složení (základem polymerních řetězců jsou prvky s nízkou atomovou hmotností – C, H, O, S, N).  Obecně závisí hustota kromě chemického složení také na nadmolekulární struktuře (s rostoucí krystalinitou roste hustota), ale i na druhu a množství přísad (plniva nebo lehčené polymery).  Nejtěžší - fluoroplasty 2100 až 2300 kg/ m 3 15 Hustota

16  Amorfní polymery jsou použitelné do T g  Krystalické do T m To jsou však teoretické hranice. Z praktických důvodů se teploty volí s ohledem k mechanickému namáhání a spolehlivé funkci součásti. amorfní: T g – (10 o C až 20 o C) amorfní: T g – (10 o C až 20 o C) semikrystalické: T m – (20 o C až 40 o C) semikrystalické: T m – (20 o C až 40 o C) 16 Teplotní rozsah použitelnosti

17  Určuje součinitel délkové teplotní roztažnosti α, je to relativní zvětšení délky tělesa vztažené na 1K (10 -6 /K)  Závisí na druhu polymeru, jeho struktuře, složení, uvažované teplotní oblasti.  Obecně je zvětšování objemu hmoty při zvyšování teploty podmíněno zeslabováním mezimolekulárních sil a zvětšováním pohyblivosti makromolekul.  Obecně je α tím menší, čím je stupeň krystalinity větší.  Nejmenší α mají reaktoplasty. 17 Teplotní roztažnost

18  Určuje součinitel tepelné vodivosti λ (W/m.K).  Závisí na schopnosti látky přenášet tepelný pohyb z jedné částice na druhou. Tato schopnost souvisí s velikostí sil, kterými jsou částice hmoty navzájem poutány.  U polymerů je tepelná vodivost malá – 100 krát menší než vykazuje ocel. 100 krát menší než vykazuje ocel. Špatná tepelná vodivost způsobuje problémy při zpracování materiálu – dlouhá doba ohřevu a ochlazování. Špatná tepelná vodivost způsobuje problémy při zpracování materiálu – dlouhá doba ohřevu a ochlazování. 18 Tepelná vodivost

19   Polymery jsou dobré elektrické izolanty.   Vodivost lze ovlivnit vodivými přísadami.   V důsledku vysokého izolačního odporu se snadno nabíjejí statickou elektřinou.  Měrný vnitřní odpor (  cm) charakterizuje izolační odpor proti průchodu elektrického proudu procházejícímu celým průřezem zkušebního tělíska. Odpor rPE = 10 18, PB = 10 19, PS =  cm. Izolační odpor se zhorší některými vodivými přísadami (grafit), nebo u navlhavých plastů obsahem vody.  Vodivé polymery vodivé polymery v sobě spojují elektrické chování typické pro polovodiče s materiálovými vlastnostmi umožňujícími jednoduché zpracování. Mohou měnit svou strukturu, a v závislosti na odezvě okolního prostředí i své fyzikální vlastnosti. 19 Elektrické vlastnosti

20  Polymery jsou bezbarvé nebo čiré, pokud neobsahují pigmenty barviva nebo plniva.  Amorfní – čiré.  Semikrystalické více či méně mléčně zakalené (představují heterogenní systém, krystalické oblasti mají n = 1,52 -1,58, amorfní n = 1,49), intenzita zakalení závisí na stupni krystalinity.  Index lomu při 20 o C je v intervalu 1,4 –1,6 a málo závisí na vlnové délce.  Bezbarvé polymery se dají barvit organickými barvivy nebo pigmenty, většinou se nebarví již hotové výrobky. 20 Optické vlastnosti

21 Závisí na: 1)Chemickém složení výchozích látek (PE, PTFE). 2)Struktuře makromolekuly a její relativní molekulové hmotnosti. 3)Druhu a množství přísad ve výrobku. 4)Rozměru a tvaru výrobku. 5)Množství kyslíku potřebného k hoření. 6)Velikosti spalného tepla a tepelné vodivosti polymeru. 21 Hořlavost polymerů

22 Hořlavost polymerů lze ovlivnit: 1)Přídavkem aditivních retardérů hoření (skleněná vlákna). 2)Včleněním reaktivních retardérů hoření do makromolekulárního řetězce (halogensloučeniny – F, Cl, Br, N, Si, MgO, Al 2 O 3 ). 3)Ochrannými pěnivými nástřiky Nehořlavější: PE, PP, PMMA 22 Hořlavost polymerů

23 Navlhavost a nasákavost  Nasákavost a navlhavost je měřítkem odolnosti polymeru proti vodě, jako fyzikálně aktivnímu prostředí.  NAVLHAVOST – sorpce vody polymerem z vlhkosti ovzduší  NASÁKAVOST – sorpce vody polymerem z vody  Polární polymery mají velkou sorpci vody (PA, PU…), nepolární polymery vykazují sorpcí vody velmi nízkou  Anorganická plniva (skleněná vlákna, kaolin, křemičitá moučka) ve většině případů N+N snižují, naopak organická plniva (celulóza) ji zvyšují. Sorpce vody probíhá až do dosažení určitého rovnovážného stavu.  Sorpcí vody se rozměry plastové součásti zvětšují zhruba o objem absorbované vody, ubýváním vody se rozměry opět zmenšují. Obsah vody ovlivňuje též mechanické vlastnosti.  Sorpcí vody se snižuje pevnost, modul pružnosti, tvrdost a elektroizolační vlastnosti. Zvyšuje tažnost a houževnatost. 23

24 Chemické vlastnosti, stárnutí, koroze CHEMICKÁ ODOLNOST  Výrobky a dílce se většinou nevyskytují v inertním prostředí, ale působí na ně celá řada vnějších vlivů.  Studium působení chemických sloučenin na plasty Prostředí působící na polymery:  Fyzikálně aktivní  Chemický aktivní 24

25 Fyzikálně aktivní prostředí  Nedochází k chemickým reakcím mezi prostředím a polymerem.  Dochází k navlhavosti a nasákavosti polymeru - bobtnání až rozpouštění polymeru  Na bobtnání a rozpouštění mají vliv mezimolekulární síly. Ty působí jek mezi molekulami rozpouštědla, tak mezi molekulami makromolekulární látky. Při rozpouštění pak mezi molekulami obou látek navzájem.  Soudržnost molekul jedné i druhé látky bobtnání a rozpouštění zpomaluje.  Interakce molekul jedné i druhé látky bobtnání a rozpouštění podporuje. 25

26  Odolnost polymeru proti bobtnání a rozpouštění, nebo naopak možnost převést polymer do roztoku, lze přibližně určit z velikosti soudržnosti molekul polymeru a molekul rozpouštědla a z jejich polarity.  O odolnosti polymeru proti působení fyzikálně aktivního prostředí rovněž rozhoduje struktura polymeru. Čím vyšší stupeň krystalinity, tím je polymer odolnější.  Odolnost polymerů roste s rostoucí molekulovou hmotností makromolekul.  Další důležitý činitel = teplota. Se stoupající teplotou se se obecně zvyšuje účinek prostředí na polymer.  POLARITA polymeru a rozpouštědla – obecně platí: nepolární polymery se rozpouštějí v nepolárních rozpouštědlech a polární v polárních.  Polární a nepolární látky nejsou mísitelné 26 Fyzikálně aktivní prostředí

27 Chemicky aktivní prostředí  Chemicky aktivní prostředí reaguje s polymerem a způsobuje nevratné změny jeho vlastností.  Makromolekulární látky se při srovnání chemické reaktivity (odolnosti) chovají obdobně jako organické sloučeniny nízkomolekulární.  Nízkomolekulární alkany jsou ve srovnání s jinými sloučeninami celkem netečné k chemickým reakcím. Zcela analogicky se chovají obdobné sloučeniny vysokomolekulární - polyethylen, polypropylen, polyisobutylen.  Substituent v polyethylenovém řetězci způsobuje snížení odolnosti - polyvinylacetát, polyvinylakrylát, polyvinylalkohol. 27

28  Výjimkou jsou sloučeniny, kde je vodík nahrazen zcela nebo částečně fluorem nebo chlorem, tyto látky jsou momořádně odolné proti působení chemikálií - polytetrafluorethylen, polytrifluorchlorethylen, polyvinylchlorid.  Přítomnost dvojných vazeb v řetězci značně snižuje odolnost, zejména proti oxidaci - kaučuky, nízkozesíťované pryže.  Nahrazení uhlíkatých vazeb, jako u sloučenin odvozených od polyethylenu, jiným neuhlíkatým článkem, převážně kyslíkem a dusíkem způsobuje podstatné snížení odolnosti. K rozštěpení makromolekuly dochází v tomto nejslabším místě makromolekuly. Tyto sloučeniny, polyamidy, polyuretany, nízkomolekulární estery, podléhají snadno zejména hydrolýze kyselinami, zásadami ale i vodou. 28 Chemicky aktivní prostředí

29 Koroze   KOROZE – znehodnocení materiálu chemickým nebo fyzikálně chemickým působením prostředí   Jestliže jsou plasty vystaveny mechanickému napětí nebo vnitřnímu pnutí, za současného působení určitých kapalin nebo par, objevuje se u nich tzv. koroze za napětí.   Projevuje se vytvářením povrchových trhlin, které se postupně šíří a prohlubují, výrazně zhoršují mechanické vlastnosti výrobku, až nakonec vedou k lomu nebo přetržení.   Koroze za napětí se vyskytuje především u termoplastů, u reaktoplastů je v důsledku zesíťování značně omezena.   Při krátkodobém působení koroze za napětí se projevují velké rozdíly v odolnosti jednotlivých typů plastů. Např. PA, PP, PC, ABS jsou mnohem odolnější jako PS, PMMA, PE, ale při dlouhodobém působení několika měsíců se rozdíly zmenšují a koroze se projevuje u většiny plastů. 29

30 Stárnutí  Stárnutí plastů jsou nevratné změny struktury a následně vlastností vlivem, světla, UV záření, ovzduší, ozónu a tepla. Většinou působí několik činitelů současně, ale podle toho který z činitelů v příčině stárnutí převažuje hovoříme o stárnutí tepelném a tepelně-oxidačním, stárnutí vlivem povětrnosti a stárnutí vlivem záření.  Tepelné a tepelně oxidační  Vlivem povětrnostních podmínek 30

31 Tepelné a tepelně oxidační  Dlouhodobé působení teplot rozrušuje makromolekulární řetězce a důsledkem je křehnutí plastu. Pouze tepelné stárnutí probíhá v inertní atmosféře, nebo např. v olejové lázni.  Jestliže je plast kromě vyšší teploty vystaven také působení kyslíku probíhá stárnutí tepelně- oxidační. Zde je příčinou rozrušování řetězců makromolekul také kyslík. U plastů náchylných k hydrolýze (PA) urychluje stárnutí přítomnost vody. Odolnost plastů se zlepšuje tepelně stabilizačními a antioxidačními přísadami. 31

32 Vlivem povětrnostních podmínek  Povětrnostní stárnutí je současné a střídavé působení vzdušného kyslíku, slunečního záření, vlhka a sucha na plastové výrobky, tak jak je dáno počasím na atmosférické stanici.  Určujeme-li výrobek k používání v tropech nebo na Sibiři nebo ve vysokohorských polohách, musíme odzkoušet stárnutí na atmosfrérických stanicích s odpovídajícím klimatem.  Souhrn povětrnostních vlivů má za následek opět rozrušování makromolekul, a tím křehnutí, vznik trhlin, žloutnutí, ztrátu lesku a barev.  Zkoušky stárnutí na atmosférických stanicích jsou dlouhodobé, trvají i roky a proto se provádí i urychlené umělé stárnutí ve speciálních komorách napodobujících všechny vlivy povětrnosti se zvýšenou intenzitou. 32

33 Tečení a relaxace  Deformační změny polymeru nejsou dány jen teplotou, ale i velikostí a dobou působení mechanického namáhání.  Viskoelastická deformace současně s plastickou deformací se proto může v malé míře projevovat, zejména u termoplastů v kaučukovitém stavu polymeru a nepatrně i ve sklovitém stavu polymeru. Tyto deformace jsou příčinou tečení (krípu) a relaxace napětí v polymeru.  Tečení (kríp) je vratná a nevratná deformace narůstající s časem, vyvolaná dlouhodobým konstantním mechanickým namáháním. Je větší u semikrystalických termoplastů, neboť ty se používají převážně nad teplotou T g, a malá u amorfních termoplastů, neboť ty lze používat jen pod teplotou T g. 33

34 Tečení a relaxace  O příklady krípu se jedná u závěsů, potrubí, ale také lopatek ventilátorů vlivem dostředivých sil.  Relaxace napětí je pokles napětí v konstantně deformovaném předpjatém tělese z termoplastu v závislosti na čase.  Ze stejných důvodů jako u krípu je relaxace malá u amorfních termoplastů a větší u semikrystalických termoplastů. U reaktoplastů se kríp a relaxace projevují jen v nepatrné míře.  Oblast nejčastějšího funkčního použití reaktoplastů a amorfních termoplastů je ve stavu sklovitém, elastomerů a amorfních termoplastů ve stavu kaučukovitém.  O příklady relaxace se jedná u šroubů, nýtů, nalisovaných spojů (nasunutých trubiček, krytek lahviček). 34

35 Mechanické vlastnosti   Mechanické vlastnosti plastů při krátkodobém namáhání.   Zjišťují se tahovou trhací zkouškou, čas namáhání je obvykle kratší než 1 min.   Závislost napětí v tahu R na měrném prodloužení  pro plasty je na grafu. 35

36 Mechanické vlastnosti Mechanické vlastnosti při cyklickém namáhání:  Při cyklickém dynamickém namáhání součástí z plastů dochází stejně jako u kovů k únavě materiálu.  Opakovaným tahovým, ohybovým nebo smykovým napětím, nebo prolamováním vznikají v místech porušení struktury materiálu trhlinky, které se postupně spojují ve větší únavové trhliny.  Zkoušky únavy se podle druhu namáhání konkrétního dílce provádějí různým způsobem, tahem, tlakem, ohybem nebo smykem a to buď střídavým souměrným napětím nebo sinusově pulsujícím.  Cyklické namáhání může být souměrně střídavé, nebo sinusově pulsující. 36

37  Schopnost tlumení kmitů a rázů: Plasty mají dobrou schopnost pohlcovat kmitavou nebo rázovou energii a přeměňovat ji v teplo. Míru tlumení udává tzv.mechanický ztrátový činitel.  Rázová a vrubová houževnatost Měřítkem je náchylnosti materiálu k lomu při rázovém namáhání. Je vyjádřena množstvím práce (energie) spotřebované na přeražení normalizované zkušební tyčinky. Ve sklovitém stavu plastů je rázová houževnatost nízká, v oblasti skelného přechodu T g prudce stoupne. 37 Mechanické vlastnosti

38 Mechanické vlastnosti povrchu, tvrdost, tření, opotřebení.  Tvrdost, se měří různými způsoby, protože je velký rozdíl mezi tvrdými reaktoplasty a měkkými elastomery. Nejčastěji se u tvrdých plastů měří stupně Brinella, u středně tvrdých Shore D u měkkých plastů a elastomerů Shore A. Výsledky nelze navzájem přepočítávat.  Tření a opotřebení. Nejvýhodnější kluzné vlastnosti mají vzhledem ke své struktuře některé semikrystalické termoplasty, zejména PA, POM, PTFE, PBTP. 38

39 Použitá literatura    erialy/vip/VIP%20PLASTY.pdf erialy/vip/VIP%20PLASTY.pdf erialy/vip/VIP%20PLASTY.pdf TZK a MTDIII39

40 TZK a MTDIII40 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "1 Vznik plastů – podmínky, typy reakcí Dělení a morfologie plastů Tel: 387 77 3057."

Podobné prezentace


Reklamy Google