Zpracovatelské vlastnosti kaučuků Střední odborná škola Otrokovice Zpracovatelské vlastnosti kaučuků Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-GT/1-PV-4/2 Název DUM Zpracovatelské vlastnosti kaučuků Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Gumárenská technologie Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího, náplň: zpracovatelské vlastnosti kaučuků a plastů Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Kaučuk, Hustota, Mechanické vlastnosti, Elasticita, Tažnost, Izolační vlastnosti, Chemická odolnost, Teplotní odolnost, Energetická náročnost Datum 13. 10. 2012

Zpracovatelské vlastnosti kaučuků Náplň výuky: Termodynamické vlastnosti Teplota skelného přechodu Tepelná vodivost Chlazení a ohřev Tepelná odolnost Zpracovatelnost Plasticita Energetická náročnost

Makromolekulární látky Plasty a pryže řadíme mezi organické makromolekulární látky. Vlastnosti plastů a pryží se v mnohém směru liší od vlastností klasických materiálů. Předpokladem vhodného upotřebení polymerních materiálů je především využití těch vlastností, které jiné materiály nemají anebo jich jen obtížně dosahují. Obr. 1: Makromolekulární látka

Termodynamické vlastnosti V určité oblasti teplot se fyzikální vlastnosti polymerů mění skokově. Takové oblasti jsou nazývány přechodové. Existují přechodové teploty: Tg – teplota zeskelnění nebo teplota skelného přechodu, Tf – teplota viskózního toku (pro amorfní plasty) nebo Tm – teplota tání (pro semikrystalické plasty). Obr. 2: závislost log σ na teplotě

Termodynamické vlastnosti polymer Tg [°C] Silikonový Kaučuk -120 HDPE butadien -100 LDPE -80 NR. IIR -75 PP -10 PA 55 PET 70 PVC 80 PS 90 epoxidy 160 Teplotu zeskelnění Tg je možno ovlivnit např. přídavkem změkčovadel, které sníží mezimolekulární soudružnost a tím i Tg. Nad teplotou skelného přechodu jsou polymery plastické, pod ní tvrdé. Nejnižší hodnotu teploty zeskelnění vykazují kaučuky (malé mezimolekulární síly a značně ohebné řetězce) a semikrystalické polymery (např. PE) Amorfní termoplasty mají hodnotu teploty zeskelnění výrazně nad teplotou okolí. Nejvyšší teplotu skelného přechodu mají epoxidové pryskyřice. Obr. 3: teplota skelného přechodu

Obr. 4: měření teplotní vodivosti Tepelná vodivost Polymery (kaučuky i plasty) mají obecně velmi malou tepelnou vodivost. Značnou pozornost je proto nutné věnovat temperaci: Chlazení – např. při míchání kaučukových směsí Ohřev – např. při vulkanizaci Obr. 4: měření teplotní vodivosti

Obr. 5: chlazení kalandru (GT1) Zvláště při míchání kaučukových směsí je nutné intenzivní chlazení. Vnitřním třením se směs silně zahřívá. Obr. 5: chlazení kalandru (GT1) Obr. 6: chladno

Obr. 7: teplota v různých hloubkách pláště Ohřev Směs se v různých hloubkách prohřívá nerovnoměrně. Vulkanizaci možno ukončit, až zvulkanizuje směs i uvnitř. Doba vulkanizace tenkostěnných výrobků je podstatně kratší, než u tlustostěnných Na povrchu Vrchní vložka Mezi vložkami Obr. 7: teplota v různých hloubkách pláště

Obr. 8: Teplotní namáhání Teplotní odolnost K nedostatkům patří malá odolnost k vyšším teplotám Většinou je lze dlouhodobě používat jen do teplot 100 až 150 °C Použití při vyšších teplotách je spíše výjimečné Nejvyšší teploty snášejí silikony (až 250 °C) a fluoroplasty (do 300 °C) Obr. 8: Teplotní namáhání

Obr. 9: narůstání profilu za hubicí Zpracovatelnost Pro hodnocení polymerů z hlediska jejich tokových vlastností se používá tzv. index toku taveniny (ITT). Je to hmotnost vytlačené taveniny za definovaných podmínek (teploty, tlaku, profilu hubice). Obvykle se udává počtem gramů vytlačené taveniny za 10 minut. ITT je nepřímo úměrný relativní molekulové hmotnosti polymeru (kratší řetězce lépe tečou). Do směsi se přidávají látky usnadňující tečení – změkčovadla. Lepší zpracovatelnost Menší narůstání profilu Obr. 9: narůstání profilu za hubicí

Obr. 10: plastometr Mooney Plasticita Tokové vlastnosti materiálu charakterizuje plasticita (viskozita). Nejobvyklejší plasticita Mooney – práce úměrná krouticímu momentu, potřebnému k protáčení kotouče ve zkoušeném materiálu 1 – rotor 2 – zkoušený materiál 3 – forma 4 – měřicí a regulační zařízení Obr. 10: plastometr Mooney

Energetická náročnost Průměrná spotřeba energie [kJ/kg] pro výrobu 1 kg některých materiálů recyklace ze surovin Podobné relace platí i pro následné zpracování Např. pro výrobu ocelových trubek se spotřebuje cca 5,7x více energie, než pro plastové Obr. 12: Ocelové trubky Obr. 11: Energie pro výrobu 1 kg

Kontrolní otázky: Co to je teplota skelného přechodu? Porovnej termodynamické vlastnosti kaučuku a ostatních klasických konstrukčních materiálů Jak se zjišťuje plasticita?

Seznam obrázků: Obr. 1: anonym, Macromolecule, [vid. 13. 10. 2012], dostupné z: www.freepik.com Obr. 2: vlastní, Logaritmická závislost pevnosti na teplotě Obr. 3: vlastní, teploty skelného přechodu Obr. 4: Vašíček Emil, „Gumárenská technologie 1“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011, zařízení na měření teplotní vodivosti Obr. 5: Vašíček Emil, „Gumárenská technologie“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011, chlazení kalandru Obr. 6: anonym, Sněhulák, [vid. 13. 10. 2012], dostupné z: Klipart Microsoft Office Obr. 7: Vašíček Emil, „Gumárenská technologie 3“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011, průběh teplot Obr. 8: anonym, Flame, [vid. 13. 10. 2012], dostupné z: www.freepik.com Obr. 9: Vašíček Emil, „Gumárenská technologie 2“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011, narůstání profilu Obr. 10: Vašíček Emil, „Gumárenská technologie 1“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011, plastometr Obr. 11: vlastní, měrná energie Obr. 12: anonym, Steel pipe, [vid. 13. 10. 2012], dostupné z: www.freepik.com

Seznam použité literatury: [1] Vašíček Emil, ing., „Gumárenská technologie“, učební texty, vydání třetí, Střední odborná škola Otrokovice, 2011 [2] Vašíček Emil, ing., „Chemické suroviny“, učební texty, vydání druhé, Střední odborná škola Otrokovice, 2009

Děkuji za pozornost 