7. Polimeri 7.1 Osnove polimera ....................................................................................................71

7.1.1 Građa polimera.................................................................................................................. 73 7.1.2 Osnovna svojstva polimera ............................................................................................... 74 7.1.3 Izrada proizvoda od polimera............................................................................................ 77

7.2 Plastomeri 78 7.2.1 Polietilen – PE................................................................................................................... 78 7.2.2 Poli(vinil-klorid) – PVC.................................................................................................... 78 7.2.3 Poliamid – PA ................................................................................................................... 79 7.2.4 Teflon – PTFE................................................................................................................... 80

7.3 Duromeri 80 7.3.1 Nezasićeni poliester – UP ................................................................................................. 80 7.3.2 Epoksid – EP..................................................................................................................... 81

7.4 Elastomeri i elastoplastomeri 81 7.4.1 Prirodni kaučuk ................................................................................................................. 81 7.4.2 Sintetički kaučuk............................................................................................................... 82

7.5 Starenje polimera 82

7.1 Osnove polimera Riječ polimer je složenica koja potječe od grčkih riječi: πολυ (poli) – mnogo i μερος

(meros) – dio.

Polimerima se nazivaju materijali formirani od organskih makromolekula, koji se do-bivaju uspostavljanjem kemijskih veza jednostavnijih molekula organskih spojeva – monome-ra. Na primjer, makromolekula polietilena dobiva se spajanjem molekula etena (etilena):

n C2H4 → (C2H4)n n molekula etena formira makromolekulu polietilena

Zbog vrlo velikog broja atoma sadržanih u makromolekuli, polimeri imaju vrlo velike relativ-ne molekularne mase, koje premašuju 1 000 000. Međutim, makromolekule su polimernih materijala različitih veličina, te se RAM izražavaju kao srednje vrijednosti, koje bi trebao pra-titi i podatak o rasipanju oko srednje vrijednosti (standardna devijacija). Veličine makromole-kula polimera se mogu opisati stupnjem polimerizacije, kao i prosječnim brojem monomera koji formiraju makromolekule polimera.

Polimeri se mogu sistematizirati s obzirom na (a) formiranje te (b) ponašanje pri zagri-javanju i elastičnim svojstvima:

72 MATERIJALI

Prirodnim polimerima pripadaju proteini, enzimi, škrob i celuloza. Oni su biljnog (kau-čuk, pamuk) i životinjskog porijekla (koža, svila). Danas se prirodni polimeri, ali i polimeri koji ne postoje u prirodi, sintetiziraju spajanjem jednostavnih malih organskih molekula (mo-nomera). Najčešće su korišteni sintetski polimerni materijali: polietilen i poli(vinil-klorid).

Plastomeri pri rastu temperature omekšavaju (formiran komad se može zagrijati i preob-likovati) te se potom, pri opadanju temperature skrućuju. Duromeri pri rastu temperature ne omekšavaju (formiran komad se ne može preoblikovati). Elastomeri imaju izražena elastična svojstva. Elastoplastomeri imaju elastična svojstva kao elastomeri, a pri rastu/opadanju tem-perature se omekšavaju/skrućuju kao plastomeri. Često se duromeri i plastomeri nazivaju pla-stičnim masama, a elastomeri i elastoplastomeri gumama.

Od danas korištenih polimernih materijala (preko 10 000 komercijalnih), s masenim udjelom od 80 %, dominira grupa s četiri "masovna" plastomera: PE, PP, PS i PVC. Slijedi skupina konstrukcijskih polimera PA, PC i ABS, a širi se i primjena polimernih smjesa. U tablici su obuhvaćeni najčešće korišteni polimeri. Navedene oznake polimera izvedene su iz njihovih naziva na engleskom jeziku i međunarodno su prihvaćene.

Oznaka Naziv na hrvatskom Vrsta1 Oznaka Naziv na hrvatskom Vrsta1

ABS akrilnitril/butadien/stiren P, K PIB poliizobutilen P BR butadienski kaučuk E PMMA poli(metil-metakrilat) (pleksiglas) P CA celulozni acetat P POM poli(oksimetilen) P CN celulozni nitrat (celuloid) P PP polipropilen P CR polikloroprenski kaučuk E PPO poli(fenilen oksid) P EP epoksidna smola D PPS poli(fenil-sulfid) P NBR akrilonitril/butadien kaučuk E, K PS polistiren (polistirol) P NR prirodni kaučuk E PSU polisulfon P PA poliamid (najlon) P PTFE poli(tetrafluor-etilen) (teflon) P PBT poli(butilen-tereftalat) P PUR poliuretan (linearni) EP PC polikarbonat P PVC poli(vinil–klorid) P PE polietilen P PVDF poli(viniliden-fluorid) P PEEK poli(eter-eter-keton) P SAN poli(stiren/akrilonitril) P, K PET poli(etilen-tereftalat) P SBR stiren-butadien kaučuk E, K PF fenol-formaldehidna smola (bakelit) D TPUR poliuretan (elastoplastomerni) EP PI poliimid P UP nezasićena poliesterska smola D

* P – plastomer, D – duromer, E – elastomer, EP – elastoplastomer, K – kopolimer

U odnosu na druge konstrukcijske materijale polimeri imaju niz prednosti i nedostataka:

Prednosti Nedostaci male ρ mali E male λ i e0 male tvrdoća deformabilne su pri povišenim temperaturama male λ i e0 dobro gušenje vibracija velike α dobra kemijska postojanost utjecaj prerade na svojstva mali faktori trenja ovisnost svojstava o vanjskim utjecajima dobra otpornost na trošenje podložnost starenju ekonomična serijska izrada proizvoda neekonomična izrade manjeg broja proizvoda

07 Polimeri 73

7.1.1 Građa polimera Polimeri formirani od samo jedne vrste monomera nazivaju se homopolimerima, a po-

limeri formirani od dvije ili više vrsta monomera – kopolimeri. U pravilu se u nazivima poli-mera podrazumijevaju homopolimeri (PVC – poli(vinil-klorid)), dok se kopolimeri naglašava-ju (PVC – poli(vinil-klorid)-kopolimer).

Monomeri i makromolekule Makromolekule su polimera formirane od monomera:

PE PP PS PVC PTFE PMMA PF

PA PET PF

Polimeri se dobivaju različitim tehnološkim postupcima. Na primjer, kruti materijal PE dobiva se iz plinovitog C2H6 na pogodnom tlaku i temperaturi u prisutnosti katalizatora.

Polimeri i kopolimeri Polimeri se na nivou makromolekula mogu različito oblikovati, pri čemu se postižu raz-

ličita svojstva.

linearni polimeri granati polimeri poprečno vezani polimeri umreženi polimeri

Monomeri lanaca linearnih polimera uzajamno su povezani kovalentnim vezama dok su lanci uzajamno povezani van der Waalsovim vezama. Pri formiranju granatih polimera dolazi mjestimično do bočnog odvajanja grana kovalentno povezanih s osnovnim lanacem. Linearne i granate oblike formiraju brojni plastomeri, na primjer: PE, PP, PS, PVC, PTFE, PMMA, PA. Kod poprečno vezanih polimera, tipičnih za elastomere, susjedni osnovni lanci polimera mjestimično su povezani kovalentnim vezama. Prostorno umrežene strukture polimera formi-raju monomeri s tri vezna C atoma, na primjer, PF.

Svojstva se polimera mogu prilagoditi zahtjevima kopolimerizacijom:

nasumični kopolimeri naizmjenični kopolimeri blok-kopolimeri cijepljeni kopolimeri

Dalja prilagodba svojstava polimera može se postići miješanjem različitih vrsta polimera, na primjer, PC i ABS.

Osim amorfnih građa se kod polimera mogu formirati i građe s pravilnim rasporedima molekula – kristalne građe, a zastupljenost je kristalne građe 0 ÷ 95%.

74 MATERIJALI

Dodaci polimerima Jednokomponentni polimeri rijetko se primjenjuju u tehnici. U pravilu, radi bolje prila-

godbe svojstava polimera zahtjevima, te smanjenja cijene i produljenja vijeka trajanja proiz-voda, osnovna se komponenta miješa s pogodnim dodacima. Na primjer, za poboljšanje savit-ljivosti dodaju se osnovnoj komponenti omekšala – teško hlapiva organska otapala.

Naziv skupine dodataka Primjeri reakcijske tvari umrežavala, pjenila, dodaci za smanjenje gorivosti modifikatori mehaničkih svojstava dodaci za povećanje: žilavosti, čvrstoće i modula elastičnosti, omekšavala modifikatori površinskih svojstava dodaci za smanjivanje neravnina, regulatori adhezivnosti, antistatici modifikatori optičkih svojstava bojila, pigmenti poboljšavači preradljivosti regulatori viskoznosti, toplinski stabilizatori, odvajala poboljšavači postojanosti svjetlosni stabilizatori, atioksidansi, biocidi dodaci za smanjivanje cijene punila (drvno i kameno brašno) ostali dodaci mirisi, dezodoransi

7.1.2 Osnovna svojstva polimera Za konstruktore je značajan niz različitih svojstava polimera:

Grupa svojstava Svojstva mehanička čvrstoća, istezljivost. modul elastičnosti, tvrdoća, žilavost, faktor trenja

toplinska toplinska vodljivost, toplinska rastezljivost, temperatura omekšavanja (plasto-meri), postojanost oblika pri povišenoj temperaturi (duromeri)

električna električna vodljivost, električni otpor, čvrstoća proboja, faktor dielektričnih gu-bitaka, relativna dielektričnost

postojanost kemijska postojanost, otpornost na trošenje, temperaturna granica kratkotrajne izloženosti, temperaturna granica dugotrajne primjene

ostala gustoća, propusnost svjetla, indeks loma, udjeli dodataka

Fizikalna svojstva polimera ovise o njegovom kemijskom sastavu, strukturi (oblik mak-romolekula) i građi (raspored makromolekula i dodaci). Utjecanjem na vrijednost molekulske mase, granatost makromolekula i uređenost građe mogu se u velikoj mjeri mijenjati svojstva polimera.

U sljedećoj su tablici prikazana mehanička i toplinska svojstava najčešće korištenih pla-stomera, te njihove kemijske postojanosti u različitim sredinama. Mehanička i toplinska svoj-stva se opisuju brojčanim ocjenama – što je ocjena veća, to je svojstvo bolje. Kemijske posto-janosti (kolone 1÷ 8) polimera ocjenjuju se sa "+" – otporan, "0" – djelomično otporan, "–" – neotporan. U tablici se koriste oznake:

• mehanička svojstva: ak1 – udarni rad loma epruvete bez ureza, ak2 – udarni rad loma epruvete s urezom, H – tvrdoća dobivena mjerenjem s kuglicom. Oznaka "b.l. " znači da pri ispitivanju nije došlo do loma;

• toplinska svojstva: tg1 – temperaturna granica kratkotrajne izloženosti, tg2 – tempera-turna granica dugotrajne primjene;

• kemijske postojanosti: 1 – voda, 2 – jake anorganske kiseline, 3 – organske kiseline, 4 – jake lužine, 5 – alkoholi, 6 – aromatski spojevi, 7 – benzini, 8 – ulja.

Oznaka Rm Ep A ak1 ak2 H λ α tg1 tg2 1 2 3 4 5 6 7 8 ABS 3 4 2 b.l. 3 3 1 2 2 2 + + + + + – + + CA 3 4 2 5 3 2 3 3 1 1 + – – – 0 + + + CN 3 2 2 5 3 3 1 2 + – – – – + + +

07 Polimeri 75

EP 2 5 5 5 5 2 1 4 3 + + + + – + +PA6 3 2 3 b.l. 5 3 3 2 3 2 + – + + + + + +PA66 4 3 3 b.l. 3 3 3 1 4 2 + – + + + + + +PA610 3 3 2 b.l. 3 3 3 2 2 3 + – + + + + + +PA11 2 2 3 b.l. 4 3 3 2 3 1 + PA12 2 2 3 b.l. 3 3 3 2 3 1 + – + + + + + +PC 4 4 3 b.l. 3 3 3 1 3 2 + – – – + – + +PE-HD 2 2 5 b.l. 3 3 5 3 1 + + + + + – + +PE-LD 1 1 5 b.l. b.l. 1 5 5 1 + + + + 0 – – +PF(31) 2 5 1 2 1 5 4 1 3 2 + – – + + + +PF(77) 4 5 3 3 5 5 1 + – – + + + +PI 5 5 1 2 5 1 5 5 – + + +PMMA 4 5 1 1 1 5 1 1 2 1 + – – + 0 – + +POM 4 5 2 5 2 4 4 3 3 2 + – + + + + + +PP 2 2 4 b.l. 3 3 3 4 3 2 + + + + + – – +PPO 4 4 2 3 1 3 2 + + + + PS 3 5 1 1 1 3 1 1 1 1 + + + + + – – +PSU 5 4 2 b.l. 1 3 1 4 4 + + + + – PTFE 2 1 3 b.l. 2 2 4 2 5 5 + + + + + + + +PUR-ln 3 2 3 b.l. b.l. 3 2 5 2 1 + – 0 + + + + +PVC-H 3 5 2 b.l. 1 3 1 1 2 1 + + + + + – + +SAN 4 5 1 1 1 4 1 1 2 1 + + + + + – + +SBR 3 4 2 3 2 3 1 2 1 1 + 0 + + – – +UP 2 5 3 2 5 5 1 4 4 + 0 – – + – + +

Oznaka Rm Ep A ak1 ak2 H λ α tg1 tg2 1 2 3 4 5 6 7 8

Karakteristike polimera U sljedeća su dva dijagrama prikazane usporedne karakteristike polimera – cijene i vla-

čne čvrstoće, te gustoće i vlačne čvrstoće.

PAI – poliamid-imid PI – poliimid PA6 – poliamid tip 6 PEEK – polietereterketon PA46 – poliamid tip 46 PEs – poliester PS – polistiren

PP – polipropilen PG – prirodna guma FEP – fluorinirani etilen-propilen PVC – poli(vinil-klorid) BK – butil kaučuk EPK – etilen propilen kopolimer ESIL4122 – silikon Eccosil 4122

76 MATERIJALI

PAI – poliamid-imid PEs – poliester PA6 – poliamid tip 6 PI – poliimid ABS – akrilnitril/butadien/stiren PENGS – polietilen niske/srednje gustoće PPKP – polipropilen kopolimer

EPKP – etilen-propilen kopolimer EPBP – epoksid bez punila PTFE – poli(tetrafluor-etilen) NBR – akrilonitril/butadien kaučuk BRBP – butadienski kaučuk bez punila ESIL4954 – silikon Eccosil 4954 ESIL4122 – silikon Eccosil 4122

butadien kučuk bez punjenja

akrilonitril butadien kaučuk

polietilen akrilonitril butadien

stiren

poliester (kruti)

epoksid bez punjenja Materijal

BR NBR PE ABS – EP

Sastav, % CH2CHCHOCH2

CH2CHCHCH2CH2CH2CN CH2CH2 CH2CHC6H4

OOCC6H4COOC6H10

OC6H4CH3CCH3C6H4

ρ, kg/dm3 0,91÷0,94 0,98÷1,0 0,917÷0,932 1,02÷1,08 1,04÷1,40 1,11÷1,40 Rm, N/mm2 5÷10 7÷24 13,3÷26,4 30÷50 41,4÷89,6 45÷89,6 Rm,t, N/mm2 2,2÷2,5 8,3÷28,8 10,8÷17,4 36÷69 140÷207 103÷172 E, kN/mm2 10–3÷2◦10–3 2◦10–3÷4◦10–3 0,17÷0,28 2÷2,9 2,1÷4,4 2,35÷2,47 ν, – 0,5 0,48÷0,50 0,44÷0,46 0,39÷0,42 0,36÷0,40 0,39÷0,41 Re, N/mm2 2÷2,2 6,9÷24 5,3÷10,6 29,6÷44,1 33÷40 36÷72 A, % 500÷550 400÷600 100÷650 20÷100 2,0÷2,6 3÷6 KIC, MPa◦m1/2 0,07÷0,1 0,1÷0,3 1,21÷3,39 1,9÷2,1 1,09÷1,70 0,57÷0,63 HV – – 2,7÷4,4 8,9÷13,2 9,9÷21,5 10,8÷21,5 Rd,is, N/mm2 0,85÷0,94 3,11÷10,8 5,3÷10,6 12÷20 16,6÷35,8 30÷35 tMax, °C 67÷117 110÷115 81÷95 62÷77 112÷128 122÷138 tmin, °C –73÷–43 –58÷–48 –123÷–73 –123÷–73 –123÷–73 –123÷–73 c, J/(kg◦K) 1800÷2500 2000÷2200 1842÷1916 1386÷1414 1506÷1567 1494÷1554λ, W/(m◦K) 0,06÷0,1 0,14÷0,15 0,32÷0,35 0,23÷0,24 0,29÷0,30 0,18÷0,20 α, μm/(m◦K) 130÷150 690÷710 180÷396 22,5÷23,7 99÷180 81÷117 Ek, MV/m 20÷25 10÷12 17,7÷39,4 13,8÷19,7 15÷19,7 11,8÷19,7 e0, μΩ◦cm 1013÷1014 1017÷1020 3,3◦1024÷3◦1025 3,3◦1021÷3◦1022 3,3◦1018÷3◦1019 1021÷6◦1020

krecikličnosti 0,02÷0,04 0,02÷0,04 0,45÷0,55 0,45÷0,55 0,05÷0,06 0,4÷0,5 Cijena, kn 7,2÷8,4 12÷36 9,9÷10,9 14,1÷15,5 180÷300 11,1÷12,6 Otpornost na:

trošenje dobra dobra srednja slaba srednja srednja

07 Polimeri 77

oksidaciju (500°C) vrlo slaba vrlo slaba vrlo slaba vrlo slaba vrlo slaba vrlo slaba paljenje vrlo slaba vrlo slaba slaba slaba slaba dobra UV zrake dobra dobra slaba srednja vrlo dobra dobra slatku vodu vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra morsku vodu vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra jake kiseline srednja srednja dobra dobra srednja srednja jake lužine srednja srednja dobra srednja srednja vrlo dobra slabe kiseline vrlo dobra vrlo dobra vrlo dobra dobra vrlo dobra vrlo dobra slabe lužine dobra vrlo dobra dobra dobra srednja vrlo dobra organska otapala srednja srednja srednja slaba srednja dobra

butadien kučuk bez punjenja

akrilonitril butadien kaučuk

polietilen akrilonitril butadien

stiren

poliester (kruti)

epoksid bez punjenja Materijal

BR NBR PE ABS – EP

7.1.3 Izrada proizvoda od polimera Najčešći su postupci prerade polimernih materijala:

Naziv postupka prerade Primjena Naziv postupka prerade Primjena injekcijsko prešanje P i D * ekstrudiranje P prešanje D višekomponentno prešanje P puhanje P injekcijsko puhanje P rotacijsko lijevanje P i D kalandriranje P toplo oblikovanje P završna obrada P i D

* P – plastomeri D – duromeri

Prešanje

Postupak prešanja koristi se uglavnom za izradu proizvoda od duroplasta.

Odmjerena se količina polimera, u obliku granulata ili prethodno oblikovanog komada, ubacuje u zagrijani donji dio kalupa. Nakon punjenja se na gornji dio kalupa djeluje dovolj-nim tlakom kako bi se ispunile sve šupljine ka-lupa polimerom. Formirani se izradak po otva-ranju kalupa izbacuje istiskivačem.

Injekcijsko prešanje

Granulat se tali u zoni grijača te se rastaljeni polimer, potiskivan pužni-com, utiskuje u hladni čelični kalup. Uslijed hlađenja u kalupu polimer se skruti, kalup se otvara i izradak izbacu-je djelovanjem pogodnog istiskivača.

Troškovi dobave/instalacije stroja za injekcijsko prešanje visoki su, te se ovaj postupak koristi u proizvodnji ve-ćih serija izradaka.

78 MATERIJALI

7.2 Plastomeri

7.2.1 Polietilen – PE

Polietilen, PE, najjednostavniji je polimerni materijal. Homopolimer se dobiva se polimerizacijom monomera etena (stari je naziv etena "etilen" ⇒ "polietilen"), uz raskidanje dvostrukih veza atoma ugljika:

n H2C=CH2 → (C2H4)n Formirani PE je djelomično kristalne strukture (zamućen).

Odgovarajućim se tehnologijama proizvodi više vrsta polietilena, a najvažniji su:

ρ, kg/dm3 Rm, N/mm2 Rmt, N/mm2 Ep, N/mm2 A, % KIC, N/mm3/2 HV C, kn/kgPE-LD 0,92 ÷ 0,93 11 ÷ 17 13 ÷ 26 170 ÷ 280 100 ÷ 650 38 ÷ 110 2,7 ÷ 4,4 9,9 ÷ 11PE-HD 0,95 ÷ 0,97 19 ÷ 25 22 ÷ 31 1070 ÷ 1090 1120 ÷ 1290 48 ÷ 58 7,9 ÷ 9,9 8 ÷ 9 PE-UHMW 0,93 ÷ 0,95 26 ÷ 33 38 ÷ 48 890 ÷ 960 350 ÷ 530 54 ÷ 160 6,4 ÷ 8,3 19 ÷ 23

tMax, °C tt, °C tmin, °C c, J/kgK λ, W/mK α, μm/mK Up, V/μm ρ, ZΩcm PE-LD 80 ÷ 95 100 ÷ 115 –120 ÷ –75 1840 ÷ 1920 0,32 ÷ 0,35 180 ÷ 400 18 ÷ 40 3 ÷ 30 PE-HD 110 ÷ 130 130 ÷ 135 –120 ÷ –75 1800 ÷ 1870 0,46 ÷ 0,50 110 ÷ 200 18 ÷ 20 3 ÷ 30 PE-UHMW 105 ÷ 125 125 ÷ 140 –120 ÷ –75 1820 ÷ 1890 0,19 ÷ 0,20 230 ÷ 360 27 ÷ 29 3 ÷ 60

Otpornost na trošenje i kemijska postojanost se PE povisuju s porastom gustoće.

PE-HD je postojan u kipućoj vodi i relativno postojan prema UV zračenju, goriv je i potreban mu je dodatak antistatika. Ekološkim dodacima postiže se razgradivost.

PE-UHMW ima samopodmazujuća svojstva (nizak faktor trenja) i otporan je na troše-nje. Izvrsna mu je dinamička izdržljivost. Čistoća mu je dovoljna za primjenu u prehrambenoj industriji.

Polietilen se koristi za izradu: PE-LD – cijevi, boce, igračke, spremnici, kugle, brtve, izolatori vodiča, kemijski otpor-

ne ispune. PE-HD – cijevi, folije, vrećice, igračke, posude, boce, cisterne, spremnici, kugle. PE-UHMW – ploče za potrebe kemijske industrije i industrije papira, dijelovi za potre-

be prehrambene industrije (dijelovi pumpi, dijelovi filtara, zupčanici), dijelovi vozila i poljop-rivrednih strojeva.

7.2.2 Poli(vinil-klorid) – PVC

Poli(vinil-klorid), PVC, (stari je naziv etena bez jednog H atoma "vinil" ⇒ vinil-klorid). Vinil-klorid je plin koji na 8 °C prelazi u tekućinu. Polimeri-zira uz raskidanje C=C veze:

n H2C=CHCl → (C2H3Cl)n Građa PVC-a je amorfna – proziran je.

07 Polimeri 79

Razlikuju se:

Tvrdi poli(vinil-klorid) je čvrst i krut, a ispod temperature od – 5 do – 25 °C postaje krhak. Osjetljiv je na ureze. Meki poli(vinil-klorid) se dobiva dodavanjem omekšala.

Svim PVC-ima se moraju dodavati stabilizatori, koji je čine otpornima na UV zrake i toplinu. PVC se dodaju i punila i ojačala kako bi se postigla željena svojstva. PVC je moguće obojiti.

Karakteristike su tvrdog PVC -a (karakteristike savitljivog PVC -a u velikoj mjeri ovise od količine dodanog omekšala):

ρ, kg/dm3 Rm, N/mm2 Rmt, N/mm2 Ep, N/mm2 A, % KIC, N/mm3/2 HV C, kn/kgPVC 1,3 ÷ 1,6 55 ÷ 90 41 ÷ 52 2400 ÷ 4100 40 ÷ 80 64 ÷ 128 12 ÷ 13 8 ÷ 12

tMax, °C tt, °C tmin, °C c, J/kgK λ, W/mK α, μm/mK Up, V/μm ρ, YΩcm

PVC 50 ÷ 65 – –125 ÷ –75 1360 ÷ 1410 0,15 ÷ 0,21 90 ÷ 180 14 ÷ 20 0,1 ÷ 10

Poli(vinil-klorid) je najsvestraniji i po količini najviše korišteni polimer. Kemijski je ot-poran (kiseline, lužine i velik broj organskih otapala), ima samogasiva svojstva, otporan je na trošenje, ne upija vodu i ne propušta plinove.

Tvrdi PVC koristi se za izradu: vodovodnih (p = 6, 10 i 16 bar) i kanalizacijskih cijevi oluka, spojnih komada za cijevi (dijelovi se spajaju lijepljenjem) dijelova crpki, spremnika, električno izolacijskih dijelova, folija, boca, ambalaže za prehrambenu industriju.

Meki PVC koristi se za izradu: podnih podloga, umjetne kože – "skaja", cijevi za zali-jevanje vrtova, izolacija električnih vodiča, filmske folije, igračaka, različitih profila, obloga metala.

7.2.3 Poliamid – PA Danas je moguće proizvesti vrlo veliki broj (preko 3000) različitih poliamida (PA), a najviše se koris-te: PA 6, PA66, PA 610, PA 11 i PA 12. Broje-vima se opisuje broj ugljikovih atoma u monomeru.

PA se često naziva "najlon". Velike je žilavosti i izdržljivosti na trošenje. Dobra klizna

svojstva mogu se poboljšati dodavanjem molibden-disulfida (kruto mazivo). Vlačnu čvrstoću mu je moguće povećati izvlačenjem, odnosno usmjeravanjem PA vlakana.

U određenoj mjeri PA upija vodu i ne koristi se za izradu električno izolacijskih dijelo-va. Poboljšanje otpornosti na UV zrake i toplinu postiže se dodavanjem stabilizatora. Otporan je na djelovanje većine organskih otapala i slabih lužina.

80 MATERIJALI

Koristi se za izradu različitih opterećenih strojarskih dijelova: kotača, zupčanika, lanča-nika, dijelova mjenjača i spojki vozila, ležaja i kliznih staza (nije potrebno održavanje), opre-me za domaćinstva.

7.2.4 Teflon – PTFE

Teflon je uobičajeni naziv za polimer poli(tetrafluoretilen), PTFE. Izuzetne je kombinacije pogodnih svojstava. Pri sobnoj je temperaturi mek, veoma žilav i velike istezljivosti. Vrlo je malog faktora trenja, izuzetno je otporan-kemijski (najotporniji među polimerima) i na UV zrake. Talište mu je viso-ko, maksimalna radna temperatura 260 °C, a ostaje duktilan skoro do 0 K.

Veliki dio svojstva PTFE je posljedica njegovog kemijskog sastava – kemijske su veze

ugljika i fluora, te ugljika i ugljika među najjačim vezama u organskoj kemiji.

PTFE se koristi za izradu samopodmazivih kliznih ležaja, brtvi i brtvila, klipnih prste-na, spremnika, cijevi i ventila za opasne kemikalije, električnih izolatora vodiča izloženih dje-lovanju visokih temperatura, prevlaka unutarnjih dijelova kuhinjskog posuđa i dijelova stroja za pranje suđa, zamjenskih dijelova ljudskog tijela.

7.3 Duromeri Proizvod izrađeni od duromera može se promatrati kao jedna ogromna molekula. Du-

romeri su čvršći i krtiji od plastomera i mogu podnijeti više radne temperature. Po otvrdnja-vanju se duromer ne može rastaliti, ali se može otopiti pomoću odgovarajućih kemikalija. Te-ško se recikliraju.

7.3.1 Nezasićeni poliester – UP

O CHC

CH

CH2

HC C C

HC

HC C

H

HC

H

HC O

O OHC

OO O

OHC

CH2

CH2

HC C

H

H

HCC

OHC

HOC

OC

H

HC O C

OOC

O

Nezasićena poliestarska smola, UP smola, se proizvodi iz ugljikohid-rata, alkohola i organ-skih kiselina. UP smola je tekućina i može se lijevati bez punila. Na sobnoj temperaturi, pri atmosferskom tlaku, po dodatku pogodnog kata-lizatora dolazi do manje ili više brzog skrućiva-nja UP smole.

Proizvodi od UP smola su otporni na atmosferske utjecaje, otopine soli i slabe kiseline. Sama UP smola nema zadovoljavajuća mehanička svojstva za konstrukcijske namjene. Zado-voljavajuća svojstva se postižu formiranjem kompozita s matrice od UP smole ojačane sa sta-

07 Polimeri 81

klenim vlaknima, koji se koristi u brojne različite konstrukcijske namjene. UP smola se koris-ti za oblaganje površina drveta, a takve su obloge otpornije na udare, te na djelovanje vode i drugih medija od lakova.

Lijevanjem UP smola izrađuju se električno-izolacijski dijelovi, te dijelovi opreme za kućanstvo i urede.

7.3.2 Epoksid – EP

Epoksidne smole, EP smole, duromeri su s epoksidnim grupama. Skrućivanje se odvija na sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku uz vrlo mali postotak skupljanja.

EP smole imaju izuzetno izražena svojstva lijepljenja i zbog toga se koriste kao lijep-ljenje dijelova i oblaganje površina. Formirane su obloge žilave i otporne na kemikalije. Ko-riste se za izradu lakova i otopina za električnu izolaciju dijelova oblaganjem.

Kompoziti s epoksidnom matricom, ojačani različitim vrstama vlakana, imaju vrlo dob-ra mehanička svojstva.

7.4 Elastomeri Visoko elastičnim se nazivaju materijali koji pod vlačnim opterećenjem mogu povećati

dužinu najmanje dvostruku i to bez zaostalih deformacija po prestanku vlačnog opterećenja. Elastični se materijali često nazivaju gumama.

Postoji samo mali broj makromolekularnih materijala s visokom elastičnošću. Da bi ma-terijal bio visoko elastičan, međumolekulske veze ne smiju biti prejake i ne smiju se formirati kristalna zrna.

7.4.1 Prirodni kaučuk

Molekule su u prirodnom kaučuku formirane polimerizacijom izoprena (2-metil-1,3-buten – C5H8). Prirodni se kaučuk dobiva zasijecanjem tropskog drva kaučukovca (latinski je naziv Hevea braziliansis, a domorodački naziv "ka hu či" znači drvo koje plače) i prikupljanjem mliječnog soka – lateksa, koji istječe iz zasjeka.

Lateks je koloidna vodena otopina (disperzija) produkata metabolizma kaučukovca, ko-ja sadrži 30 ÷ 40 % kaučuka. Iz lateksa se prirodni kaučuk dobiva:

Vulkanizacija Svojstva prirodnog kaučuka vulkanizacijom se prilagođavaju potrebama povećane

čvrstoće, elastičnosti i otpornosti na bubrenje. Vulkanizacijom se umrežava strukture popreč-nim vezama lanaca makromolekula, na mjestima dvostrukih veza atoma ugljika, preko atoma dodanog sumpora – "sumpornih mostova". Prije vulkanizacije elastomeri su plastični i mogu

82 MATERIJALI

se lako oblikovati, a vulkanizacijom se elastomeri prevode u visoko-elastično stanje. Proces se vulkanizacije odvija pod tlakom na temperaturi od 150° C, tako da se gumeni proizvodi istovremeno oblikuju u pogodnim alatima (npr. proizvodnja automobilskih guma).

7.4.2 Sintetički kaučuk Danas se izrađuju sintetički kaučuci ili umjetne gume, koje se po svojstvima u potpu-

nosti usporedive s prirodnim. Sirovine za izradu su ugljen, vapnenac, krumpir i sirova nafta.

7.5 Starenje polimera Kao što pod utjecajem okoline metali korodiraju, tako i polimeri stare. Tijekom koriš-

tenja proizvoda dolazi do nepoželjnih promjena svojstava polimernih materijala. Starenje po-limera obuhvaća različite fizikalne i kemijske procese:

(a) bubrenje, (b) otapanje, (c) raskidanje kovalentnih veza.

Zbog složene građe polimera mehanizmi starenja nisu potpuno razjašnjeni.

Tijekom uporabe mijenjaju se mehanička svojstva polimera, a dinamika ovisi o vrsti i tipu materijala.

Polietilen PE-HD Poli(vinil-klorid) PVC – kruti