18MTY-polymery

Titanic15. 4. 1912

Costa Concordia13. 1. 2012

Pro dlouhou historii nesprávného užití jsou plasty vysmívány

Pelíšky (1999)

Definice polymerů/plastů

• Organické látky založené na opakující se jednotce (meru) tvořící dlouhé řetězce

• polymery lze formovat odléváním, spékáním nebo tvářením v tekutém stavu

• Přírodní polymery:

dřevo, bavlna, vlna, hedvábí, kůže, guma

Historie polymerů

• Polymer = mnoho merů

• Kovalentní řetězce:

Směr růstu vazebné energie

Mikrostruktura polymerů

lineární větvené sesítněné ProstorováSíť

Polyetylén (PE) Polyvinyl chlorid (PVC) Polypropylén (PP)

C C

H

H

H

H

C C HHC C

H

H HH

HH

Uhlovodíky:

Nasycené nenasycené

etan etylénacetylén

Rozdělení polymerů

• Dle původu:

a) polosyntetické (z celulozy)

b) syntetické (z monomerů)

• Dle základní makromolekulární stavby:a) termoplasty, b) termosety (duroplasty, reaktoplasty), c) elastomery (pryže)

• Dle dalšího použití:a) Recyklovatelné

b) Nerecyklovatelné

Vazebné síly

• Energie vazebných sil (kJ/mol)

• van der Waals 0.08–4.0

• vodíkové můstky ≤50

• kovalentní vazby 60–600

• iontové vazby 560–1000

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

Délka řetězceTa

ho

vá p

evn

ost

početní průměrváhový průměr

DNA

Délka lidské molekulyDNA se odhaduje na 1-3m

3.5 miliardy stavebních elementů

Kopolymery

Délka makromolekuly

Elastomery - vazby

Konformace

Konfigurace

Konfigurace podle dvojné vazby

Krystalinita polymerů

Krystalinita polymerů

sférolity

Mechanismy (plastické) deformace plastů

Mechanismy zpevnění plastů

- Hustota- Polarita- Větvení- Sesítnění- Délka molekul

Mechanické vlastnosti polymerů

Mechanické vlastnosti polymerů

Teplotně závislé mechanické vlastnosti

A – částečně krystalický termoplastB – termosetC – amorfní termoplast

18MTY-polymery-II

Zkouškové okruhy

• Důležité vazby v polymerech

• Nejvýznamnější a nejvíce vyráběné polymery

• Co rozumíme pod pojmem konfigurace? Je konfiguracez chemického hlediska trvalá?

• Vysvětlete pojem krystalinita

• Přísady v polymerech

• Rozdíl mezi termoplasty a reaktoplasty

• Vysvětlete pojem teplota skelného přechodu

• Hlavní mechanismy zpevňování polymerů

• Materiály pro polymerní matrice kompozitů, vlastnosti

Mechanické vlastnosti polymerů

REAKTOPLASTY

TERMOPLASTY

ELASTOMERY

Vliv teploty a rychlosti deformace

Teplotně závislé mechanické vlastnosti

A – částečně krystalický termoplastB – termosetC – amorfní termoplast

Tepelně závislé mechanické vlastnosti

2-zesítněný reaktoplast

3- částečně krystalický termoplast

1-amorfní termoplast

5- elastomer se středníhustotou sítě

4- elastomer s nízkouhustotou sítě

Kondenzační polymerace

bakelit

Adiční polymerace

Iniciace

Propagace

Terminace polyetylén

Využití polymerů

Hlavní termoplasty

• polyethylen (PE)

• polyvinylchlorid(PVC)

• polytetrafluoretylén (PTFE) - Teflon

• polystyren (PS)

• polyvinylacetát (PVAC)

• akrylátové sklo(PMMA)

• polyizobutylen (PIB).

Vlastnosti vybraných polymerů

Polyetylén o nízké hustotě (LDPE)

Délka řetězce: 1000 - 2000igelit

Chemicky odolnýEl. IzolátorVariabilní pevnostMěkké lahve, formy na led, obaly

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

Polyetylén s „ultradlouhými“ řetězci (UHMWPE)

Přilba

převody

Kloubní náhradyDélka řetězce: 2-6 million

PVC – (polyvinyl chlorid)Délka řetězce: 4,000 – 5,000

Polárnější silnější vazebné síly

Levné, Tuhé ale lze změkčitTepelné deformacePodlahyEl. Izolacehadice

Polyetylén Tereftalát (PET) - “Polyester”

Délka řetězce: 4,000 – 8,000

Ester

Polystyrén Elektrická izolaceOptická čistotaLevnéHračkyRámy, kryty svítidel

Polypropylén

Fleece – vlákna – kontaminace řek

Odolné proti tepelnému působeníChemicky odolnýCitlivé na UVSterilní lékařské výrobkyZavazadlaKonstrukční části

PTFE - polytetraflóretylén

teflon

Gore-Tex30nm póry

Chemicky odolnýVýborná elektroizolaceNízký koeficient třeníTěsněníLožiska, kluzné povrchyVysokoteplotní elektrické součástky a izolace

Nylon – polyamid 66Vysoká pevnostOdolnost abraziLožiskarukojetiVlákna

Aramid - Kevlar

Silná síť kovalentních vazeb aPolárních vodíkových můstků

Bavlna

Dlouhá vlákna celulózy+ vodíkové můstky

Celulóza je nejrozšířenější polymer na ZemiJe základem dřeva a papíru Celuloid (CA)

Biologické polymery

DNA

cukr

škrob

bílkoviny

Nejvýznamnější reaktoplasty• fenolová (formaldehydová) pryskyřice (PF)

• melaminoformaldehydová pryskyřice (MF)

• polyuretanové pryskyřice (PUR)

• Epoxidové pryskyřice – lepidlo, odlévání

Elastomery

• kaučuky(syntetické a přírodní)- butylkaučuk( IIR)

• polysulfidový kaučuk (SR)

• polyuretanový kaučuk (PUR)

• silikonový kaučuk (Si)

Vulkanizace

Kaučukovník - latexVyztužení sazemiEbonit

Anorganické Polymery

• Křemík (Si)

Přísady do polymerů-Aditiva

• Plniva (saze – guma, minerální látky, …)

• Plastifikátory (snižuje Tg, do PVC), změkčovadla

• Retardéry hoření

• Stabilizátory (brání oxidaci, degradaci UV)

• Maziva

• Barviva (barviva, pigmenty) - koloranty

Zpracování polymerů

• vytlačování pro trubky, profily, desky a izolace kabelů

• vstřikování pro výrobky různých, často velmi složitých tvarůjako jsou strojní části, elektrické svíčky a lékařské vybavení(např. stříkačky); termoplasty a termosety

• vyfukování pro láhve, nádoby a fólie

• tažení pro tyče, potrubí atd.

• natírání pro tenké vrstvy na různých podkladech

• stlačování pro pryskyřice

• spřádání pro vlákna

• protlačování pro termosety

• tvarování tlakem pro termosety

• vulkanizace pro kaučuky

Zpracování polymerů

Zpracování polymerů - extruze

Polymery – další způsoby zpracování

• Vstřikování

fólie

Vyfukování PET lahví

Principy zpracování

Design = žebra

Spojování dílů

Snap-in spojování

Limit pružné deformace u oceli: 0.2%

Výhody a nevýhody plastů

• Nízká hmotnost

• Výborné zpracovatelské vlastnosti

• Elektrické izolanty

• Výborná korozní odolnost

• Tlumí rázy a chvění

• Nízké mechanické a časově závislé vlastnosti

• Ekologická zátěž

38

Reologické modely