29
3.NEMETALI 3.1.POLIMERI (UMJETNI, PLASTIČNI MATERIJALI) - davno prije metala - organski se materijali koristili kao konstrukcijski --> danas se konstrukcijski materijali izrađuju umjetno da bi se poboljšala neka dosadašnja svojstva, postigla neka nova, odnosno zamijenili neki već poznati nam dosadašnji materijali * riječ „polimer“: poli=mnogo, meros=dio; plastika od grč. „plastiko“ = umijeće oblikovanja, kiparstvo OSNOVE GRAĐE I SVOJSTAVA POLIMERA - upotreba organskih sintetičkih polimera počinje 20-ih godina 19.st. - osnovu za polimer čini monomer - polimer čine tzv. makromolekule ili divovske molekule sastavljene od što većeg broja pojedinačnih molekula što se međusobno povezuju procesom polimerizacije (mpr. od molekule etilena dobiva se polimer polietilen) *od reakcije acetilena i vodika dobiven je etilen C 2 H 4 – iz njega dobivamo polietilen (on uključuje samo C i H), međutim moguće su i druge sinteze (Cl, F, S, N) te na taj način nastaje veći broj polimera različitih svojstava POLIMERIZACIJA – kemijska reakcija kod koje se otvaraju dvostruke veze između atoma ugljika pa se molekule razmještaju linearno --> u stvarnosti je raspored trodimenzionalan sa raznim kutovima među atomima ugljika osnovne strukture - zavisno o prirodi veze među makromolekularnim lancima (sekundarne veze) i njihovoj učestalosti mogu se dobiti 3 osnovne skupine polimera: termoplasti, duromeri, elastomeri - veza unutar molekularnog lanca je čvrsta – kovalentna (primarna veza) - tlačna i vlačna čvrstoća rastu s povećanjem dužine lanca molekula, iako su za međusobnu vezu mjerodavne međumolekularne sile --> da bismo proizveli materijal velike čvrstoće potrebne su dugačke končaste makromolekule STUPANJ POLIMERIZACIJE – broj monomera u prosječnoj makromolekuli STRUKTURA MAKROMOLEKULA LINEARNI POLIMERI – imaju oblik lanca, a nazvani su prema njihovoj linearnoj strukturi. Linearna makromolekula nije po svom uzdužnom obliku ravna. - moguće strukture polimernih makromolekula: ispruženi lanac, prelomljeni lanac, amorfni zapleteni, vlaknasti kristal, prelomljeni (složeni) kristal, prelomljeni kristal s pogreškama --> uz njih postoje i drugi tipovi makromolekula linearnih polimera (polimer može imati više od jednog tipa strukture – tako npr. linearni polimer može u sebi sadržavati razgranate i poprečno vezane lance) ~ 1 ~

Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

Embed Size (px)

DESCRIPTION

3. dio skripte iz Materijala

Citation preview

Page 1: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

3.NEMETALI3.1.POLIMERI (UMJETNI, PLASTIČNI MATERIJALI)- davno prije metala - organski se materijali koristili kao konstrukcijski--> danas se konstrukcijski materijali izrađuju umjetno da bi se poboljšala neka dosadašnja svojstva, postigla neka nova, odnosno zamijenili neki već poznati nam dosadašnji materijali* riječ „polimer“: poli=mnogo, meros=dio; plastika od grč. „plastiko“ = umijeće oblikovanja, kiparstvoOSNOVE GRAĐE I SVOJSTAVA POLIMERA- upotreba organskih sintetičkih polimera počinje 20-ih godina 19.st.- osnovu za polimer čini monomer- polimer čine tzv. makromolekule ili divovske molekule sastavljene od što većeg broja pojedinačnih molekula što se međusobno povezuju procesom polimerizacije (mpr. od molekule etilena dobiva se polimer polietilen)*od reakcije acetilena i vodika dobiven je etilen C2H4 – iz njega dobivamo polietilen (on uključuje samo C i H), međutim moguće su i druge sinteze (Cl, F, S, N) te na taj način nastaje veći broj polimera različitih svojstavaPOLIMERIZACIJA – kemijska reakcija kod koje se otvaraju dvostruke veze između atoma ugljika pa se molekule razmještaju linearno--> u stvarnosti je raspored trodimenzionalan sa raznim kutovima među atomima ugljika osnovne strukture- zavisno o prirodi veze među makromolekularnim lancima (sekundarne veze) i njihovoj učestalosti mogu se dobiti 3 osnovne skupine polimera: termoplasti, duromeri, elastomeri- veza unutar molekularnog lanca je čvrsta – kovalentna (primarna veza)- tlačna i vlačna čvrstoća rastu s povećanjem dužine lanca molekula, iako su za međusobnu vezu mjerodavne međumolekularne sile--> da bismo proizveli materijal velike čvrstoće potrebne su dugačke končaste makromolekuleSTUPANJ POLIMERIZACIJE – broj monomera u prosječnoj makromolekuliSTRUKTURA MAKROMOLEKULALINEARNI POLIMERI – imaju oblik lanca, a nazvani su prema njihovoj linearnoj strukturi. Linearna makromolekula nije po svom uzdužnom obliku ravna. - moguće strukture polimernih makromolekula: ispruženi lanac, prelomljeni lanac, amorfni zapleteni, vlaknasti kristal, prelomljeni (složeni) kristal, prelomljeni kristal s pogreškama --> uz njih postoje i drugi tipovi makromolekula linearnih polimera (polimer može imati više od jednog tipa strukture – tako npr. linearni polimer može u sebi sadržavati razgranate i poprečno vezane lance)RAZGRANATI POLIMERI – kod njih se bočni lanci spajaju na glavni lanac za vrijeme sinteze polimera. Time se mijenjaju i svojstva polimera (ovo grananje povećava otpor deformiranju dakle povećava njegovu čvrstoću iako je gustoća razgranatog polimera niža od linearnog)POPREČNO POVEZANI POLIMER – oni imaju susjedne lance povezane kovalentnim vezama. One daju znatno veću tvrdoću, čvrstoću, krhkost i veću dimenzionalnu stabilnost. Ako je ova veza ostvarena na manjem broju mjesta tada se radi o materijalima velikih elastičnih karakteristika (elastomeri, gume)UMREŽENI POLIMERI – oni imaju prostorne veze među makromolekulama ostvarene kovalentnim vezama u sve 3 dimnezije. Kod njih su veze ostvarene na velikom broju mjesta, a to daje materijalu dobra svojstva (duromeri, termostabili). U ovu grupu polimera spadaju: epoksidi, fenoliKRISTALINIČNOST- upoznali smo raspored makromolekula kao amorfan (nepravilno isprepleten)- no, u polimerima se može djelomično postići i kristaliničnost (modificirati njihove karakteristike)--> to se ostvaruje ili prilikom sinteze polimera ili deformiranjem za vrijeme prerade*npr. kristal koji je nastao prelamanjem dugačke molekule – u njemu imamo 2 faze: kristalnu i amorfnu- količina kristalne faze može se kontrolirati procesom hlađenja, ali se ne može doseći nikad 100%--> kristalna faza može iznositi do približno 95% volumena kod polietilena te vrlo malo kod amorfnih polimeraSVOJSTVA POLIMERA- dobra kemijska postojanost normalnim temperaturama

~ 1 ~

Page 2: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- slaba kem. postojanost na višim temp. – upotreba ograničena do približno 300oC(silikoni), najčešće 60-100oC- niska gustoća, niski modul elastičnosti- dobra obradivost deformiranjem, rezanjem i lijevanjem na relativno niskim temperaturama- vrlo niska površinska energija kod nekih polimera (mala adhezija i trenje)- mogućnost velikog izbora boje, relativno niska cijena, niska toplinska i električna vodljivost (izolatori)- nestabilne dimenzije kroz duži vremenski period- krhkost na niskim temperaturamaDODACI- prije ili poslije polimerizacije polimerima se mogu dodati i druge materije,u obliku prašine ili tankih,kratkih niti--> djelotvornost ovih dodataka ovisi o sposobnosti povezivanja s lancima polimera, o količini dodataka i o prirodi dodatakaPLASTIFIKATORI – dodaju se da bi polimer učinili mekšim i savitljivim (oni smanjuju temp. prijelaza u staklasto stanje) – materijali male molekularne težine i smanjuju čvrstoću sekundarnih veza među dugolančanim mol.- za bojanje polimera koriste se organski materijali (boje) ili neorganski (pigamenti) – izbor zavisi o temperaturi korištenja i izloženosti svjetlu -> u tom pogledu pigmenti su bolji jer se dodaju kao fine raspršene čestice- zapaljivost polimera ovisi o njegovoj vrsti (neke vrste kad se zapale nastave goriti, druge se same ugase)--> zapaljivost se može smanjiti dodavanjem usporivača plamena (smjesa broma i fosfora)- maziva se dodaju polimerima radi smanjivanja trenja u njima tijekom prerade te zbog izbjegavanja ljepljenja uz stijenku

3.2.VRSTE POLIMERATERMOPLASTI (PLASTOMERI)SVOJSTVA- po mikrograđi su amorfni ili djelomično kristalični- povezivanje unutar svakog molekularnog lanca izvršeno je kovalentnim vezama –što daje vrlo čvrstu tzv. primarnu vezu - sekundarna veza postoji između lanaca i između dijelova istih lanaca što se preklapaju – to su tzv. Van der Waalsove veze (zajednički naziv za različite vrste slabih veza) – mnogo slabije od kovalentnih- slabije (sekundarne) veze među dugomolekularnim lancima omogućuju lako oblikovanje ovih materijala na višim temperaturama viskoznim tečenjem- na temp. okolice ovi su polimeri čvrsti i zadrže oblik što su ha prethodno dobili na višoj temp., a čvrstoća im ovisi također o sekundarnim vezama- kao i svi drugi polimeri, ispod temperature prijelaza u staklasto stanje izrazito su krhki- postoje velike razlike među pojedinim vrstama termoplasta, osobito ako su pojačane, ali to spada u kompozite- mehanička svojstva polimera uvelike ovise o stupnju kristaliničnosti (s povećanjem stupnja kristaliničnosti raste tvrdoća i gustoća, a pada tezljivost, gumaste karakteristike i otpornost na otapala i toplinu)VRSTE TERMOPLASTA *POLIETILEN (PE) – polimer jednostavne građe i ima veliko značenje kao konstrukcijski i izolacijski materijal--> uz pomoć katalizatora razgranati polietileni nastaju visokotlačnom polimerizacijom, a linearni niskotlačnom--> linearnim molekulama postiže se veći stupanj kristaliničnosti, a time veća gustoća i čvrstoća materijala*POLIVINILKLORID (PVC) – od PE se razlikuje po tome što je ¼ atoma vodika zamijenjena atomima klora (time nastane jača Van der Waalsonva veza među molekularnim lancima, to znači veća čvrstoća, ali i manja sklonost nastajanju kristaliničnosti)--> dodavanjem omekšivača može se znatno utjecati na svojstva PVC-a (s rastućim sadržajem omekšivača pada modul elastičnosti i granica razvlačenja, a raste istezanje, udarna žilavost, postojanost a niskim tempreaturama i sposobnost oblikovanja)*POLITETRAFLUORETILEN (PTFE - TEFLON) – atomi H polietilena zamijenjeni su atomima fluora pa time nastane opet simetrična molekula--> za razliku od PE ovdje nastane molekula poput spirale koja kao i kod PE kristalizira kao složeni (prelom.)krist.

~ 2 ~

Page 3: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

--> relativno veliki F atomi izazivaju nastajanje krutih i rastegnutih molekula- teflon kristalizira u potpunosti (ne da se termoplastički prerađivati); može se oblikovati neposredno ispod ove temperature (350-380oC)- bržim hlađenjem može se dobiti djelomično kristalinično stanje s manjim modulom elastičnosti i većom istezljivošću, nego u potpuno kristaliničnom stanju- najznačajnija karakteristika: vrlo dobra temperaturna postojanost- uz silikone teflon ima najnižu površinsku energiju od svih materijala dakle vrlo nizak koeficijent trenja pa se koristi za oblaganje kliznih ležajeva- zbog umjerene čvrstoće nema veliku otpornost trošenju*ARAMID – KEVLAR – koristi se u obliku niti za očvršćavanje kompozita- polimer visoke čvrstoće i velikog modula elastičnosti- izrađuje se rastvaranjem aromatskog armida u sumpornoj kiselini; potom se isprede- prednost mu je dobra otpornost udarnom opterećenju i apsorbiranje energije- upotrebljava se za izradu zaštitne opreme kod udarca, metka, jedara te dinamički napregnutih proizvoda (karoserije specijalnih automobila) – cijena mu je visoka- suprotno od staklenih i ugljikovih vlakana, aramidna vlakna su osjetljiva na tlačno naprezanje i vlagu (vlaga utječe na sposobnost vezivanja matice i vlakana – kod kompozitnih metarijala)--> zbog toga je ponašanje aramidnog vlakna slično čeličnom užetu (o tome potrebno voditi računa u konstrukcijama pojačanim aramidnim vlaknima)- temp. raspadanja 420oC; aramidna vlakna su otporna plamenu i mnogim kemikalijama

DUROMERI (TERMOSTABILI, DUROPLASTI)SVOJSTVA- dugi molekularni lanci se kod duromera međusobno povezuju (umrežuju) jakim kovalentnim i ionskim vezama pri čemu se stvori jedna divovska molekula- za vrijeme polimerizacije mreža je završena i oblik se više ne može mijenjati osim skidanjem strugotine- duromeri se ne mogu oblikovati poput termoplasta viskoznim tečenjem – oni se u pravilu oblikuju lijevanjem u nemureženom stanju, a zatim se otvrđuju umrežavanjem- proces polimerizacije duromera događa se u proizvodnji u 2 faze:*polimerizacijom se oblikuju duge lančane makromolekule*završno se križno povezuju u konačno oblikovani proizvod, uz upotrebu topline ili pritiska- osim za lijevanje predmeta, mogu se koristiti i kao matica u kompozitima pomiješane sa staklenim ili tekstilnim vlaknimaVRSTE DUROMERA*ALKIDI – duromer sa dobrim električki izolacionim svojstvima, otpornošću udarima i dimenzionalnom stabilnošću te malom sposobnošću upijanja vode*EPOKSIDI – koriste se za izradu kondenzatora, kolektora, prekidača, dijelova aparata, za porizvodnju zaljevnih masa te proizvodnju epoksidnih ljepila za ljepljenje metala- postoji velik broj epoksidnih masa s različitim stupnjem polimerizacije -> pa razlikujemo epoksidne smole i plastične mase--> epoksidne mase su otporne na utjecaj atmosfere, kiseline i lužine--> epoksidne smole malo se rastežu pri otvrdnjavanju, zato dobro prijanjaju uz metal i silikatno staklo- uz punila (kreda, grafit, kvarcno brašno, kaolin, talk) epoksidnom smolom dobijemo kompozit višeg modula elastičnosti nego same smole, ali ne i čvrstoće- upotrebljavaju se kao smole za lijevanje te kao konstrukcijski opterećeni materijal- osim dobrih mehaničkih svojstava na višoj temp. i otpornosti kemikalijama, dobra su im električka svojstva te dimenzionalna stabilnost*FENOLI – su sličnih karakteristika*POLIESTERI, POLIAMIDI – materijali sličnih mehaničkih, fizičkih i električkih svojstava kao i epoksidi- poliesteri se posebno mnogo koriste kao matica kompozita pojačanih nitima

~ 3 ~

Page 4: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- za poliamide je karakterističan njihov niski koeficijent trenja i velika otpornost trošenju- nove generacije polimera otežavaju točnu raspodjelu: termoplasti – duroplasti--> npr. danas imamo polimere iz skupine duroplasta što se ipak dadu plastično deformirati, ali na znatno višoj temperaturi i pri većim pritiscima nego što je to uobičajeno kod termoplasta*SILIKON – ima velik broj vrsta silikona, a prema broju polimerizacije poznati su kao silikonska ulja, silikonske masti, smole i silikonske gume- svi su silikoni kemijski neutralni, intenzivno odbijaju vodu i ljepila, dobri su električni izolatori te su otporni na povišenim temperaturama- najviše korišteni silikoni su u građevinarstvu kao masa za brtvljenje – postoje brtvene mase za najrazličitije namjene (npr. područje sanitarija, pokretnih fuga ili u području živežnih namirnica)- silikonska ulja su prozirne tekućine s velikom stabilnošću na visokim i niskim temperaturama--> mogu zadržati približno istu viskoznost i u području od -63 do 240oC – zbog toga se koriste kao hidraulične tekućine u hidrauličnim sustavima- silikonske smole imaju veći broj polimerizacija od silikonskih ulja--> otvrdnjuju na temperaturama između 450 i 520 K--> koriste se kao sirovine za proizvodnju lakova i boja postojanih na površinskim temperaturama, otpornim prema uljima i benzinu -> zbog takvih karakteristika, lakovi sa silikonskom bazom nalaze sve veću primjenu --> ove smole koristimo i za proizvodnju silikonskih ljepila

ELASTOMERI (GUME)STRUKTURA I SVOJSTVA- struktura elastomera vrlo je slična strukturi duromera – kod elastomera je manja umreženost, ali su jako sklupčani (zapetljani) molekularni lanci- za kidanje ovih labavih molekularnih struktura potrebne su manje sile- s kidanjem je povezano i ispravljanje (sređivanje molekula) – pri rasterećenju uspostavlja se ponovno izvorno nesređeno stanje -> ovi procesi daju vrlo niski modul elastičnosti materijala- ovo gumasto-elastično ponašanje se kod drugih umjetnih materijala događa u ograničenom temperaturnom području, dok se kod elastomera zbiva u daleko širem temperaturnom intervalu- kemijsko umrežavanje polimera u gumarskoj industriji naziva se vulkanizacija (rimski bog vatre Vulkan)--> to je stvaranje poprečnih veza između molekularnih lanaca pomoću sumpora na mjestu gdje su prethodno bile duple veze- vulkanizacijom se proširuje temperaturno područje u kojemu se zadržava gumasta karakteristika, a također povećava temperatura prijelaza u staklasto stanje- neumreženi materijal naziva se lateks ili sirovi kaučuk (to je sok tropskog drveta kaučukovca)- molekule sintetičkog kaučuka oblikovane su prema strukturi prirodnog kaučuka- izrazi „guma“ i „elastomer“ često se upotrebljavaju jedan umjesto drugoga--> no, pod elastomerom se općenito podrazumijeva materijal koji je sposoban da se uglavnom oporavi u svom obliku i veličini poslije oduzimanja opterećenja--> za gumu se smatra da je sposobna da se brzo oporavi od velikih deformacija- zavisno o gustoći umreženih mjesta guma može dobiti različita mehanička svojstva- kod velikog stupnja umrežavanja dobije se tvrda guma čija su svojstva ista kao kod duromera- polimerna vlakna kaučuka su karakteristična po velikom broju nezasićenih dvostrukih veza--> pri izradi meke guma ona se samo djelomično zasite -> to smanjuje kemijsku postojanost (npr. postojanost oksidaciji na zraku) – kod polimera bez dvostrukih veza nema ove opasnosti, ali ona traže poseban proces vulkanizacije- i molekule termoplastičnih materijala mogu se umrežiti (zračenjem) i dovesti u gumasto-elastično stanjeDODACI – u tehnologiji gumarstva značajnija je upotreba punila (rđa za crne, SiO za bijele gume) radi njenog pojačavanja, a dodaje se prije vulkaniziranjaKORIŠTENJE GUMA – kod upotrebe gume koristi se njeno svojstvo malog modula elastičnosti i velike sposobnosti prigušivanja vibracija

~ 4 ~

Page 5: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- za automobilske gume koristi se guma kao jedna komponenta kompozita u kojemu imamo metalne ili tekstilne niti- stare gume trebalo bi skupljati za recikliranje, a ne bacati ili paliti

3.3.KERAMIČKI MATERIJALIOSNOVE GRAĐE I SVOJSTVA- u skupinu keramičkih materijala spadaju nemetalni i anorganski materijali- u početku se pojam keramike odnosio samo na proizvode od gline,izrađene oblikovanjem i završnim pečenjem- riječ „keramika“ se odnosi i na materijal i na keramičke proizvode (keramos=lončarska glina, keramikos=proizvod od gline)- granica između keramičkih i metalnih materijala definira se najbolje temperaturnim koeficijentima električnog otpora: u metalima je on pozitivan, a u keramici negativan- granica između keramičkih materijala i visokopolimernih umjetnih materijala određena je molekularnom strukturom--> umjetni materijali imaju lance u kojima su ugljikovi atomi međusobno vezani kovalentnim vezama – molekule su u umjetnim materijalima povezane slabim Van der Waalsovim vezama--> u keramičkim materijalima egzistira prostorni raspored atoma jedne ili više vrsta, uređenih u kristalnoj rešetki ili amorfno kao u staklu- svi bi se keramički proizvodi prema namjeni mogli svrstati u 2 osnovne skupine: tradicionalna (obična) i industrijska (tehnička, fina, visokoučinkovita) keramika- u tradicionalnu ubrajamo proizvode od gline (lonci, posude), konstrukcijske materijale u građevinarstvu (opeke, crijep), stakla (boce, laboratorijska oprema), vatrootporne materijale (kuhinjsko posuđe, opeke u pećima), bijelu keramiku (sanitarije, emajl)- osnovne skupine industrijske keramike prema sastavu – oksidi, karbidi, boridi, silicidi, nitridi te njihove međusobne kombinacije- ionska, metalna ili kovalentna veza obuhvaća neke elemente načelno prema luku (na slici str. 77), a zavisi o metalu koji je uključen u označene veze – tako će keramike imati karakteristike metala i to naročito toplinske i električke- od metalnih komponenata najčešće sudjeluju Be, Mg, Ca, Al te prijelazni metali IV-te do VI-te skupine PSE- keramika se uglavnom dobiva sintetički te se spaja na principu metalurgije praškova – pri tome treba naročito paziti na strukturu jer sva svojstva visokoefektne keramike ovise o njoj znatnije nego kod tradicionalne keramike, a često i kod metala--> zbog velikog broja mogućih kombinacija raznih komponenata pruža se široka mogućnost u korištenju keram.- svojstva, prvenstveno industrijske keramike, posljedica su kovalentne veze u ovim materijalimaKARAKTERISTIČNA SVOJSTVA KERAMIČKIH MATERIJALA:- ne mijenjanje svojstava na visokim temperaturama- velika tvrdoća, sabojna čvrstoća, modul elastičnosti, otpornost trošenju- piezoelektrične karakteristike, toplinsko-električko izolacione karakteristike, poluvodičke karakteristike- bogatstvo sirovinskih izvora i prikladnost za zaštitu okolice*nedovoljno iskustvo u primjeni i nepovjerenje konstruktora*teška obradivost, visoka cijena*nesigurnost u produciranju istih materijala pri istoj tehnologiji*krhkost i osjetljivost na temperaturne šokove- prozvodi industrijske namjene, raspodjeljeni prema glavnim svojstvima i neki tipični proizvodi:TEHNIČKA KERAMIKA--> MEHANIČKA: elementi strojeva podložni habanju, razni alati, vlakna za pojačavanje--> KEM. – BIO.: kemijske instalacije, ortopedska i stomatološka protektika--> OPTIČKA: prozorska, ambalaža, fotokromatska, pjenasta, vlaknasta stakla--> TOPLINSKA: toplinska zaštita, elementi strojeva za rad na visokim temp., lonci za taljenje, reaktorski elemen.--> ELEKTRIČKA: poluvodiči, izolatori, piezo elementi, optička vlakna

~ 5 ~

Page 6: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

INDUSTRIJSKA KERAMIKA- svi keramički materijali mogli bi se prema porijeklu podijeliti u 4 skupine: monokomponentnu keramiku, neoksidnu keramiku, oksidne kristalne keramičke materijale, anorganska stakla1) MONOKOMPONENTNA KERAMIKA- ove materijale sačinjavaju četverovalnetni atomi IV grupe PSE (C, Si, Ge), a njima se još dodaje i bor- najvažniji keramički materijali iz ove grupe su poluvodički materijali (obrađuju se u elektrotehnici)- od velikog značaja su također materijali na bazi ugljika: razne vrste grafita i dijamantDIJAMANT- posjeduje karakteristike keramike u naročito izraženom obliku: talište 4100oC i najveće postojeće tvrdoće- dijamantna struktura nije stabilna faza ugljika, nego je to grafit--> dijamant je tek na povišenom pritisku stabilan (zato ga je teško proizvesti sintetičkim putem)--> u tu svrhu mora se postići potreban visoki pritisak pod kojim mogu rasti dijamanti kristali- moguće je dobiti vrlo male dijamantne kristale tako što se kroz prah grafita djeluje tlačnim valom izazvanim eksplozijom --> pri pritisku nastalom u valu eksplozije djelomično se modificira grafitu dijamant - sintetički dijamant je prvi put proizveden 1955. – bolja svojstva od prirodnog dijamanta jer nema nečistoća- razvojem tehnologije danas se nastoje proizvesti što veći i različitih boja sintetički dijamanti- dijamant se koristi kao materijal brusnog zrna promjera od 0,01mm pa na više--> koristi se i za rezne oštrice alata, pri obradi teško obradivih materijalaGRAFIT- od njegovih karakteristika istaknut ćemo visoku temperaturnu i kemijsku postojanost, električnu vodljivost, otpornost temperaturnim šokovima, dobru podmazivost- za razliku od drugih materijala, čvrstoća i krutost mu raste porastom temperature- grafit je najstabilnija modifikacija ugljika – talište mu nije točno poznato, ali se procjenjuje na oko 3500oC (plastičan postaje na približno 2500oC kao i druge keramike – ispod te temperature je krhak)- profilirani proizvodi koriste se kao elektrode za elektrolučne peći i elektrolizu, izmjenjivače topline, spremnika u kemijskoj industriji, vatrootporne materijale- grafitni proizvodi se koriste u gradnji strojeva i uređaja- gotovo oblikovani proizvodi od grafita su: brtve, ležajevi, četkice za rotirajuće električne strojeve- specijalni ugljikovi proizvodi u obliku niti – nastaju toplinskim raspadanjem ugljikovih spojeva (piroliza) pri čemu se uklone atomi vodika i dušika- niti (čistog ugljika (grafita) visoke čvrstoće i modula elastičnosti) mogu se dobiti od celuloznih ili drugih organskih vlakana- većinom se ipak izrađuju od organskih sirovina- danas na tržištu ima nekoliko skupina grafitnih niti koje se razlikuju po strukturi(usmjerenost i veličina kristala)- u početku su grafitne niti korištene u zrakoplovnoj tehnologiji, a danas se njihova upotreba proširila na područje sportske opreme, vozila i strojogradnje- nazivi ugljikova nit i grafitna nit u praksi se često međusobno zamjenjuju--> no razlika ipak postoji i to u temperaturi pirolize i čistoći materijala (ugljikova vlakna imaju općenito 93-95% ugljika, a grafitna više od 99% ugljika)BOR - interesantan je u obliku niti – one se sastoje od bora nataloženog na volframove niti (premda se bor može taložiti i na ugljikove niti)- borova nit ima povoljna svojstva: veliku čvrstoću i krutost pri vlaku i tlaku te otpornost visokim temperaturama (talište 2030oC)2) NEOKSIDNA KERAMIKA- materijali iz skupine neoksidne keramike sadrže više vrsta atoma – radi se o spojevima atoma C, Si, Ge kao i N, H, N međusobno ili s metalnim atomima- karbidi se već dugo se koriste kao tvrdi materijali- nova je mogućnost korištenja nitrida i karbida kao materijala za rad na visokim temp. u strojarstvu

~ 6 ~

Page 7: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- poznat je i rast stupnja djelovanja toplinskih strojeva s temperaturnom razlikom, a time i pogonskom temperaturom što zavisi o materijaluKARBIDI- od karbida najčešće se koriste WC, TiC i SiC prvenstveno kao materijali z razne oštrice alata i kalupe, a SiC kao abraziv u gradnji bruseva- s obzirom ne samo na veliku otpornost trošenju i koroziji SiC-a nego i na mali koeficijent trenja i dobru tolinsku vodljivost te čvrstoću što je zadržava i na visokim temperaturama, silicijev karbid postaje poželjan i za izradu visokotoplinski opterećenih strojnih komponenata- najnoviji materijal u fazi ispitivanja je silicij – silicijev karbid (SiC) što ga čini 90% SiC i 10% slobodnog silicija--> upotreba u strojogradnji za razne elementeNITRIDI*SILICIJEV NITRID (Si3Ni4)- među nitridima ima najvažniju ulogu- ima veliku otpornost puzanju i postojanost na vis. temp., malu temperaturnu dilataciju, veliku toplinsku vodljivost, a time i otpornost temperaturnim šokovima- najviše radne temp. koje postižemo Ni-slitinama iznose približno do 1000oC, dok bi u budućnosti sa Si3Ni4 radna temperatura mogla iznositi do 1400oC- konačni razvoj nitrida još nije postignut pa se očekuju poboljšanja termičkog koeficijenta djelovanja plinskih turbina i motoraOSTALI POZNATIJI NITRIDI SU:*KUBIČNI BOR NITRID (CBN)- po tvrdoći odmah iza dijamanta; kao abraziv se koristi za rezne alate i bruseve - odlično podnosi temp. šokove pa se zbog toga izvrsno ponaša kao materijal lonaca za metalne taline*TITAN NITRID (TiN)- široko se primjenjuje kao prevlaka na površinama reznih alata što mu produžuje trajnost zbog svoje velike tvrdoće i malog koeficijenta trenja*ALUMINIJEV NITRID (AlN)- ima dobru toplinsku vodljivost i otpornost mnogim talinama pa se koristi kao materijal lonaca za aluminijeve i mnoge druge slitineOSTALI NAJPOZNATIJI NEOKSIDNI MATERIJALI:*SIALON- to je Si3Ni4 s dodacima Al2O3, YO i TiC (naziv potiče od početnih slova sadržanih osnovnih komponenata)- ima veću žilavost i otpornost prema temp. šokovima i primarno se koristi kao materijal za rezne oštrice*TITANOV BORID (TiB2)- dobro zamjenjuje grafit kao materijal za elektrode pri elektrolizi aluminija- smanjivanjem razmaka katode i anode uštedi se i do 25% električne energije3) KRISTALIČNA OKSIDNA KERAMIKAKORUND (Al2O3)- najčešće korištena keramika u čistom stanju ili miješana sa drugim oksidima- ima veliku tvrdoću i umjerenu čvrstoću- ima široku primjenu: elementi strojeva podložni habanju, lonci u metalurgiji, rezne oštrice za obradu skidanjem strugotine – dakle, gdje se traži velika tvrdoća, otpornost trošenju i temperaturna postojanost- u prirodnom se stanju vadi iz zemlje i kao dragi kamen- kad sadrži kromnu kiselinu zove se rubin (osnovice satova), a sa oksidom željeza i oksidom titana daje safirCIRKONIJEV OKSID (ZrO2)- ima dobru žilavost, otpornost prema temperaturnim šokovima, habanju i koroziji te slabu toplinsku vodljivost i mali koeficijent trenja- noviji proizvod je djelomično stabilizirani cirkonij PSZ (partially stabilized zirconia)--> ima veliku čvrstoću i žilavost, a bolju pouzdanost u primjeni- ZrO2 se koristi u izradi manjih strojnih dijelova u cijelosti ili samo površinskih slojeva, te alata

~ 7 ~

Page 8: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- oksidni materijali koji se upotrebljavaju kao vatrostalni materijali moraju zadovoljiti 2 preduvjeta: moraju imati visoko talište i sadržavati stabilne faze što ne naginju kemijskim reakcijama--> to su obično SiO2, Al2O3 i MgO 4) ANORGANSKA NEMETALNA STAKLA- za staklo su još znali Egipćani oko 3000 g. p. n. e., a koristili su ga kao ukras- zahvaljujući pronalasku puhanja stakla, zanatska proizvodnja stakla prvo se pojavila u starom Rimu, dok ubrzani razvoj doživljava u Veneciji u srednjem vijeku- ind. proizvodnja stakla započinje u drugoj polovici 19.st. sa pojavom peći za topljenje stakla na plinsko gorivo- nagli razvitak mehanizacije i automatizacije industrije stakla nastaje početkom 20.st., pronalaskom stroja za automatsku proizvodnju boca- staklo je amorfan materijal koji poslije hlađenja mineralne tekuće faze dobiva mehanička svojstva krutog čvrstog tijela--> staklo se nalazi u toplinskom neuravnoteženom (nestabilnom) stanju i zato je sklono rekristalizaciji, naročito pri temperaturama 700-1000oC*pri hlađenju ispod tališta zadržava se najprije pothlađena talina, struktura koja odgovara metastabilnom ravnotežom stanju taline--> zbog umrežavanja strukture stakla u rastaljenom stanju postaje teško premještanje iona u klice kristalizacije (velika viskoznost)--> u toku hlađenja, viskoznost tekućine staklene mase naglo raste pa se masa ostakljuje--> količinu ostakljivanja određuju temperature tkf i tg

*pri temperaturi tkf (600-800oC) počinju se pokazivati prve karakteristike staklaste mase--> prijelaz iz plastičnog u čvrsto kruto stanje događa se na temperaturi ostakljivanja (tg), 400-600oC--> u blizini temperature tg viskozitet dosegne granicu između tekućine i čvrstog tijela (stakla)*interval ostakljivanja (tkf - tg) mijenja se u granicama 100-250oC, ovisno od kem.sastava i brzine hlađenja stakla- keramička stakla zbog svoje izotropne prolaznosti svjetla koriste se kao konstrukcijski materijal te kao materijal u optičkoj industriji- najveći praktičan značaj ima obično prozorsko staklo, staklo za boce, čaše itd.- tipičan sastav stakla se kreće u granicama: 70-76% SiO2, 10-14% CaO + MgO i 13-18% alkalnih oksida- većina vrsta stakala međusobno se mogu miješati što omogućuje izradu velikog broja različitih vrsta stakla- u obliku niti (staklene niti) sve se više koriste pri očvršćavanju kompozitnih materijala- što je staklo masivnije (deblje) čvrstoća mu je manja -> uzrok tome su koncentracije naprezanja što izviru u prvom redu od pogrešaka na površini--> ovi nedostaci smanjuju čvrstoću stakla za 2 do 3 reda veličine, prema idealnoj čvrstoći--> vjerojatnost postojanja takvih pogrešaka raste s debljinom uzoraka- vrlo tankim staklenim nitima može se postići gotovo teoretska čvrstoća--> ove niti (vlakna) dobiju se izvlačenjem rastaljenog stakla - pritom im je vlačna čvrstoća veća nego kod čelika- staklene niti imaju velik značaj u očvršćavanju kompozitnih materijalaIZRADA PROIZVODA OD INDUSTRIJSKE KERAMIKE- da bi se shvatilo što ograničava još veću upotrebu keramike u tehničkoj praksi, potrebno je upoznati ukratko proces proizvodnje i moguće greške u keramičkim proizvodima, a o čemu zavise njihova mehanička svojstva- proces proizvodnje odvija se u nekoliko faza – u svakoj od njih može nastati greška što se u pravilu teško može ispraviti u sljedećoj fazi*PRIPREMA- ova faza uključuje operacije između izvornog materijala i postupka oblikovanja proizvoda- najvažnije su: drobljenje sirovine, usitnjenje primarnih kristala, miješanje različitih praškova i pomoćnih materijala u homogenu smjesu- zavisno o kasnije primijenjenom postupku oblikovanja proizvoda na koncu pripreme dobije se suspenzija ili plastificirana masa*OBLIKOVANJE PROIZVODA- ovdje spada redoslijed operacija izrade i obrade proizvoda od industrijske keramike

~ 8 ~

Page 9: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- svrha ovih postupaka je što preciznije oblikovanje predmeta već u „zelenom“ stanju da bi se izbjeglo velike troškove završne obrade gotovih proizvoda*KERAMIČKA SUSPENZIJA- to je smjesa keramičkog praha, suspenzionog medija (voda, alkohol) i pomoćnih materijala--> pomoćni materijali utječu na aktiviranje i međusobno spajanje čestica praha te olakšavaju njihovo međusobno premještanje- postupak se dalje odvija na 2 načina:--> prvi predviđa usitnjenje osušene suspenzije i prešanje u kalupe konačnog oblika--> drugi je mogućnost lijevanja tjestaste suspenzije u kalupe pod normalnim ili malo povišenim tlakom*PLASTIFICIRANA MASA- to je smjesa keramičkog praha i organskih pomoćnih materijala- zbog većeg viskoziteta od keramičke suspenzije oblikuje se povećanim tlakom, i to ili u kalupu ili tiskanjem kroz profiliranu matricu (ovim posljednjim se dobiju profilirani proizvodi)*NANOŠENJE KERAMIKE- u postupak oblikovanja ubraja se i nanošenje keramike na metalnu podlogu- primjenu nalazi u elektrotehnici i strojogradnji za mehaničku, toplinsku i korozionu zaštitu površina*IZGARANJE DODATAKA- prije nego što će se pristupiti srašćivanju, toplinskom se obradom proizvoda u „zelenom“ stanju moraju ukloniti svi tragovi organskih pomoćnih materijala--> pritom nastanu dimenzion. promjene na izratku što napreduju od površine prema jezgri, a time i napetosti- ovaj se postupak provodi katkada i prije mehaničke obrade u „zelenom“ stanju (I), ali je obavezan u svakom slučaju poslije toga (II)*MEHANIČKA OBRADA U „ZELENOM“ STANJU- u ovom stanju nisu potrebni ni skupi alati, niti se troši velika energija jer ja materijal mekan- ovo je vrlo važna faza rada jer predmet treba dovesti u takav oblik da naknadnim srašćivanjem nastale dimenzionalne promjene dovedu izradak u točan konačni oblik--> to je vrlo teško pa je stoga izbor potrebnih parametara obrade i najstrože čuvana tajna u proizvodnji proizvoda od tehničke keramike*SRAŠĆIVANJE (SINTETIRANJE)- više ili manje porozni izradak što zavisi o tlaku pri oblikovanju grije se da bi se rastalili dodaci za srašćivanje- nastala tekuća faza omogućuje premještanje zrnaca, rastvaranje u njoj i ponovna izlučivanja iz nje- nastane zgušćavanje materijala, a time i dimenzionalne promjene--> vrlo važno da se ove promjene odvijaju predviđenim tijekom kako bi se dobila čitava serija jednakih izradaka- uvjeti pod kojima je izvršeno srašćivanje bitno utječu na strukturu, a time i na mehanička svojstva proizvoda (srasline)*ZAVRŠNA OBRADA- ako izradak u prethodnim fazama nije postigao zadovoljavajuću točnost oblika i dimenzija kao i kvalitet površine, potrebno ga je još naknadno mehanički obraditi- obrada je sada, radi velike tvrdoće materijala, vrlo teška i skupa jer traži skupe alate od dijamanta ili nove tehnološke postupke- u pojedinim slučajevima ovi troškovi mogu iznositi do 80% ukupnih troškova proizvodnje- zbog pretežno ionske i kovalentne veze u keramici ne dolazi u obzir obrada deformiranjem- nastale sitne greške u pojedinoj fazi rada ne mogu se ukloniti u sljedećoj – treba izbjegavati njihovo nastajanje--> smanjuju čvrstoću keramike jer predstavljaju izvor širenja pukotine pri opterećenju- osnovne 3 vrste greški: strane čestice (uključine), pore i površinske greške--> metalne čestice ostaju trajno u keramici, organske pri srašćivanju izgaraju i uzrokuju porozitete*SVOJSTVA KERAMIKE- tlačna čvrstoća je veća od vlačne čvrstoće- općenito je pravilo da vlačna čvrstoća keramike raste s smanjenjem veličine zrna- vrlo velika tvrdoća keramike daje veliku otpornost trošenju keramičkih elemenata

~ 9 ~

Page 10: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- manja gustoća keramike nego kod željeznih slitina i visoka temperatura taleljenja (2000-3000)- nedostatak udarne žilavosti i otpornosti temp. šokovima je u pravilu svojstven keramici*TEHNIČKE POTEŠKOĆE – proizlaze iz dijela loših karakteristika materijala i poteškoća oblikovanja proizvoda:- fina keramika je krhka i ne smije se vlačno naprezati- postupci izrade nameću prvenstveno manje dimenzije i jednostavniji oblik proizvoda- priprema sirovine ne može osigurati uvijek isti kvalitet, pa je i prenošenje laboratorijskih iskustava na masovnu proizvodnju finalnih proizvoda vrlo teško- postupci kontrole gotovih proizvoda još nisu savršeni pa nema kvalitetne završne kontrole*TRŽIŠNE POTEŠKOĆE – slijede dijelom i iz tehničkih poteškoća:- teško ostvariva serijska proizvodnja što ograničava primjenu samo na važne i skupe proizvode- jedino pouzdana serijska proizvodnja pojeftiniti će proizvode- danas je stanje u tehnici materijala takvo da mnogi tehnički problemi zahtijevaju neophodnu upotrebu keramike -> zato se u budućnosti mora raditi na uklanjanju njenih nedostataka

TRADICIONALNA KERAMIKA- tradicionalna (obična) keramika stoljećima je poznata i koristi se zbog svojih uporabnih karakteristika, dobre sposobnosti oblikovanja, relativno niske cijene i bogatih sirovinskih nalazištaGRAĐEVINSKA KERAMIKA- keramički proizvodi se u građevinarstvu koriste još od davnina--> tijekom vremena mijenjao se oblik proizvoda, usavršavala se tehnologija prerade sirovina i pečenja proizvoda, ali je keramika i dalje ostala jedan od osnovnih građevinskih materijala u građevinarstvu- pored toga što su beton i armirani beton (kompozit) postali osnovni građevinski materijali, keramički (glineni) proizvodi nisu izgubili na važnosti i njihova proizvodnja stalno raste- građevinsku keramiku obično dijelimo prema namjeni i to na: zidnu (cigle, pločice za oblaganje i keramički kamen), krovnu (crijep), kanalizacione i drenažne cijevi- u građevinsku keramiku ubrajaju se i sanitarno-tehnički proizvodi od porculana (umivaonici, kade, wc školjke)- građevinska keramika se dijeli prema strukturi na grubu (porozna i upija vodu) i finu (ne upija vodu, ima sitnozrnatu strukturu) građevinsku keramiku- dobiva se od lako topljivih glina, a djelomično i od teško topljivih glina- njena je karakteristika relativno gruba preradna masa i pečenje pri relativno niskim temp. 900-1100oC- za oblikovanje građevinske keramike koriste se plastični postupci i polusuho prešanje*ZIDNA I KROVNA KERAMIKA- oblik i veličina zidne krovne keramike su veoma različiti- da bi se poboljšale toplotno-izolacione osobine, izrađuju se ii šuplje opeke sa različitim oblicima šupljina pri čemu ukupni volumen šupljina iznosi 30% i više- osim opeke proizvode se i keramički blokovi koji se koriste za pregrade, ventilacione i dimne kanale- za krovove se koriste različiti tipovi crijepa (upijanje vode za crijep ne smije biti veliko)- osobine koje moraju imati zidni i krovni materijali određene su uvjetima njihove eksploatacije--> ovi uvjeti su uglavnom vezani za atmosfersko djelovanje, za promjene temp. iznad i ispod nule, a najčešće i za opterećenja--> prema tome, najvažnije osobine zidne i krovne keramike su: gustoća, poroznost, čvrstoća, toplinska vodljivost i otpornost na mraz- veličina upijanja vode određuje otpornost na razaranje pri smrzavanju što je specifična osobina građ.keramike--> ona određuje trajnost keramike tokom eksploatacije koja je izložena pozitivnim i negativnim temp.- za proizvodnju opeke i crijepa koriste se široko (uglavnom skoro svuda) rasprostranjene lako topljive gline i gline pomiješane sa kvarcnim pijeskom- gline koje se koriste za dobivanje zidne opeke po svojim osobinama veoma su raznovrsne pa se i po svom kemijskom sastavu međusobno veoma razlikuju (što se može vidjeti iz sadržaja najčešćih komponenata)- po strukturi crijep mora biti gušći od opeke jer ne smije propuštati vlagu--> crijep se peče u istim pećima kao i opeka na temp. 900-950oC

~ 10 ~

Page 11: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

*PODNE I ZIDNE PLOČICE- pločice za oblaganje podova i zidova moraju imati visoku gustoću, nepropustljivost za vlagu, visoku otpornost na abraziju i dovoljnu mehaničku čvrstoću--> zahvaljujući ovim osobinama keramičke pločice su našle široku primjenu u građevinarstvu- mogućnost najraznovrsnijeg bojenja, imitacije raznovrsnog plemenitog kamena (granita, mramora) omogućava njihovu upotrebu za dekoraciju- proizvode se različitog izgleda i oblika (po izgledu mogu biti glatke, hrapave i reljefne)NEORGANSKI VEZIVNI MATERIJALI- to su praškasti materijali koji se upotrebljavaju u građevinarstvu (gips, kreč, cement)- oni se pri miješanju sa vodom pretvaraju u „plastičnu“ masu koja zbog kemijskih procesa postepeno otvrdnjava, do svog konačnog krutog stanja- ovisno od sastava, osobina i oblasti primjene, neorganski vezivni materijali se dijele na materijale koji vežu na zraku i hidro vezivne materijale*MATERIJALI KOJE VEŽU NA ZRAK- imaju sposobnost da otvrdnjavaju, kada se pomiješaju sa vodom tj. da prelaze iz tekućeg i „plastičnog“ u kruto stanje te dugo održavaju i povećavaju svoju čvrstoću samo na zraku- takve tvari su gips i kreč (znali su ih stari Egipćani, Rimljani, Grci)GIPS – dobiva se od prirodnog minerala kalcija sulfat-hidrata (CaSO4, 2H2O) koji se u zemljinoj kori nalazi u slobodnom stanju kao sirovi gips--> žarenjem sirovog gipsa dobivaju se 2 proizvoda: građevinski gips i isušeni gips- GRAĐEVINSKI GIPS – dobiva se žarenjem na temperaturama 150-160oC pri čemu dolazi samo do djelomične dehidracije sirovog gipsa- ISUŠENI GIPS (CaSO4) – nastaje žarenjem sirovog gipsa na 700-900oC - građevinski gips brzo vezuje i brzo otvrdnjava--> vezivanje počinje nakon 4 min, a završava za 30 min--> ubrzano vezivanje gipsa nastaje pri smanjenoj količini vode i pri povišenoj temp. gipsane smjese (40-45oC)- gips se upotrebljava u građevinarstvu, kiparstvu, za izradu kalupa, maltera i lakih ploča za pregradne zidove- miješanjem sa krečom dobiva se malter sa veoma dobrim svojstvimaGRAĐEVINSKO VAPNO (KREČ) – dobiva se pečenjem vapnenca, krede, dolomitnih vapnenaca, dolomita i glinene krede--> koristi se pri dobivanju: vezivnih materijala, umjetnog kamena, blokova i drugih građevinskih proizvoda*MATERIJALI KOJI VEŽU SA VODOM-ovi hidro-materijali, poslije miješanja s vodom otvrdnjavaju na zraku – poslije toga njihova čvrstoća raste, ukoliko im se i dalje dodaje voda- najpoznatije i najvažnije hidro-vezivno sredstvo je cement (Portlandcement) koji služi kao osnovni sastojak za proizvodnju betona, danas najkorištenijeg konstrukcijskog građevinskog materijala- beton je kompozit (dva ili više materijala čine kompozit) sastavljen od cementa, vode, pijeska ili različitog granulata kamena i dodataka (aditiva)- cement je hidraulično vezivno sredstvo koje otvrdnjava u vodi i na zraku--> dobiva se finim mljevenjem mješavine sirovina vapnenca i glina (klinker) koje čine da u klinkeru prevladavaju silikati kalcija- klinker je sraslina smjese sirovina u zrnastom obliku (veličina zrna do 40mm)--> radi reguliranja vremena vezivanja cementa pri mljevenju se klinkeru dodaje 1,5-3,5% gipsa- od kvaliteta klinkera zaive najvažnije osobine cementa: čvrstoća, brzina vezivanja, trajnost i postojanost u uvjetima korištenja- dragocjena sirovina je i laporac (tupina) čiji je sastav blizak sastavu klinkera- Portlandcement je najpoznatiji po svojoj strukturi – naziv je dobio po gradu Portlandu (Engleska) znamenitom po kamenolomu (sirovina po svom sastavu najviše odgovara klinkeru) - u prirodi se rijetko susreću rude koje po sastavu odgovaraju klinkeru pa se zato obično miješaju različite sirovine da bi se dobio željeni sastav za pečenje klinkera

~ 11 ~

Page 12: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

- tehnološki proces proizvodnje portlandcementa sastoji se iz sljedećih osnovnih operacija:*vađenje vapnenca i gline (ili tupine)*priprema sirovina i korekcionih dodataka*pripravljanje homogene mješavine željenog sastava putem mljevenja*pečenje mješavine*usitnjavanje klinkera u finodisperzioni prah zajedno sa gipsom- pri otvrdnjavanju cementa odigrava se niz složenih kemijskih procesa, uz oslobađanje toplinske energije

4.KOMPOZITNI MATERIJALIVRSTE KOMPOZITA- kompoziti u užem smislu riječi nisu nikakvi novi materijali – oni su nastali kombinacijom dvaju ili više kemijski različitih krutih materijala ili faza što su međusobno nerastvorivi- ukupna svojstva ovakvog kompozita su iznad onih što bi imala svaka komponenta pri samostalnom djelovanju- kompozit se sastoji od određenog dijela ojačavajuće faze (najčešće u obliku niti – prvenstveno usmjerenih prema djelovanju naprezanja) i matice u kojoj su te niti učvršćene- kada se kompozit promatra kao moderni materijal, tada se misli na sintetički dobivene kompozite (npr. konstrukcije zrakoplova izrađene od epoksidnih smola pojačane ugljikovim nitima)- prirodni kompoziti su i vrlo stari materijali (kao drvo, kosti), a sastoje se od međusobno povezanih očvršćujućih niti--> nešto mlađi, od prije 4000 g. prije naše ere – izrađivane kolibe od blata s dodatkom slame--> kasnije je poznat čelik za sablje (sastoje se od slojeva visoko-dobra tvrdoća i niskougljičnog čelika-žilavost)--> relativno novi kompoziti – armirani beton (čelik + beton) i armirano staklo (čelična žica + staklo)* i beton je sam za sebe kompozit – sastoji se od cementa, pijeska i kamena različitog granulata- kompoziti se mogu različito vladati kako pri oblikovanju tako i u eksploataciji (ovisi o obliku ojačavajućeg elementa) – zato je moguća i sljedeća raspodjela kompozita: a) kompoziti izotropne strukture (raspršeno, prašinasto pojačanje), b) kompoziti s vlaknastim pojačanjem, c) laminati, d) kompoziti s površ. prevlakama- za tehničku praksu iz skupine kompozita izotropne strukture najinteresantniji su tvrdi metali i kermeti--> sastoje se od mješavine faza, dijela metalnih faza i keramičkih fazaTVRDI METALI- sadrže karbide prijelaznih metala; ovi materijali su na granici su između metala i keramike- imaju visoko talište i veliku tvrdoću zbog jakog utjecaja kovalentnih veza – dijelom imamo i metalnu vezu (velika električka vodljivost)- karbidi Ti, Zr i Hf(hafnij) su najtvrđi – najčešće se upotrebljavaju WC i karbidi mješanci te radi ekonomičnosti još i TiC te TaC-kao vezivo se koristi mekana metalna faza (najčešće Co, ali i Ni i Fe – kao njihovi mješanci, količinski do 20%)--> nastaje materijal velike tvrdoće, otpornosti trošenju, čvrstoće na povišenoj temperaturi- prikladni za upotrebu gdje se traži velika otpornost habanju i tamo gdje se oštrica alata grije: za obradu skidanjem strugotine, zatim za trnove za izvlačenje, te za oblaganje površina posebno izloženim trošenju- tvrdi metali ne mogu se dobiti iz taline jer se radi o visokim temp. taljenja i nestabilnosti WC u rastaljenom stanju – zato se izrađuju sraščivanjemKERMETI (CERAMIC METAL)--> uz metalnu fazu sadrže i pravu keramičku fazu (keramička faza na tim se temp. niti raspada, niti raste)- kada danas govorimo općenito o kompozitima misli se prvenstveno na materijale s polimernom maticom--> mehanička svojstva polimera su time znatno poboljšana (npr. posebno čvrstoća u određenom smjeru ako su ugrađene niti izrazito duge i usmjerene prema opterećenju)- najviše korišteni kompozit se sastoji od pojačavajućih niti i matice (niti su čvrste i krute, bez žilavosti pa same po sebi nemaju vrijednost; matica je manje čvrsta i kruta, ali žilavija od niti)- ako se ugrađuju 2 ili više vrsta niti, takav se kompozit naziva hibrid i on ima općenito bolja svojstva- ovi su materijali naišli u razvoju na veliki interes jer nude mogućnost materijala „krojenih po mjeri“ – to znači da se promjena rasporeda i gustoće niti u matici prilagođava različitim naprezanjima u unutrašnjosti

~ 12 ~

Page 13: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

konstrukcijskog elementa - najveću primjenu do danas imaju staklene niti povezane umjetnim materijalima--> međutim, moguće su i kombinacije drugih materijala- prema vrsti materijala niti dijelimo na:*organske (ugljik, sintetički materijali – lančane molekule - polietilen)*anorganske (stakla, bor, aluminijev oksid, silicijev karbid i nitrid, tantalov karbid (keramika))*metalne (toplinski obrađeni čelik, volfram, molibden, berilij)- hibridni kompoziti nastaju kombinacijom više od jedne vrste materijala za pojačavanje – to koristimo kada:--> time postižemo širi raspon fizikalnih i mehaničkih svojstava--> djelomično zamjenjujemo skuplje niti jeftinijima--> postižemo izbalansirani odnos elastičnosti i čvrstoće, ali i povećanje udarne žilavosti i poboljšavanje sposobnosti prigušivanja- veliku čvrstoću ovih vlakana (niti) objašnjavamo uzdužnom orijentacijom molekula, a zbog vrlo malog poprečnog presjeka mala je vjerojatnost pogrešaka na površini i u vlaknu--> stoga je istom materijalu u „debljem“ obliku čvrstoća puno manjaMATERIJALI ZA MATICE- matica u kompozitu ima općenito višestruku ulogu:--> nosi i prenosi naprezanje na nit što podnosi veći dio opterećenja, štiti nit od fizičkog oštećenja i kemijskog utjecaja okolnog medija--> sprečava širenje prskotina u kompozitu zbog svoje veće žilavosti--> štiti vlakno pri sabojnom opterećenju (stabilitet)KOMPOZITI S POLIMERNOM MATICOM- sačinjavaju obično epoksid, poliester, fenol i fluorovodik- najčešće su to epoksidne smole i poliesteri što su jeftiniji od epoksidne smole- zajedničko za duromerne matice je da konačna svojstva postižu tek nakon umrežavanja niskomolekularnih monomera- poliamidi izdrže temp. od preko 300oC i razvijeni su za očvršćavanje grafitnim nitima- razvoj kompozita u najnovije vrijeme teži zamjeni polimernih materijala matice, maticom od metala ili keramike (isti se materijali koriste i kao niti)--> razvoj ovih materijala teži poboljšavanju čvrstoće, žilavosti, otpornosti na vis. temp. i pouzdanosti u pogonu- prednost kompozita s metalnom maticom (u usporedbi s polimernom maticom) očituje se u većoj otpornosti povišenim temperaturama i žilavosti--> upotreba je donekle ograničena većom gustoćom i poteškoćama pri oblikovanju i izradi--> materijal matice je obično Al, AlLi, Mg i Ti – istražuju se mogućnosti izrade metalnih matica upotrebom i drugih materijala- prednost keramičke matice proizlazi iz prednosti keramike--> novi materijali matice što mogu svoja svojstva zadržati i do 1700oC su: SiC, Si3N4, Al3O3

- u fazi razvoja je kompozit ugljik i kao nit i kao matica što može dio svoje čvrstoće zadržati do 2500oC--> pri tome mu se smanjuje otpornost oksidaciji na visokim temp.- kritični faktor kod kompozita ojačanih nitima je kvaliteta veze između niti matice budući da se opterećenje prenosi preko dodirne površine matica-nit (ako je veza slaba dolazi do čupanja ili delaminacije strukture)- često imamo dobra mehanička svojstva pri vlačnom naprezanju dok su loša pri sabojnom budući da se pri izvijanju niti lako kidaju granične veze niti-matica (zato je za očekivati nove konstrukcijske princpie za upotrebu ovih materijala)KOMPOZITI S POLIESTERSKOM MATICOM- predmeti se oblikuju dodavanjem poliesterske i/ili epoksidne smole--> modul elastičnosti i čvestoća smole iznosi približno 1/20 onih od staklenih niti- smola se u tekućem stanju miješa sa staklenim nitima te se otvrdne nakon davanja oblika u čvrstu formu (proizvod)- budući da su smola i staklene niti samo po sebi gotovi materijali, mogu se svojstva njihovih kompozita lako

~ 13 ~

Page 14: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

procijeniti na temelju poznavanja svojstava sastavnih komponenata- kratke niti su manje efikasne od dužih i na njihova svojstva utječe vrijeme i temperatura- duge niti prenose opterećenje kroz maticu bolje, stoga se koriste u kritičnim slučajevima,naročito na vis.temp.- u laminatu od rowinga, platna ili mata sve su pojačavajuće niti paralelne s ravninom laminata--> okomito na tu ravninu naprezanja prenosi smola i granična ploha staklo-smola- zato takva naprezanja treba izbjegavati – idealno naprezanje je usporedno s ravninom ploče (laminata)- kod rowing laminata s nitima za pojačavanje uvažava se veličina čvrstoće samo u smjeru niti, a okomito na taj smjer čvrstoća iznosi približno 1/3 čvrstoće smole jer niti djeluju kao koncentrator- kod jednoosnog naprezanja sve niti su orijentirane u jednom smjeru--> ako se u pogonu nekom elementu mijenja smjer jednoosnog djelovanja, niti moraju biti orijentirane i u tim smjerovimaKOMPOZITI S METALNOM MATICOM- koriste se za izradu elemenata strojeva brzohodnih motora i u tehnologiji izgradnje zrakoplova (tamo gdje se traži veća specifična čvrstoća)--> uvodi se aluminij ili njegove slitine pojačane keramičkim nitima- elementi strojeva brzohodnih motora rjeđe se u cijelosti izrađuju od spomenutih kompozita, a češće se izrađuju samo djelomično i to na mjestima najvećeg mehaničkog ili toplinskog opterećenja--> razlog tome je ne samo bolja kombinacija mehaničkih svojstava ovakve kombinacije metal-kompozit nego i visoka cijena samog kompozita - u novije vrijeme za izradu posebnih dijelova u zrakoplovstvu zamjenjuje se kompozit na bazi aluminij ili pak sama Al-slitina, kompozitom: grafitno vlakno i epoksidna smola--> time se postiže smanjenje težine dijelova za 20-30%, smanjenje troškova proizvodnje do 30% i ušteda goriva približno za 2%- kada treba voditi računa o težini konstrukcije, uz određenu mogućnost elastičnog deformiranja, tada je potrebno usporediti specifične mehaničke karakteristike kompozita s metalnom i polimernom maticom - kod vrlo važnih konstrukcija od kompozita mora se provoditi vrlo pažljiva kontrola po cijelom proizvodu, radi osiguranja dobre povezanosti niti i matice--> u nekim slučajevima troškovi kontrole mogu doseći i 25% ukupnih troškova cijelog kompozitnog proizvoda

4.1.SRASLINE (SINTETIZIRANI MATERIJALI)- strukture prije opisanih metala dobivene su skrućivanjem taline i eventualnom modifikac. rešetke u krutnini- srasline nisu posebne slitine ili metali nego samo aglomerati različitih metala, nemetala, kemijskih i intermetalnih spojeva, sraštenih u čvrstu masu difuzionim vezivanjem- u praksi ponekad zahtijevamo takve kombinacije materijala koje nisu ostvarive na klasičan način – primjeri:--> tehnički nemoguće dobiti metale vrlo visokog tališta (W,Ti,Mo) u obliku poluproizvoda koji bi se dalje mogli prerađivati--> potrebno dobiti vrlo čiste metale ili slitine sa točno doziranim komponentama--> potrebno imati sraslinu između metalne i nemetalne komponente--> potrebno imati sraslinu sa reguliranim porozitetom (poroziteti se mogu impregnirati metalom ili nemetalom (samopodmazivi ležajevi) ili ostati neispunjeni (filtri))--> ekonomski opravdana masovna proizvodnja uglavnom sitnih dijelova odnosno elemenata strojeva- sraslina nastaje poslije miješanja praškova komponenata veličine nekoliko mikrona pa na više, njihova prešanja u kalupe na traženi oblik i naknadnog zagrijavanja ili čak bez njega- oblik srasline čestica može biti različitih, od sferičnih do zrnatih, jednolikih do različitih dimenzija, vrlo sitnih ili krupnih ili miješanih- primjenom vrlo visokih pritisaka čestice materijala se dovode u bliski kontakt tako da se već u hladnom stanju povezuju adhezijom, pogotovo ako su od materijala koji se lako plastično deformira- naknadnim zagrijavanjem može se postići difuzija atoma tako da se među česticama stvore zajedničke rešetke- moguće je i taljenje komponente nižeg tališta te time obuhvatiti sve ostale nerastaljene čestice- u metalurgiji praškova osnovna je poteškoća oblik proizvoda

~ 14 ~

Page 15: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

--> on ne smije biti kompliciran u sve 3 dimenzije jer se teško postiže homogenost pritiska--> danas je to donekle moguće postići izostatičkim prešanjem tj. prešanjem u elastičnom kalupu, što se ostvaruje visokim pritiskom tekućine s njegove vanjske strane- kada to i ne radimo namjerno, proizvodi su ipak više ili manje porozni, što pogoršava čvrstoću sraslina- porozitet se može smanjiti miješanjem zrnaca različite granulacije ili povećanjem pritiska,ali se ne može izbjećiKERMETI (CERAMIC METAL)- su srasline koje čine 2 vrste komponenti: jedna je keramička, a druga metalna (djeluje i kao vezivo)- osobine kermetala objedinjuju svojstva metala (dobre mehan. svojstva na sobnoj temp., otpornost na termički udar) sa svojstvima keramičkih materijala (dobre mehan. osobine pod utjecajem temperatura, vatrostalnost, otpornost na koroziju)- kermetali se dijele uglavnom prema keramičkoj komponenti na: oksidne, karbidne, nitridne, boridne i silikatne- primjenjuju se kao vatrootporni i termo-postojani materijali kao i sinterovani dijelovi za obloge kočionih papuča, za obloge spojnica, mlaznice mlaznih motora, rezne alateSRASLINE S VOLFRAMOVIM KARBIDOM WC- pokazuju visoku tvrdoću i na vis. temp. rezanja pa se koriste kao rezne oštrice alata- mogu se koristiti za rezanje kamena i tvrdih mineralaSRASLINE BRONCE- koriste se za male klizne ležaje sa dvostrukim podmazivanjem jer u šupljinama zadržavaju mazivoSRASLINE PRAŠAKA ILI VLAKANA- u različitim gradacijama poroznosti, koriste se kao filtri- ovisno o vrsti medija kojeg filtriraju izabiru se i metali otporni na koroziju u tom medijuIMPLANTI- u medicini, izrađuju se od sraslina nehrđajućeg čelika ili tantala- usađivanjem u kosti, koštano tkivo impregnira poroznu sraslinu i bolje sidri implant, nego uobičajeni način cementiranja implanta u kosti

4.2.POVRŠINSKE PREVLAKE- poželjna svojstva u unutrašnjosti materijala potpuno su nezavisna o svojstvima što ih treba imati površina--> najčešće se radi o kemijskoj postoj. u okolnoj atmosferi ili otpornosti trošenju, sposobnosti refleksije ili boji- rijetki su materijali kojima su svojstva u unutrašnjosti i na površini optimalno kombinirana- čvrstoća visokotaljivih metala (npr. W) je velika sve do visokih temperatura--> no, ovi metali reagiraju vrlo brzo s kisikom iz zraka tako da se mogu upotrebljavati samo u zaštitnom plinu--> zato je često potrebno spajanjem dvaju materijala postići istovremeno optimalna svojstva površine i jezgre- općenito, na površinu se nanosi sloj drugog materijala, što se čvrsto spaja uz podlogu, a ima svojstva zahtijevana za površinu- naneseni slojevi se koriste za zaštitu od korozije, oksidacije, habanja ali i izradu kalupa te popravak obradaka- nanošenje ovih slojeva obavlja se primjenom različitih tehnika- za promjenu karakteristika površine načelno postoje 3 mogućnosti: 1) prevlačenje slojevima drugog materijala, 2) promjena kemijskog sastava, 3) promjena strukture uz nepromijenjeni kemijski sastavPREVLAČENJE SLOJEVIMA DRUGOG MATERIJALA- višestruke mogućnosti pruža stvaranje površinskih slojeva brizganjem- ovim metodama mogu se nanositi ne samo metalni, nego i keramički umjetni materijali--> postupci se razlikuju po tome kako se materijal grije i kako se ubrzava prema tretiranoj površini *galvanski nanošeni slojevi se također primjenjuju, ali pod uvjetom da je podloga električki vodljiva--> nanošenje metalnog sloja vrši se uranjanjem predmeta u elektrolit što sadrži potrebne metalne ione i koji je uključen kako katoda--> ako materijal podloge nije vodljiv, tada se mora prije galvanskog tretmana nanesti na površinu jedan vodljivi sloj, npr. naparivanjem- neki primjeri nanesenih slojeva raznih vrsta materijala na metalnu podlogu, njihove prednosti i mane:--> metal – primjer: kositar – sposobnost deformiranja, dobra toplinska vodljivost – ako je sloj oštećen

~ 15 ~

Page 16: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

--> keramika – primjer: emajl – tvrdo, postojano na vis. temp. – krhko, slaba toplinska vodljivost--> umjetni materijali – primjer: teflon – deformira se sa metalom, dobra zaštita od korozije, mali koeficijent trenja – nepostojan na visokim temperaturama- kompoziti se danas masovno koriste u proizvodnji artikala za široku potrošnju- svi proizvođači tehničkih proizvoda nastoje postupno zamijeniti neke metalne elemente kompozitima--> kada se time ostvari neka prednost (npr. manja težina, povećana otpornost koroziji, lakša izrada) tada se izrađuje dotični element točno po uzoru na metalni

5.DRVO- velika primjena u tehničkoj praksi još uvijek pripada drvu, kao konstrukcijskom materijalu- njegovu široku primjenu omogućava veliki broj vrsta drveta sa svojim različitim svojstvima- drvo je jednostavan, lako pristupačan, jeftin i lako obradiv, a i dostatno pouzdan materijal- mnogi drvo svrstavaju u prirodan kompozit jer je građeno od više materijala- drvena masa ima strukturu koja se uglavnom sastoji od celuloznih vlakana, veziva lignina i šupljina--> celuloza se povezuje u celulozne stjenke, najčešće cjevastog oblika čiji su krajevi zašiljeni – ona formira jednoosne niti međusobno povezane ligninom tj. materijalom sličnim umjetnim smolama--> molekule celuloznih stijenki su tako poredane da mogu preuzeti višestruka naprezanja (unutrašnjost cijevi najčešće je bez čvrste materije)- svojstva drveta, kod njegove primjene, mogu biti: estetska, fizička, mehanička, fizikalno-kemijska*estetska svojstva opažaju se osjetilima, a tu pripadaju boja, tekstura, miris, sjaj, finoća*fizička svojstva – velikim dijelom utječu na mehanička svojstva; to su specifična masa (gustoća), vlažnost i deformacija drveta*mehanička svojstva – vrlo su anizotropna tj. karakteristike drva su u različitim smjerovima različite; nadalje, drvo kao prirodni materijal je nehomogen

5.1.ŠPER PLOČE, IVERICE I PANEL PLOČE- sva ova 3 proizvoda možemo smatrati kompozitima jer su građeni od više materijalaŠPER PLOČE – da bi se poboljšala mehanička svojstva drveta prišlo se izradi uslojenih drvenih ploča unakrsno poredanih drvenih folija (furnira) – furnir je tanki list drveta debljine 0,25-3,5 mm--> šper ploča se proizvodi lijepljenjem 3, 5, 7, 9 ili više furnira ukrštavanjem – njihovim se ukrštavanjem u šper pločama postiže povećanje mehaničkih i fizičkih svojstava šper pločaPANEL PLOČE - su sastavljene od srednjice obljepljene sa svake strane furnirom ili slojem polimera (npr. termoplastom koji može biti u boji ili imitacija nekog drva)--> vlakna furnira su pod pravim kutom na vlakna srednjice; srednjica se radi od „mekog drveta“, od letvica slijepljenih ljepilimaPLOČE OD IVERICE – su sastavljene od srednjice oblijepljene sa svake strane furnirom ili slojem polimera--> srednjica se radi od slijepljene pilotine (sitni ostaci pri obradi drveta - piljevina)--> mehanička svojstva će više ovisiti o svojstvima površine ploče i ljepila nego o korištenoj pilotini (piljevini)

6.KAMEN- materijal koji su ljudi među prvim počeli koristiti*Stonehenge (iz neolita i brončanog doba), Macchu Picchu („Izgubljeni grad Inka“, Peru)- bezbroj vrsta kamena, različitih fizikalnih svojstava, boja i danas ima veliku primjenu – možda nešto manju kao klasični građevinski materijal, a sve više kao dekorativni građevinski materijal- najčešći sastojci kamena: silicijev oksid (SiO2), aluminijevi silikati (liskuni, nefelini, zeoliti) i kalcijev karbn.CaCO3

- mramor i granit, ovisno o sastavu, mogu imati različite boje i teksture – koristimo ih za umjetničke predmete, prekrivanje površina u ekskluzivnim prostorijama – imaju visoku cijenu

~ 16 ~

Page 17: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

7.RECIKLIRANJEUVOD- recikliranje – pojam ponovnog korištenja (poznat od postanka čovjeka)- uz dosadašnje tradicionalne kriterije za procjenu kakvoće nekog proizvoda (npr. pouzdano zadovoljavanje namjene, sigurnost u radu, mogućnost izrade u granicama potrebna točnosti, jednostavno održavanje) sve se više ističe zahtjev za mogućnošću ponovnog korištenja ugrađenog materijala, a uz određeno dotjerivanje čak i čitavog proizvoda--> logičan zahtjev jer se time štedi materijal, energija i rad, a zaštićuje okoliš i rješava problem deponija- u industrijski razvijenim zemljama na snazi su propisi koji prisiljavaju proizvođača da o tome brine- proizvodi kojima je već konstrukcijom olakšano jeftinije recikliranje na većoj su cijeni, i konkurentniji na tržištu- ponovno korištenje određene vrste otpadnog materijala je relativno jednostavan posao- recikliranje masovno proizvedenih aparata i sklopova (npr. auti, kućanski aparati, električni aparati) postaje kompliciranije jer su sastavljeni od više vrsta različitih materijala -> potpuno odvajanje pojedine vrste materijala postaje vrlo teško, a često i nemoguće- pravilnom konstrukcijom novog proizvoda mora se predvidjeti što jednostavnije odvajanje pojedinih materijala, kada proizvod jednom bude rashodovan -> istina je da recikliranje počinje već pri konstruiranjuMOGUĆNOST RECIKLIRANJA- postoje 2 mogućnosti recikliranja: 1) recikliranje proizvoda i 2) recikliranje materijala1) pod recikliranje proizvoda podrazumijeva se ponovno korištenje određenog proizvoda nakon što je normalno iskorišten. U ovom slučaju dvije su mogućnosti:*rashodovani proizvod ponovno se koristi za istu namjenu (boce za pića ili plinove, motor auta za drugi auto)*rashodovani proizvod se koristi za drugu namjenu (aut. gume za bokobrane, motor auta za brodski motor)2) recikliranje materijala slijedi tek nakon što se rashodovani proizvod u cijelosti usitni ili nakon što se s njega prethodno skinu pojedini sklopovi. Odvajaju se međusobno pojedine vrste materijala, a poslije toga može se postupiti na dva načina:*usitnjeni materijal se rastali i od njega se izliju novi proizvodi ili poluproizvodi (od lomljevine aluminijevih slitina novi klipovi ili glave motora, od željeznih slitina novi trupci za gnječenje u poluproizvode)*usitnjeni materijal se koristi za drugu namjenu (usitnjene aut. gume kao gorivo u rotacionom pećima u cementnoj industriji, stari papir kao sastavna komponenta stočne hrane)PRIPREMA ZA RECIKLIRANJE- recikliranje proizvoda je u svakom slučaju interesantnije od recikliranja otpadnog materijala – štedi se materijal, energija i rad za lomljenje rashodovanih proizvoda, za odvajanje pojedinih vrsta materijala te za pretaljivanje i ponovno oblikovanje proizvoda- za recikliranje materijala, potrebno je proizvod usitniti, a materijal što potpunije separirati- svaka tehnologija usitnjavanja rashodovanog proizvoda ne omogućuje istu preciznost separiranja materijala – za sada su u primjeni sljedeće metode:*sječenje škarama – prikladno za lakše rukovanje materijalom, ali manje za odvajanje pojedinih vrsta materijala*prešanje proizvoda – daje pakete veće gustoće, lakši transport, ali se sve vrste ugrađenog materijala nađu pomiješane u istoj talini*Shredder postupak – razlomi proizvod sistemom velikih zupčanika u komadiće različite veličine--> magnetskim separiranjem odmah se izvlače dijelovi od željeznih slitina; ostalo na druge načine--> daljnje potpunije sortiranje tzv. „šrederiziranih otpadaka/smeća“ (npr. automobila) je vrlo važno jer ono iznosi oko 25% ukupne težine vozila, a to znači oko 420 000 t na milijun rashodovanih vozila*Shredder s dubokim hlađenjem proizvoda u tekućem dušiku do -150oC - omogućuje usitnjavanje krtih materijala (čelika) i lako odvajanje od žilavih (bakra) -> postupak je skup, ali prikladan za proizvode sastavljene od krtih i žilavih materijala (elektro motori)- najčešće konačno odvajanje pojedinih vrsta materijala ostaje za sada ipak ručno (postupak je skup, ali je prihvatljiv tamo gdje ima jeftine radne snage)

~ 17 ~

Page 18: Nemetali, kompoziti, drvo, kamen, recikliranje (3. dio)

RECIKLIRANJE I PRAVILNO KONSTRUIRANJE- pravilna konstrukcija mora olakšati operacije recikliranja, dakle i pojeftiniti proces- konstruktor novog proizvoda mora poznavati raspoložive postupke pripreme proizvoda tj. materijala – na temelju toga razrađena su određena pravila, čak i propisi koji služe kao smjernice za pravilno konstruiranje--> ta pravila dobro koriste pri konstruiranju proizvoda koji se izrađuju u velikim serijama--> za maloserijske proizvode ili one što će imati duži vijek eksploatacije (npr. 20 g.) teško je odrediti pravila--> kod malog broja istih proizvoda recikliranje se prilagođuje mogućnostima lokalnih poduzeća za promet sekundarnim sirovinama (od slučaja do slučaja različito)- 1. Pravilo kojeg bi se trebalo pridržavati: Izraditi po mogućnosti čitav proizvod od istog materijala (što često nije moguće pa tada treba nastojati: Reducirati broj vrsta materijala tj. izabrati kompatibilne materijale)- teško prepoznatljive vrste materijala potrebno je vidljivo obilježiti- usprkos svim nastojanjima često je potrebna upotreba nekog materijala koji je inkompatibilan s osnovnim materijalom konstrukcije (polimerni elementi u automobilu od čelika ili aluminijeve slitine)--> u tom slučaju:*predvidjeti lako međusobno odvajanje pojedine vrste (lakim otpuštanjem vijaka ili druge vrste spoja)*ispuštanjem raznih tekućina (ako nepotpunim isušenjem tekućine za kočnice u jednom vozilu ostane 0,24 l to znači 240 000 l izlivenih u okolicu na milijun rashodovanih osobnih vozila) - potpuno čisto odvajanje svih vrsta materijala u jednom proizvodu nije jednostavan posao- ako se pak žele koristiti neki proizvodi ili dijelovi nekog proizvoda (obično sklopovi), da bi se time došlo do uštede, moraju se prikladnom konstrukcijom olakšati sljedeće faze rada: demontaža, čišćenje, kontrola, dorada ili zamjena istrošenih dijelova, ponovo sastavljanje ZAKLJUČAK- u svijetu se danas posvećuje velika pažnja recikliranju -> postao predmet sve šireg stručnog i znanstv. istraž.- recikliranje ne znači samo štednju sveukupnih troškova proizvodnje nego i sve oskudnijih sirovinskih rezervi te zaštitu okoliša – potrebno je težiti novim proizvodima sa najpovoljnijim spašavanjem ugrađenog materijala- uzrečica „Iskoristi pa baci“ potrošačkog društva iz 80-tih zamijenjena u naprednim zemljama „Baci pa iskoristi“- kod nas se nedovoljno radi na recikliranju (obnavljanju sirovina)- država je pokrenula sakupljanje nekih vrsta materijala sa otkupom istih (plastične boce), što je znatno popravilo situaciju- postoje kontejneri za „čiste“ materijale (staklo, papir, plastika) koji se ne otkupljuju, to je prepušteno na savjest građana da ih nose na sve više mjesta za odlaganje takvog otpada u gradu

~ 18 ~