Polimeri Uvod

PPRERADBA POLIRERADBA POLIMEMEUUUvUv

Prof. dr. sc.Strojarski fakultet u

Zavod za proizvo


Zavod za proizvoZavod za proizvoKatedra za obradu odvajanjem

Zavod za proizvoKatedra za obradu odvajanjem

ERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALAddodod

Pero RaosSlavonskom Brodu

odno strojarstvo


odno strojarstvoodno strojarstvom estica i preradu polimeraodno strojarstvom estica i preradu polimera

SadrajSadrajSadraj Sadraj

Uvod Sistematizacija proizvo Sistematizacija proizvo Polimeri Teorijske osnove prera Postupci proizvodnjePostupci proizvodnje

SVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

Preradba polimernih materijala /Uvod 2

predavanjapredavanjapredavanjapredavanja

odnjeodnje

adbe polimernih taljevina

ZAVOD ZA PROIZVODNO STROJARSTVO

Ukupna svjetska prUkupna svjetska pr6

t

1000

n

j

a

/

1

0

6

100

r

o

i

z

v

o

d

n

100

j

e

t

s

k

a

p 10

u

p

n

a

s

v

j

1

1930. 1940.1950. 1960.. 1970 1980. 1990.2000.

U

k

u

2010


Godina


roizvodnja materijalaroizvodnja materijala

Sirovo eljezo (7800 kg/m3)

Al i ij (2710 k / 3)

Polimeri (bez kauuka)(1100 kg/m3)

Polimeri ukupno:

Bakar (8940 kg/m3)Aluminij (2710 kg/m3)

Kauuk (1000 kg/m3)Ci k (7130 k / 3)

2000. 180 mil. t2010. 270 mil. t

1983. Ukupna godinja i d j li

Cink (7130 kg/m3)

proizvodnja polimera volumenom nadmaila

proizvodnju sirovog eljeza!

0.


Podruja primjene pPodruja primjene p

AutomobiliNamjetaj

8 0%Automobili8,0%

Poljoprivreda2,0%

8,0%

Elektroindustrija7,0%

,

Graevinarstvo27,0%



olimernih materijalaolimernih materijala

Ostalo16,5%, %

Pakovanja27,0%

Kuanska oprema4,5%


PakovPakov



vanjavanja


GraeviGraevi



inarstvoinarstvo


Automobili (dijAutomobili (dij



elovi karoserije)elovi karoserije)


Automobili (vaAutomobili (va



anjski dijelovi)anjski dijelovi)


Automobili (uAutomobili (u



unutranjost)unutranjost)


Automobili (dAutomobili (dAutomobili (dAutomobili (d



dijelovi motora)dijelovi motora)dijelovi motora)dijelovi motora)


Udi li ih t ij lUdi li ih t ij lUdio polimernih materijalUdio polimernih materijal

1965. 1MATERIJALPolimeri 2Aluminij 2Olovo, bakar i cink 4

eljezo i elik 76

Ostali materijali 16j



b i t bilib i t bilia u osobnim automobilimaa u osobnim automobilima

1985. 1995. 2003.Maseni udio , %

10 13 154,5 6,5 73 3 3

68 63 61

14,5 14,5 14


MedicinsMedicins



ka tehnikaka tehnika


Elektrini i elekElektrini i elek



ktroniki proizvodiktroniki proizvodi


Kuanska oprKuanska opr



rema i ureajirema i ureaji


Zrakoplovna industrijaZrakoplovna industrijap jp j

A5



Airbus A350. U eksploataciji od 2013. Imat e vie od 53 % (masenih) dijelova od polimernih kompozita


Posebne Posebne



primjeneprimjenep jp j

Neprobojni prsluk od Neprobojni prsluk od KevlarKevlar vlakanavlakana


p j pp j p

Temeljne graTemeljne graTemeljne graTemeljne gra

1. RUDARSTVO2. POLJOPRIVREDA, UM

I EKSPLOATACIJA VODI EKSPLOATACIJA VOD

3 PROMET3. PROMET4. INDUSTRIJA5. GRAEVINARSTVO



aneane proizvodnjeproizvodnjeaneane proizvodnjeproizvodnje

P i d jMARSTVO DA

Proizvodnja sirovina

DA

P i d jProizvodnja artefakata

(t i i i di)(tvari i proizvodi)


SIROVINA TVAR

PRAVLJENJE TVARI

OPLEMENJTVATVARI TVA

PROIZVODNJA MATERIPROIZVODNJA MATERI

PROIZPROIZTVORTVOR


PProizvodnroizvodni lanac i lanac od sirovod sirov


MATERIJAL PROIZVOD

JIVANJE RI

IZRADBATVOREVINARI TVOREVINA

JALAJALA

ZVODNJA POLIMERNIHZVODNJA POLIMERNIHREVINA (PROIZVODA)REVINA (PROIZVODA)


vine do gotovog proizvodavine do gotovog proizvoda

Sirovine su prirodne nepreSirovine su prirodne neprerazliitim postupcima proizvte uporabljivi materijalite uporabljivi materijali.

Materija je sve to ima masTvar je oblik materije sastav

Materijal jest tehniMaterijal jest tehni



raene tvari od kojih seraene tvari od kojih se vodnje prireuju najprije tvari,

su i zauzima fiziki prostor.vljen od atoma.

ki uporabljiva tvar.ki uporabljiva tvar.


PPrrimjeri primjeri pr

SIROVINA TVARTVAR

eljezna ruda

Sirovoeljezoruda eljezo

Nafta Poli-merizat



oizvodnjeoizvodnje

MATERIJAL PROIZVODMATERIJAL O O

elik Zupanik

PET Coca-Colaboca


Nafta Poli-merizat



PET Coca-Colaboca


Klasifikacija izradbeniKlasifikacija izradbeni

STVORITI POVEZANOST

ZADRATIPOVEZANOST

PR

OB

LIK

glavnaskupina 1

glavnaskupina 2

RO

MJE

KA

PRA OBLIKOVANJE

PRE OBLIKOVANJEE

NA (STVARANJE

PRAOBLIKA IPRASTRUKTURE)

SV

OJ

g

PROMJENAPRASTRUKTURE)

JSTAVA

(PRESpremjetanjemestica tvari

POSTUPCIPOSTUPCI


POSTUPCI POSTUPCI POSTUPCI POSTUPCI

STVARANJA OBLIKA STVARANJA OBLIKA


h postupaka (DIN 8580)h postupaka (DIN 8580)

UMANJITI POVEZANOST

UMNOITI POVEZANOST

glavnaskupina 3

glavnaskupina 4

glavnaskupina 5

ODVAJANJE SPAJANJE(POVEZIVANJE)

PREVLAENJE(OSLOJAVANJE)

glavna skupina 6

A SVOJSTAVA IZRATKASTRUKTURIRANJE)

izluivanjemestica tvari

unoenjemestica tvari


PROMJENE OBLIKA i/ili SVOJSTAVAPROMJENE OBLIKA i/ili SVOJSTAVA

Proizvodnja strojeva za pProizvodnja strojeva za p

Ostaleljzemlje

30,9 %Svjetska

i d jproizvodnja19,6 milijard

EUR

Italija12 4 % S

912,4 %

Japan8,8 %



preradbu plastike i gume preradbu plastike i gume

Njemaka24,9 %24,9 %

Kina

:di

Kina13,7 %

SAD9,3 %

Izvor: VDMA, 2006.


Izvor: VDMA, 2006.

Postupci stvaranja oblikaPostupci stvaranja oblika

I. PRAOBLIKOVANJE je pravljenjeemu se postie povezanost meemu se postie povezanost mematerijala.a Reakcijsko praoblikovana. Reakcijsko praoblikovan

reakcijsko injekcijsko preb P blik j fi ik lb. Praoblikovanje uz fizikal

pravljenje vlakna iz otopc. Praoblikovanje iz taljevin

ekstrudiranje injekcijskoekstrudiranje, injekcijsko

PRAOBLIKOVANJE



e vrstog tijela od bezoblinih tvari pri eu esticama stvara se graaeu esticama, stvara se graa

njenjeeanje (RIM) l t b t ij llnu tvorbu materijala

pina, lijevanje plastifikata nao preanje lijevanje metalao preanje, lijevanje metala

PRERADBA


Postupci promjene oblikaPostupci promjene oblika

II. PREOBLIKOVANJEtoplo oblikovanje plastomernitoplo oblikovanje plastomernikovanje elinog pripremka

III ODVAJANJEIII. ODVAJANJEtokarenje, glodanje, rezanje

IV. POVEZIVANJEIV. POVEZIVANJEzavarivanje, lijepljenje, lemlje

V. PREVLAENJElakiranje, metaliziranje

PREOBLIKOVANJEODVAJANJE



ih pripremakaih pripremaka,

enje, uskonici

OBRADBA


VI. Postupci promjene svojstavVI. Postupci promjene svojstavp p j jp p j j

a. PROMJENOM POLOAJA hladno ovrivanje pri izvlaj pkaljenje, poputanje

b. IZLUIVANJEM ESTICA Trazugljienje

c. DODAVANJEM ESTICA TVc. DODAVANJEM ESTICA TVcementiranje, nitriranje



va proizvodava proizvodapp

ESTICA TVARIenju vlakana i ica, j ,

TVARI

VARIVARI


Procesi pri pretvorbProcesi pri pretvorbp pp p

Kibernetski pristup opisu svih fp p p tvar energija energija informacija

TOK INFORMACIJA = PTOK TVARI I ENERGIJE

1. PROCESI MIJENE2 PROCESI PRIJENOSA2. PROCESI PRIJENOSA3. PROCESI POHRANE



bi sirovina u proizvodebi sirovina u proizvodepp

fenomena na svijetu:j

POSTUPAKE = PROCES


KLASAFUNKCIJE

MIJENAFUNKCIJE (pretvorba

promjena

IZLAZ PROIZVODNA TEHNIKAProcesna tehnika

-

TVARProcesna tehnikaIzradbena tehnika

M

A

T

E

R

I

-

J

A

L

I

K

A

ENERGIJATehnika pretvorbe energije

E

R

G

E

-

T

I

K

AG J

Tehnika obradbe f

E

N

E

T

A

-

INFORMA-CIJE

informacijaTehnika mjerenja i voenjaI N

F

O

R

M

A

T

I

K

A


i voenja


PRIJENOSPRIJENOS(transport)

POHRANA

TRANSPORTNA TEHNIKA

TEHNIKA POHRANJIVANJA

Tehnika dobave Skladina tehnikaTehnika dobavePrometna tehnikaNiskogradnja

Skladina tehnikaVisokogradnja

Tehnika prijenosa energije

Tehnika pohraneenergijeg j

Tehnika prijenosa f

Tehnika pohraneinformacija informacija


PPRERADBA POLIRERADBA POLIMEME

PolimPolim


Zavod za proizvo


Zavod za proizvoZavod za proizvoKatedra za obradu odvajanjem

Zavod za proizvoKatedra za obradu odvajanjem

ERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALA

merimeri


odno strojarstvo


odno strojarstvoodno strojarstvom estica i preradu polimeraodno strojarstvom estica i preradu polimera

PolimPolimPolimeri su skupni naziv za tv

t j k k l k lsastojak makromolekula. mamo

Polimeri MaMakromolekula je ona specifMakromolekula je ona specif

polimere ini pose

Model i objanjenje strukture poHermann STAUDINGER(1923. uveo pojam makromole


(1923. uveo pojam makromole

Preradba polimernih materijala /Polimeri 2

merimerivari i materijale kojih su osnovni

akros = velikoolecula = mala masakromolekulni spojevifina razina strukturiranja kojafina razina strukturiranja koja

ebnom klasom tvari.

limera:

ekule, 1953. Nobelova nagrada)


ekule, 1953. Nobelova nagrada)

Podjela polime

PPRRIRODNIIRODNIPPRRIRODNIIRODNInpr. prirodni kauuk

drvna pulpa celulozni nitr

SINTETSKISINTETSKInpr. PVC



era po postanku

rat


Podjela polimera po

ORGANSKIORGANSKIORGANSKIORGANSKInpr. polistiren (PS)

ANORGANSKIANORGANSKIANORGANSKIANORGANSKInpr. silikonski kauuk (SI)



o kemijskom sastavu


PolimePolime

Polimerizacijaproces stvaranja strukture pumreivanje ili bez njegaumreivanje ili bez njega.

R k ij l jReakcija lananja:

M

M ( i k l k l i j)

n M M - monomer (niskomolekulni spoj)n - stupanj polimerizacije



erizacijaerizacija

polimera lananjem uz

(M) (M)n


PolimerizacPolimerizac

SIROVINA HH ||C

H

C

H

|

|

|

|=n n

nafta ugljen

ETILEN (ETEN) ETHH

ugljen zemni plin

ME

niskomolekulni spoj

pon

niskomolekulni spoj

POLIMERIZAT + DODACI


POLIMERIZAT + DODACI


cija polietilenacija polietilenaHH||

HH

|| CH

C

H

|

|

|

|n

C

H

C

H

||

|

|n n

TILEN-MONOMER POLIETILEN (PE)HH nHH

ER POLIMERNA TVARnavljajua jedinica (POLIMERIZAT)

makromolekulni spojp j

POLIMERNI MATERIJAL


POLIMERNI MATERIJAL

MakromolekuMakromoleku



la polietilenala polietilena


Makromolekule



e nekih polimerap


Kratka povijest razvoKratka povijest razvo1856. C. Goodyear ebonit (m1869 J W Hyatt celuloid (dj1869. J.W. Hyatt celuloid (dj1910. L.H. Baeckeland bake

PRVI POTPRVI POTDo 20. godina 20. stoljea umreprevladavajui u primjeni polimprevladavajui u primjeni polim1922. H. Staudinger uveo p1935 W H Carothers Nylon1935. W. H. Carothers Nylon1937. J. P. Flory kinetike st

omoguavaju sinteze najomoguavaju sinteze najpolietilena niske gustoe,poli(metil metakrilata)


poli(metil-metakrilata)


oja sintetskih polimeraoja sintetskih polimeramodifikacija prirodnog kauuka)elovanje kamfora na celulozu)elovanje kamfora na celulozu)

elit (fenol-formaldehidna smola) TPUNO SINTETSKI POLIMER!TPUNO SINTETSKI POLIMER!eeni polimeri bili su eraeraojam makromolekule n (sinteza poliamidnih vlakana)n (sinteza poliamidnih vlakana) tudije adicijskih polimerizacijajvanijih plastomera:jvanijih plastomera: , poli(vinil-klorida), polistirena i


Kratka povijest razvoKratka povijest razvo1937. O. Bayer sinteza poliu1939. komercijaliziran poliamid 1941. J. R. Whinfield Teryleny1942. komercijalizirane nezasi1942 razvijeni prvi silikoni (Dow1942. razvijeni prvi silikoni (Dow1943. P. Castan patentirao s1947. na tritu se pojavljuju pr1948. na tritu se pojavljuje akp j j j1950. komercijaliziran Teflon



oja sintetskih polimeraoja sintetskih polimerauretana

6 (I.G. Farben)n (sinteza poliesterskih vlakana)( p )ene poliesterske smolew Corning)w Corning)sintezu epoksidnih smolarve epoksidne smolekrilonitril/butadien/stiren poli(tetrafluoretilen)


Kratka povijest razvojKratka povijest razvoj

1953. H. Schnell sintetiza po1956. A. Hay otkrie poli(fen1961. komercijaliziran poli(vinilj p (1962. komercijalizirani fenoksi1964 komercijalizirani etil/vinil1964. komercijalizirani etil/vinil 1983. ukupna godinja svjetska

volumenom premaila pr2000. Godinja svjetska proizvj j p

200 milijuna tona (ne ra



ja sintetskih polimeraja sintetskih polimera

olikarbonatanilen-oksida)l-denfluorid))i etilen/propilenski elastomeri acetat ionomeri i poliimidacetat, ionomeri i poliimid

a proizvodnja polimeraroizvodnju eljeza i elika

vodnja polimera premaila j p paunajui lakove, boje i vlakna)


Klasifikacija postupakaKlasifikacija postupakaPOLIMERPOLIMER

ADICIJSKA POLIMERIZACIJAADICIJSKA POLIMERIZACIJA

LANANA POLIMERIZACIJALANANA POLIMERIZACIJA

radikalna polimerizacija (npr. PVC)

anionska polimerizacija (npr. poli (cijan-akrilat))

kationska polimerizacija (npr. PVE)

t ifi li i ij ( PP)


stereospecifina polimerizacija (npr. PP)


a polimerizacije (IUPAC)a polimerizacije (IUPAC)RIZACIJARIZACIJA

KONDENZACIJSKA POLIMERIZACIJAKONDENZACIJSKA POLIMERIZACIJA(npr. PC, PF, UF)

STUPNJEVITA POLIMERIZACIJASTUPNJEVITA POLIMERIZACIJA

( p , , )

(npr. EP)


PolimerizacPolimerizac

Homogena polimerizacija:Homogena polimerizacija: polimerizacija u masi ili polimerizacija u otopinipolimerizacija u otopini

Heterogena polimerizacija:Heterogena polimerizacija: polimerizacija u masi, polimerizacija u otopini, p j p , suspenzijska polimerizacija, emulzijska polimerizacija, polimerizacija u plinskoj fazi meupovrinska polikonden



ijski procesiijski procesij pj p

i nzacija.


StrukturStruktur

MOLEKULNA ili KEMIJSKA(strukturiranje na razini jedn

NADMOLEKULNA ili FIZIK(strukturiranje na razini siste

Razlika je u eneRazlika je u ene



a polimeraa polimerapp

A STRUKTURAne molekule)

KA STRUKTURA ema molekula)

ergiji veze!ergiji veze!


Molekulna (kemijskMolekulna (kemijskMolekulna (kemijskMolekulna (kemijsk

Str kt ra makromolek le dStruktura makromolekule d

veliinom makromolekuleveliinom makromolekule(prosjenom molekulnmolekulnih masa)molekulnih masa),

brojem tipova mera u ma opim izgledom makrom konfiguracijom makromog j konformacijom makromo



ka) struktura polimeraka) struktura polimeraka) struktura polimeraka) struktura polimera

definirana jedefinirana je:

eenom masom i razdiobom

akromolekuli,molekule,olekule iolekule.


Veliina mVeliina mMolekulna masa = karakteristi

Polimer = polidisperzni sustav sastavljen od makromolekula rasastavljen od makromolekula rapolimerizacije)

Sustav makromolekula potrebndva statistika parametra:dva statistika parametra:

prosjenom molekulnom prosjenom molekulnom razdiobom molekulnih m



akromolekuleakromolekuleka pojedine makromolekule

makromolekula, tj. sustav azliite veliine (stupnjaazliite veliine (stupnja

no je stoga karakterizirati s

masom masomasa


Razdioba molekuRazdioba moleku

BIOPOLIMERI

e

k

u

l

a

i

o

m

o

l

U

d

Mn M



lnih masa polimeralnih masa polimerapp

SINTETSKI POLIMERI

Molekulna masa Mw


Brojana prosjena Brojana prosjena molekulnamolekulna masamasa

MasenaMasena prosjena prosjena molekulnamolekulna masamasa



MNi

iii

n N

MNM

=

ii

MN 2ii

i

iii

w MN

MNM

=

i


Broj tipoBroj tipo

Prema broju tipova mera u

j pj p

Prema broju tipova mera u

HomopolimeriHomopolimeri(makromolekula se sastoji ( j

K li iKopolimeri(makromolekula se sastoji ( j



ova ova meramera

makromolekuli razlikuju se:makromolekuli razlikuju se:

samo od jednog tipa mera)j g p )

od dva ili vie tipova mera)p )


KopKopKopKop

STATISTIKI KOPOLIMER

NAIZMJENINI KOPOLIMERNAIZMJENINI KOPOLIMER

BLOK KOPOLIMER

CIJEPLJENI KOPOLIMERCIJEPLJENI KOPOLIMER

mer



olimeriolimeriolimeriolimeri

A mer B


Opi izgled mOpi izgled mgg

LINEARNA

GRANATA

UMREENA



makromolekulemakromolekule


Konfiguracija Konfiguracija Konfiguracija makromolekuleskup podataka o broju i tipovimaskup podataka o broju i tipovimastrukturi mera i redoslijedu i nai

Konfiguracijom je u potpunomakrmakr

Razine strukturiranja makromole1 k fi ij1. konfiguracija mera2. bliski konfiguracijski pored3 d l ki k fi ij ki3. daleki konfiguracijski pore4. makromolekulna konfigura



makromolekulemakromolekule

a mera u makromolekuli kemijskoja mera u makromolekuli, kemijskojinu njihova vezanja.

osti opisana kemijska strukturaomolekule!omolekule!

ekulnih konfiguracija:

dakd kdakacija


Konfiguracija Konfiguracija K fiK fiKonfiguKonfigu

CisCis

TransTrans konfiguracija merakonfiguracija mera


TransTrans konfiguracija merakonfiguracija mera


makromolekulemakromolekuleijijuracija merauracija mera

konfiguracija merakonfiguracija mera


KonfiguracijaKonfiguracijaBli ki k fiBli ki k fiBliski konfigBliski konfig

Prostorna regularnost uProstorna regularnost u

Prostorno pravilne konfiguracije (stereProstorno pravilne konfiguracije (stere

Izotaktika k.

Sindiotaktika k.

Prostorno nepravilna konfiguracija:

Ataktika k.



a makromolekulaa makromolekulaij ki d kij ki d kguracijski poredakguracijski poredak

u vezanju nesimetrinih merau vezanju nesimetrinih mera

eoregularnost):eoregularnost):

CH

C

H||


RH||

Konformacija mj

Konformacije = stereoizomeo o ac je s e eo o eprelaziti jedan u drugi bez kidDeformiranja kutova meu nj



makromolekula

erni oblici molekule koji mogue ob c o e u e oj ogudanja kemijskih veza i jima.


Nadmolekulna (fizikaNadmolekulna (fizikaVrste veza uVrste veza u

P i (k ij k )Primarne (kemijske) vezePovezanost mera u m

Sekundarne (fizikalne) veSekundarne (fizikalne) veMeusobna povezano

Van der Waalsodipolne siledipolne silevodikovi mosto



a) struktura polimeraa) struktura polimera polimerima polimerima

emakromolekulnom lancu

ezeezeost makromolekulnih lanacaove sile

vi


Razine nadmolekulnePOTPUNA DJELOMINA

NEUREENOSTBLISKI POREDAK

UREENOJEDNOJPOREDAK JEDNOJ DIMENZIJ

PLINOVITO AMORFNO j

KRISTALk i li istanje vrsto stanje

KAPLJASTO

kristalizi

KRISTALKAPLJASTOstanje

KRISTALstanje (k


SpecifinSpecifin


e ureenosti struktureUREENOST POTPUNA

UREENOSTOST U UREENOST

U DVIJETRODIMENZIJSKIDALEKI

JIU DVIJE DIMENZIJE

DALEKI POREDAK

LASTO (djelomice ) j

KRISTALNO jrano) vrsto stanje

LASTO kapljasto

stanje

MONOKRISTALILASTO kapljasto kapljeviti kristali)

MONOKRISTALI


na struktura polimerana struktura polimera

Nadmolekulna stNadmolekulna stNadmolekulna stNadmolekulna st

AMORFNAAMORFNAAMORFNA AMORFNA



truktura polimeratruktura polimeratruktura polimeratruktura polimera

STRUKTURASTRUKTURASTRUKTURA STRUKTURA


Nadmolekulna stNadmolekulna stNadmolekulna stNadmolekulna st

KRISTALASTA SKRISTALASTA SKRISTALASTA SKRISTALASTA S

AMORFNA PODRUJA

KRISTALNA

SAVIJENO

PODRUJA(KRISTALITI)


KRISTALIZIRANE LAMELE


truktura polimeratruktura polimeratruktura polimeratruktura polimera

STRUKTURASTRUKTURASTRUKTURASTRUKTURA

USPOREDNO


KRISTALIZIRANE LAMELE

Sferolitna nadmolekuSferolitna nadmoleku



lna struktura polimeralna struktura polimeraAMORFNOPODRUJE

KRISTALNO PODRUJE


Kristal poKristal po



olietilenaolietilena


Fizika staFizika staDeformacija polimernog tijela ovisvremenu u kojem se deformacija j joptereivanja (ponajvie brzini op

Fizika stanja polimera:Fizika stanja polimera: staklasto

t gumasto kapljasto

skupine fizikih stanja, grupstoga se ta stanja jo nazivaju g j j jstanja. deformacijska stanja reflekti

k l k l t li kSVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

makromolekule u toplinskom g


nja polimeranja polimerasi o naprezanju, temperaturi,promatra i uvjetimaj

ptereivanja)

irane po kriteriju deformabilnosti, i deformacijska ili relaksacijska j j

raju pokretljivost (gibljivost) ib j ZAVOD ZA PROIZVODNO STROJARSTVO

ibanju.

Fizika stanja amFizika stanja am(Dij(Dij(Dijagr(Dijagr

,

T

KAPLJASTOSTANJE

G

e

r

a

t

u

r

a

G

T

e

m

p

e

STAKLASTOSTANJE

Vrijeme optereivanja, log t

STANJE


j p j , g


morfnog polimeramorfnog polimeraTT tt))ram ram TT--tt))

GUMASTOGUMASTOSTANJE

Podruje staklastogprijelaza

STAKLASTOSTANJESTAKLASTO

STANJE

Brzina optereivanja, log v t


p j , g

Termomehanika Termomehanika (Ovisnost deforma(Ovisnost deforma(Ovisnost deforma(Ovisnost deforma

LINEARNI AMORFNI POLIMERLINEARNI AMORFNI POLIMER

m

a

c

i

j

a

STAKLASTOS

GUMS

D

e

f

o

r

m

STANJE STA

gTg



krivulja polimerakrivulja polimeracije o temperaturi )cije o temperaturi )cije o temperaturi )cije o temperaturi )

f

MASTO KAPLJASTOSANJE STANJE

Tf


Temperatura

Fizika staFizika staStaklasto stanje

El ti d f ijElastina deformacijaostvaruje se promj pi valentnih kutova

deformacija polimera u j ptipa kao deformacije sta

mala po iznosu nastaje mala po iznosu, nastaje priblino slijedi Hookeo


p j


anja polimeraanja polimera

mjenama valentnih veza j

staklastom stanju istog je j g jakla i keramike e i nestaje trenutanoe i nestaje trenutanov zakon elastinosti


Fizika staFizika sta

Gumasto stanjeViskoelastina deformacija

ostvaruje se pomjostvaruje se pomjmakromolekule to

ostvaruju se razmjerno ostvaruju se razmjerno za nastanak i nestanak

konano vrijeme (relak




ajenama konformacijejenama konformacije

oplinskim gibanjem

o velika elastina istezanjao velika elastina istezanjak deformacije potrebno je ksacijsko vrijeme)


Fizika staFizika sta

Kapljasto stanjeap jasto sta jePokretljivost segmenata md i ib j j dda se oni gibaju u smjeru d

premjeta se centar ma nepovratljiva deformacij




makromolekule toliko je velika dj l j t jdjelovanja optereenja.

asa makromolekulaja teenje


Karakteristike fizikKarakteristike fizik

Staklasto stanjejStakl

(temperatura stak(temperatura stakDEFORMACIJS

( f (specifinos

Gumasto stanjeTecTec

FAZNI PR



kih prijelaza polimerakih prijelaza polimera

Gumasto stanjejlite Tgklastog prijelaza)klastog prijelaza)SKI PRIJELAZ

)st polimera)

Kapljasto stanjeite Tite TfRIJELAZ



Kristalasti plastomeripPrije nego se rastale (prijenjihova fizika struktura mnjihova fizika struktura m

KristalastaTaliTali

(temperatura ta




eu u kapljasto stanje) ijenja seijenja se

Amorfnate Tte Tm

aljenja kristalita)


Karakteristike fizikKarakteristike fizikOstale ope karakteristike

Prijelazi izmeu fizikih stanjase zbivaju u odreenom tempse zbivaju u odreenom tempkarakterizira dogovornom dis

Staklite (Tg) nije fazni prijelafi ik (d f ij k ) jfiziko (deformacijsko) stanje

Polimeri ne mogu prijei u pli Polimeri ne mogu prijei u plijedan fazni prijelaz (teciteTf)




a nisu skokoviti (diskretni) veperaturnom podruju koje seperaturnom podruju, koje sekretnom temperaturom (Tg i Tf)

z, ve prijelaz iz jednog u drugoie tvari

novito stanje tj imaju samonovito stanje, tj. imaju samo)


Ovisnost termomeOvisnost termomeo stupnju ureeno stupnju ureen

AMORFNI LINEARNI POLIMER

a

c

i

j

a

e

f

o

r

m

a

D

Tg



ehanike krivulje ehanike krivulje nosti strukture nosti strukture

UMREENIUMREENI POLIMER

KRISTALASTI POLIMER

TfTm Td


Temperatura


Umreeni polimeri (duromU e e po e (du o ne mogu se rastaliti (ne razgrauju se pri tempe

razgraditu (Td)g ( d) pri istim uvjetima ostva

deformaciju od amorfndeformaciju od amorfn podruje prijelaznih tem

gumasto stanje redovit




meri i elastomeri)e e asto e )emaju tecita Tf)eraturi razgradnje,

ruju manju gumastu ih polimeraih polimera

mperatura iz staklasto u to je mnogo ire


Ovisnost termomeOvisnost termomeo stupnju ureeno stupnju ureen

AMORFNI LINEARNI POLIMER

a

c

i

j

a

e

f

o

r

m

a

D

Tg



ehanike krivulje ehanike krivulje nosti strukture nosti strukture

UMREENIUMREENI POLIMER

KRISTALASTI POLIMER

TfTm Td


Temperatura

PPRERADBA POLIRERADBA POLIMEMEPPRERADBA POLIRERADBA POLIMEME

Polimerni Polimerni

Prof. dr. scProf. dr. scStrojarski fakultet u

Zavod za proizvKatedra za obradu odvajanje

Strojarski fakultet uZavod za proizv

Katedra za obradu odvajanjej jj j

ERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALA

materijalimaterijali

c. Pero Raosc. Pero Raosu Slavonskom Broduvodno strojarstvoem estica i preradu polimera

u Slavonskom Broduvodno strojarstvoem estica i preradu polimerap pp p

Opa klasifikaOpa klasifika

POLIMPOLIMPOLIMPOLIM

T

I

METALIMETALIK

O

M

P

O

Z

I

T

K


Preradba polimernih materijala /Polimerni materijali 2

acija materijalaacija materijala

MERIMERIMERIMERI

T

I

KERAMIKEKERAMIKEK

O

M

P

O

Z

I

T

K


Opa klasifikacija (KEMIJSKA I

STRUKTURNAGRAA

KARAKTESVOJGRAA

METALI anorganski materijali metalne kemijske veze kristalini (amorfni)

toplinska vodlj elektrina vod plastina defo( ) p

POLIMERI

organski ili anorganski kovalentne veze makromolekulna struktura kristalasti

niska gustoa toplinska izola elektrina izol relaksacijska s kristalasti

amorfni relaksacijska s viskoelastino

anorganski materijali ionske i kovalentne

visoka tvrdoa krhko vrsto s

KERAMIKE veze kristalini amorfni

elektrina izol toplinska izola toplinska post kemijska post

KOMPOZITI MAKROKOMPOZITIMIKROKOMPOZITI



(tehnikih) materijala

ERISTINASTVA

RAZREDIKLASE / VRSTE

VIEFAZNI MATERIJALI

jivostdljivostormabilnost

ELJEZNI METALI LAKI METALI OBOJENI METALI K

SLITINE(npr. bronca)

KOMP

aacijaacijasvojstva

PLASTOMERI DUROMERI ELASTOMERI

KOMPOZITI(npr. UP+ s.v.)LEGURE(npr elastoP

OZI

svojstvaost

(npr. elasto-plastomeri)

astanje

PRIRODNE K. VEZIVA (CEMENTI)

SMJESE(npr. prozorsko

TI

acijaacijatojanostojanost

KREMENA STAKLA SILIKATNE K. OKSIDNE K. NEOKSIDNE K.

staklo)

BETON DRVO PAPIR


Klasifikacija polimKlasifikacija polim( j i i( j i i(prema ponaanju pri povien(prema ponaanju pri povien

PLASTOMERI DUROPLASTOMERI DURO

Mekaju, taljivi i topljivi Netaljivi i nMekaju, taljivi i topljiviU otapalu bubre

Netaljivi i nU otapalu n

Struktura:linearne ili granate

Struktura:prostorno gg

makromolekulep gumreene makromole



mernih materijalamernih materijalai t ti t t DIN 7724)DIN 7724)im temperaturama im temperaturama DIN 7724)DIN 7724)

OMERI ELASTOMERIOMERI ELASTOMERI

netopljivi Kemijski umreeni:netopljivi ne bubre

Kemijski umreeni:Netaljivi, netopljiviFizikalno umreeni:Fizikalno umreeni:Taljivi

gusto Struktura:djelomice umreene g

ekule

jmakromolekule


Klasifikacija polimKlasifikacija polim

Sastav:

(ostali k(ostali k

Sastav: Homogeni polimeri Kompozitni polimeri (mjeav Kompozitni polimeri (mjeav

Stupanj ureenosti strukture: Amorfni Kristalasti

K i t l i Kristalni

Broj tipova mera (ponavljajuih j p (p j j Homopolimeri (jedan tip mer Kopolimeri (dva ili vie tipova



mernih materijalamernih materijalakriteriji)kriteriji)

vine smjese punjeni ojaani)vine, smjese, punjeni, ojaani)

jedinica) u makromolekuli:j )ra)a mera)


Oznaivanje polimOznaivanje polimPrirodni i modificirani prir

Trivijalni nazivi:porijeklo (npr celuloporijeklo (npr. celulo

porijeklo i kemijski s

kemijska reakcija (n

glavna primjena (npglavna primjena (np



mernih materijalamernih materijalarodni polimerni materijali

oza)oza)

sastav (npr. nukleinska kiselina)

npr. katalasa)

pr krob)pr. krob)


Oznaivanje poliOznaivanje poliSi t t ki li

Oznauju se na temelju naziva g

Sintetski polimOznauju se na temelju naziva g

Homopolimeri (jedan tip mpoli ispred naziva glavnog mpoli ispred naziva glavnog m

Primjeri:monomer: etilen polimer: pmonomer: etilen polimer: pmonomer: etilen tereftalat



mernih materijalamernih materijalai t ij li

glavnih monomernih sastojaka

merni materijaliglavnih monomernih sastojaka.

era): monomernog sastojkamonomernog sastojka

polietilen)polietilen) polimer: poli(etilen-tereftalat)


Oznaivanje poliOznaivanje poliSi t t ki liSintetski polim

Kopolimeri (dva ili vie razlNe rabi se predmetak poli vodvajaju kosim zagradamaodvajaju kosim zagradama

Primjer:monomeri: akrilonitril butmonomeri: akrilonitril, but polimer: akrilonitril/buta



mernih materijalamernih materijalai t ij limerni materijali

liitih tipova mera): ve se monomerni sastojci

tadien stirentadien, stirenadien/stiren


Oznaivanje polimOznaivanje polimGeneriki nazivi:

Na temelju kemijske struktureNa temelju kemijske struktureIUPAC (International Union o

Primjer:jPoli (etilen-tereftalat) == -acetil--oksimetil-poli( acetil oksimetil poli(

Normirane kratice:Normirane kratice:(ISO 1043-1, ASTM D 160npr PE polietilen


npr. PE - polietilen


mernih materijalamernih materijala

e glavnih ponavljajuih jedinicae glavnih ponavljajuih jedinicaof Pure and Applied Chemistry)

(oksietilenoksitereftalol)(oksietilenoksitereftalol)

00, DIN 7728, IUPAC )


PlastPlastPlastPlast po potronji najproirenija skp p j jp j

razlikuju se po stupnju ureerazlikuju se po stupnju ureeamorfni plastomeri p



tomeritomeritomeritomerikupina polimernih materijala p p j

enosti strukture:enosti strukture: prozirni (nemodificirani


kristalasti plastomeri mutn

zagrijavanjem mekaju i potozagrijavanjem mekaju i potomeumolekulnih veza)



ni i neprozirni (nemodificirani)

om se tale (zbog sekundarnihom se tale (zbog sekundarnih


Temperaturna ovisnost Temperaturna ovisnost amorfnih pamorfnih p

STAKLASTOSTANJE

GUMSTTS

amorfnih pamorfnih p

STANJE STTS

Rastezna vrstoa Rm

Istezanje

TgPODRUJE UPORABE


(TS - podruje staklastog prijelaza, TT - pod


mehanikih svojstava mehanikih svojstava lastomeralastomeraMASTOTANJE

KAPLJASTOSTANJETT TR

lastomeralastomera

TANJE STANJETT TR

TemperaturaTf Td


druje teenja, TR - podruje razgradnje)

Najvaniji amoNajvaniji amoKratica Naziv PVC Poli(vinil-klorid)PS

( )Polistiren

CA Celulozni acetatS/BABSSAN

Stiren/butadien blok-kopolimerAkrilonitril/butadien/stiren Stiren/akrilonitril kopolimer

ASAPMMA

pAkrilonitril/stiren/akrilat Poli(metil-metakrilat)

PA 6-3-TPCPPE (PPO)

Amorfni poliamidPolikarbonatPoli(fenilen-eter) [poli(fenilen ok( )

PSUPESPEI

( ) [p (PolisulfonPoli(eter-sulfon)Poli(eter-imid)


PEIPAI

Poli(eter imid)Poli(amid-imid)


orfni plastomeriorfni plastomeriStaklite Tg, C Skupina

81 Masovni100 plastomeri

10590*85*106

Prijelazniplastomeri

100*105

(*Tg glavne faze)

ksid)]

147150175 Konstrukcijski)] 190230217

Konstrukcijski plastomeri


217277

Temperaturna ovisnost kristalastih p

STAKLASTO GUMASTOTS

kristalastih p

Rastezna vrstoa R

STAKLASTOSTANJE STANJETS

Rastezna vrstoa R

Istezanje

TgPODRUJE UPORAB


(TK - podruje taljenja kristalita)


mehanikih svojstava plastomera

KAPLJASTOTT TRTK

plastomera

R

KAPLJASTOSTANJETT TRTK

Rm

Temperatura

Tf TdBE

Tm


Najvaniji kristNajvaniji krist

Kratica Naziv

PE-LD Polietilen male gustoePE-LDPE-HDPP

Polietilen male gustoePolietilen velike gustoePolipropilen

PTFEPET

Poli(tetrafluoretilen)Poli(etilen-tereftalat)

PA 11PA 12PA 66

Poliamid 11Poliamid 12Poliamid 6.6

PA 610PA 46POM

Poliamid 6.10Poliamid 4.6Poli(oksimetilen)

PBTPPSPEEK

( )Poli(butilen-tereftatlat)Poli(fenilen-sulfid)Poli(eter-eter-keton)


PEEK Poli(eter eter keton)


talasti plastomeritalasti plastomeri

Staklite Tg, oC Skupina

- 100- 100- 115- 18

Masovniplastomeri

-9769

Prijelazniplastomeri

4341575085

- 38

Konstrukcijski plastomeri

2288143


143

Plastomerne Plastomerne Mjeavine makromolekula(najee dva)(najee dva)

K ibil i l iKompatibilni plastomeri: mijeanjem daju homogenu Djelomice kompatibilni plasto homogeno se mogu izmijea homogeno se mogu izmijea

samo u ogranienim podrujN k tibil i l t iNekompatibilni plastomeri: mijeanjem daju viefazne s



slitine (legure)slitine (legure)a razliitih vrsta plastomera

slitinu do molekulne razineomeri:ati s drugim plastomerimaati s drugim plastomerima jima

slitine


Najvanije plasNajvanije plasj j pj j p

Kratica Naziv

PC+ABSPC+PBT

Polikarbonat + APolikarbonat + PPC PBT

ASA+PCPA+PPE

Polikarbonat PAkrilonitril/stiren/Poliamid + Poli(fPA+PPE

PA+ABSPPE+SB

Poliamid + Poli(fPoliamid + AkriloPoli(fenilen-eter)PPE+SB Poli(fenilen-eter)



stomerne slitine stomerne slitine

Akrilonitril/butadien/stirenPoli(butilen-tereftalat)Poli(butilen tereftalat)/akrilat + polikarbonatfenilen-eter)fenilen eter)onitril/butadien/stiren) + Stiren/butadien) + Stiren/butadien


DuroDuroU fizikoj strukturi duromera prevumreenost makromolekula primumreenost makromolekula prim

amorfna nadmole



omeriomerivladava gusta prostorna

marnim (kemijskim) vezamamarnim (kemijskim) vezama ekulna struktura


Dur

U d

Dur

U potpuno umreenom duromerveza, ali je teko postii potpunud ij k t ji i li dduromera uvijek postoji i mali udblago mekanje duromera pri za

Kod rahlo umreenih duromera j iti d j tmogue jasno uoiti podruje st



romeri

k d ih (fi ik l ih)

romeri

ru nema sekundarnih (fizikalnih) u umreenost, pa u strukturi di fi ik l ih k j tj dio fizikalnih veza koje utjeu na agrijavanju.

taj je utjecaj jo znaajniji, pa je t kl t ij ltaklastog prijelaza.


Durom

Pri sobnim temperaturama ukruTakve karakteristike zadravajuTakve karakteristike zadravaju

Duromeri neznatno bubre i nijeDuromeri neznatno bubre i nije

Kada jednom duromerna pretpoada jed o du o e a p etpopreradbe) postigne prostorno ummogue (za razliku od plastomeg ( pomekati i rastaliti.



meri

ueni su i malo deformabilni.u itavom podruju uporabeu itavom podruju uporabe.

ih mogue otopiti.ih mogue otopiti.

olimerna smjesa (tijekom o e a s jesa (t je omreenu strukturu nije je vie era) zagrijavanjem ponovno ) g j j p


Temperaturh ikih jmehanikih svoj

VRSTO AMORFNO

Rastezna vrstoa Rm

Istezanje

PODRUJE UPORABE



na ovisnost j t djstava duromera

STANJE TR

Temperatura

Td


Temperatura

NajvanijNajvanijj jj j

Kratica NazivPF Fenol formaPFUF

Fenol-formaUrea-formal

MFUP

Melamin-forNezasiena

PDAPSI

Poli(dialilftalSilikonska sSI

EPSilikonska sEpoksidna s



ji duromeri ji duromeri jj

aldehidna smolaaldehidna smoladehidna smola

rmaldehidna smolapoliesterska smolap

latna) smolamolamola

smola


ElastoElasto

Kemijski umreeni elastomerijFizikalno umreeni elastomeri

Nadmolekulna struktura: rahlo (djelomino) meuso

koje uglavnom tvore amor

neke vrste elastomera modjelomice kristalizirati i tvodjelomice kristalizirati i tvostrukture.



omeriomeri

Gumei Elastoplastomeri

obno umreene makromolekule rfnu nadmolekulnu strukturu.

gu pri posebnim uvjetima riti kristalaste nadmolekulneriti kristalaste nadmolekulne


Kemijski umreeniKemijski umreeni osnovni sastojak gum j na temelju vrste kauuka

daju se nazivi i itavom e

a

c

i

j

a

j staklite umreenih elas

sobnih temperaturaSTAKLASTO GD ef

o

r

m

a

sobnih temperatura zato se elastomeri pri

STAKLASTOSTANJE

GS

D

ptemperaturama nalaze ugumastom stanju

gTgumastom stanju

= velika istezljivost i relaTg



elastomeri (gume) elastomeri (gume)est kauuka kao osnovnog sastojka, elastomernom materijalu

fj

stomera znatno je ispod UMASTO KAPLJASTO

i uobiajenim uporabnim

UMASTOSTANJE

KAPLJASTOSTANJE

j pu entropijski elastinom,

Tativno niska vrstoaTemperatura

Tf


Temperaturna ovisnostTemperaturna ovisnostk ij ki k ij ki kemijski umreekemijski umree

STAKLASTO STANJE TS

Rastezna vrstoa Rm

Istezanje

Tg



mehanikih svojstava mehanikih svojstava ih l tih l tenih elastomeraenih elastomera

GUMASTO STANJE TR

TdPODRUJE UPORABE


Temperatura

OsnovneOsnovne skupineskupine elaelaKratica Naziv

Skupina M (zasieni osnovni lanac - jednostruke kemijske vez

EPDMIIRFCMACMPIB

Etilen/propilen/dienski elastomerButilni (izobutilen/izoprenski) elasFluorni elastomerPoliakrilatni (akril/esterski) elastoPoliizobutilenPIB Poliizobutilen

Skupina O (kisik u osnovnom lancu)

CO (ECO) Epiklorhidrinski elastomer

Skupina R (nezasieni osnovni lanac - dvostruke kemijske vezp ( j

BRIRNRCR

Butadienski elastomerIzoprenski elastomerPrirodni (izoprenski) elastomer Klor-butadienski (kloroprenski) el

SBRNBR

( p )Stiren/butadienski elastomerAkrilnitril/butadienski elastomer

Skupina Q (silicij u osnovnom lancu)

SI (SIR) Polisiloksan (silikonski elastomerSI (SIR)FSIR

Polisiloksan (silikonski elastomerFluor-silikonski elastomer

Skupina U (ugljik, kisik i duik u osnovnom lancu)

PUR Poliuretanski elastomer


ASM Alkilen-sulfidni elastomer


astomera (kauuka)astomera (kauuka)Staklite Tg, C

e)

stomer

omer

- 60 - 35- 38- 90- 90

70- 70

- 20

ze))

astomer

- 102- 73- 73- 40- 35

- 60 - 30

r) 115r) - 115- 115

- 40


- 60

Fizikalno umrFizikalno umrEl t lEl t lElastoplaElastopla

El t l t i ( l ThElastoplastomeri (engl. Thesu posebna skupina blok-kosu posebna skupina blok ko

kopolimera kod kojih su jeplastomernog tipa a drugeplastomernog tipa, a drugeelastomernog tipa.

Prema strukturi plastomernihamorfni (staklite iznad sokristalasti (staklite ispod


( p


reeni elastomeri reeni elastomeri t i (TPE)t i (TPE)astomeri (TPE)astomeri (TPE)

l i El )ermoplastic Elastomers) polimera ili cijepljenihpolimera ili cijepljenih dne skupine mera (A) e skupine mera (B)e skupine mera (B)

h blokova razlikuju se:obnih temperatura) sobnih temperatura)


p )

Struktura amorfnihStruktura amorfnih

blok Ablok Bblok Bfizikalna umreenja



elastoplastomera elastoplastomerapp


Najvanije skupineNajvanije skupinej j pj j p

Kratica Skupina

TPE-ETPE-S

Esterski elastoplaStirenski elastoplaTPE S

TPE-ATPE-U

Stirenski elastoplaPoliamidni elastopUretanski elastopTPE-U

TPE-OTPE V

Uretanski elastopOlefinski elastoplaEtilen/propilen/dieTPE-V Etilen/propilen/die



e elastoplastomera e elastoplastomera pp

astomeriastomeriastomeri plastomerilastomerilastomeriastomerienski elastoplastomerienski elastoplastomeri


Uporabna svojstva pUporabna svojstva p

VLASTITAVLASTITA(INTRINZIKA)(INTRINZIKA)

UPOUPOSVOSVO(INTRINZIKA)(INTRINZIKA)

SVOJSTVASVOJSTVAPOLIMERAPOLIMERA

SVOSVOPOLPOL

(PRO(PROPOLIMERAPOLIMERA



polimernih materijalapolimernih materijala

PROIZVODNAPROIZVODNA(PRERADBENA)(PRERADBENA)

ORABNA ORABNA OJSTVAOJSTVA (PRERADBENA)(PRERADBENA)


OJSTVAOJSTVALIMERA LIMERA OIZVODA)OIZVODA)

POLIMERAPOLIMERA


Uporabna svojstva Uporabna svojstva p jp jOvise o: vrsti optereenja (kratkot nainu optereivanja (sta nainu optereivanja (sta brzini optereivanja, temperaturi, mediju (vlaga, kemikalije j ( g , j toplinsko-reolokoj prolo mehanikoj (deformacijsk mehanikoj (deformacijsk

prethodnih optereivanja



polimernih materijalapolimernih materijalap jp j

rajna, dugotrajna),atiko dinamiko)atiko, dinamiko),

... ),),osti (nain i uvjeti preradbe) ikoj) prolosti (uvjetikoj) prolosti (uvjeti ).


Mehanika svoMehanika svo

Na mehanike karakteristikNa mehanike karakteristiknajznaajnije utjeu temp

k ti b i tu komponenti brzina opteoptereenja).

Ograniivi se u razmatranjOgraniivi se u razmatranjoptereenja, polimerni matemperature i povienje bbrzine deformiranja), odgo


j ), gvrstoe, odnosno krutost


ojstva polimeraojstva polimera

e polimernih materijalae polimernih materijala peratura i vrijeme (sadrano

i j i t j jereivanja i trajanja

jima na statikajima na statika aterijali na snienje brzine optereivanja (tj. ovaraju povienjem


j p jti.

Nominalni dijagram raste

amorfni plasto

j g

amorfni plasto

a

n

j

e

,

n

a

p

r

e

z

a

a

s

t

e

z

n

o

R

a



ezno naprezanje-istezanje

meri i duromeri

p j j

meri i duromeri

kristalasti plastomeri

gumaguma


Istezanje,

Nominalni dijagram Nominalni dijagram rastrastpri razliitim brpri razliitim brpri razliitim brpri razliitim br

a

n

j

e

,

0

A ( =

n

a

p

r

e

z

a A (0 =

( = konst.)

a

s

t

e

z

n

o

B

R

a

RELAKSACIJA


RELAKSACIJA NAPREZANJA


tezno naprezanjetezno naprezanje--istezanjeistezanjerzinama istezanjarzinama istezanjarzinama istezanjarzinama istezanja

0& &

konst )

0&C

konst.)

PUZANJEPUZANJE

RELAKSACIJA ISTEZANJA

Istezanje

(RETARDACIJA)


Istezanje,

Dinamiko (periodino)Dinamiko (periodino)e

z

a

n

j

e

N

a

p

r

e

0



) optereivanje polimera) optereivanje polimera

0&

0&HISTEREZA

DISIPACIJSKA ENERGIJA (PRIGUENJE)=

DIO MEHANIKE ENERGIJE NEPOVRATLJIVO

D f ij0

DIO MEHANIKE ENERGIJE NEPOVRATLJIVO PRETVOREN U TOPLINSKU ENERGIJU


Deformacija

Ukupna deformacUkupna deformac

= elastina (povratljiva) defo

uel - elastina (povratljiva) defopl - plastina (nepovratljiva) d

Elastina deformacija

Eel =EN - energijski elastina deforET - entropijski elastina defo


ET - entropijski elastina defo


cija vrstog tijelacija vrstog tijela

+ormacija

plelormacijadeformacija

ETEN +rmacijarmacija


rmacija

PPRERADBA POLIRERADBA POLIMEMEPPRERADBA POLIRERADBA POLIMEME

Teorijske osnoTeorijske osno

Prof. dr. scProf. dr. scStrojarski fakultet u

Zavod za proizvKatedra za obradu odvajanje

Strojarski fakultet uZavod za proizv

Katedra za obradu odvajanjej jj j

ERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALAERNIH MATERIJALA

ove preradbe Iove preradbe I

c. Pero Raosc. Pero Raosu Slavonskom Broduvodno strojarstvoem estica i preradu polimera

u Slavonskom Broduvodno strojarstvoem estica i preradu polimerap pp p

Teorijske osnTeorijske osn

Preradba polimera temelji sep jviskoelastine deformacijek ij kih k ij tij kkemijskih reakcija tijekom

Karakteristike gotovog proizbit lik j d k ktbitno se razlikuju od karaktei ostalih tvari (dodataka) odni ostalih tvari (dodataka) odntijekom preradbe (preradbe


Preradba polimernih materijala / Teorijske osnove preradbe I 2

ove preradbeove preradbe

e na zakonitostima e, zagrijavanja i hlaenja, te

dbpreradbe.

voda (uporabna svojstva)i tik l ih li iheristika polaznih polimernih

nosno njihovih svojstavanosno njihovih svojstavana svojstva).


Uporabna svojstva pUporabna svojstva p

VLASTITAVLASTITA(INTRINZIKA)(INTRINZIKA)

UPOUPOSVOSVO(INTRINZIKA)(INTRINZIKA)


SVOSVOPOLPOL

(PRO(PROPOLIMERAPOLIMERA



polimernih materijalapolimernih materijala

PROIZVODNAPROIZVODNA(PRERADBENA)(PRERADBENA)

ORABNA ORABNA OJSTVAOJSTVA (PRERADBENA)(PRERADBENA)


OJSTVAOJSTVALIMERA LIMERA OIZVODA)OIZVODA)

POLIMERAPOLIMERAREOLOKAREOLOKA

TOPLINSKATOPLINSKATOPLINSKATOPLINSKA


Reologija polimReologija polim

Reologija je znanost koja propri teenju.

Temeljna zadaa reologije sastTemeljna zadaa reologije sastpovezanosti naprezanja, defor

Teenje polimernih tvari i materkompleksne je naravi Glavne kkompleksne je naravi. Glavne k

trodimenzionalno neizotermno nestacionarno



mernih taljevina mernih taljevina

ouava teenje i deformacije

toji se stoga u prouavanjutoji se stoga u prouavanju rmacija i vremena.

rijala pri proizvodnji karakteristike takvog teenja su:karakteristike takvog teenja su:


Temeljne zakoTemeljne zakopolimernihpolimernih

Neumreeni polimeri (plastili talita postaj t polimeili talita postaju tzv. polime

Polimerne taljevine ne pokaponaanje ve imaju i izraponaanje ve imaju i izra

Takvo se specifino ponaTakvo se specifino ponaopisuje pojmom viskoelasti



onitosti teenja onitosti teenja h taljevina h taljevina

tomeri) zagrijani iznad tecitaerne talje ineerne taljevine.

azuju idealno viskoznoena elastina svojstvaena elastina svojstva.

anje polimerih taljevinaanje polimerih taljevinainosti.


Ukupna deformacija Ukupna deformacija

= u=

V - viskozna deformacija (visknepovratljiva (trajna)temperaturno i vremensk

ET - entropijski elastina defopovratljiva deformacija (apovratljiva deformacija (atemperaturno i vremensk


specifina je karakteristik


polimernih taljevinapolimernih taljevina

+ ETv

+

kozno teenje)

ki ovisna

ormacijaali ne trenutano)ali ne trenutano)ki ovisna


ka polimera (i u vrstom stanju!)

Viskoelastino pViskoelastino pa

n

j

e

N

a

p

r

e

z

N

Vrijem

a

c

i

j

a

ET

D

e

f

o

r

m

a

v

D


Vrije


ponaanje polimeraponaanje polimera

VISKOELASTINA KAPLJEVINA(viskoelastino vrsto tijelo)

me

Viskozna kapljevina(Idealno plastino vrsto tijelo)

uId l l ti

(Idealno plastino vrsto tijelo)

Idealno elastino vrsto tijelo


me

Viskozno teenje Viskozno teenje Modelom viskoznog teenjapriblino tono opisati teenjpriblino tono opisati teenjPritom je zanemaren efekt elas

Vrste teenja pri preradbi polimeSmino teenje

Ekstrudiranje, injekciRastezno teenje

Razvlaenje vlakanajTlano teenje

Polimerne taljevine sSVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

Polimerne taljevine s


polimernih taljevina polimernih taljevina a kapljevina mogue je e polimernih taljevinae polimernih taljevina.

stinog deformiranja taljevine!

ernih taljevina:

jsko preanje

a, ekstrudiranje filma, puhanje, j , p j

smatraju nestlaivima! ZAVOD ZA PROIZVODNO STROJARSTVO

smatraju nestlaivima!

SminoSminoNewtonov model stacionaNewtonov model staciona

vx (y)

h vx (y)

x

yh

x



teenje teenjearnog laminarnog strujanjaarnog laminarnog strujanja

F, vo

Smina deformacijaSmina deformacija

tx dddy

vy dd

d x==Brzina smine Brzina smine

deformacijedeformacije

yv

tx

dd == &


ytd

Pri konanim sminim brzinamab dh ij i t j tzbog adhezije i unutarnjeg otpo

dinamika smina viskoznos

Smina viskoznost ovisi o vmolekula i temperaturi (izraava

Pri stacionarnom sminom teeproporcionalna su sminoj brzproporcionalna su sminoj brzupravo smina viskoznost .



a, kapljevina se opire smicanjuT j t t i iora. Taj otpor tvari naziva se

t ili samo smina viskoznost . vrsti i sastavu tvari, veliini a se u Pas).

enju, smina naprezanja zini. Faktor proporcionalnosti jestzini. Faktor proporcionalnosti jest


Newtonov zakon smiNewtonov zakon smi

u= & u = Tvari koje se pokoravaju Newtonjutnovskim kapljevinama (np(npj p j ( p( p

Smina viskoznost polimernih tapovisio o sminoj brzini. Radi se o

( ) konst= &&



inog viskoznog teenjainog viskoznog teenja

konstuz = konst.uz =novom zakonu teenja nazivamo

pr. voda, alkohol, benzin itd.). pr. voda, alkohol, benzin itd.). p , , )p , , )

aljevina nije konstantna, ve j j ,o nenjutnovskim kapljevinama:

( ) && =t. ZAVOD ZA PROIZVODNO STROJARSTVO

Krivulje teenja razliitKrivulje teenja razliit

Vi k l

Viskopla

a

n

j

e

,

0

n

a

p

r

e

z

a

m

i

n

o

n

S

m

Smin


Smin


tih skupina kapljevina tih skupina kapljevina

tiastine

St kt i kStrukturno-viskozne

Njutnovske

Dilatantne

a brzina ..


a brzina,

Ovisnost smine viskoOvisnost smine viskostrukturnostrukturno--viskovisko

00

o

z

n

o

s

t

a

v

i

s

k

o

l

o

g

S

m

i

n

a

v

Smin

S


Smin


oznosti o sminoj brzini oznosti o sminoj brzini oznih kapljevina oznih kapljevina

Nulta sminaNulta smina viskoznost 0

na brzina log ..


na brzina, log

Dilatantne kapljevine:suspenzije nekih polimera, msuspenzija kroba itdsuspenzija kroba itd.

Viskoplastine kapljevine:Viskoplastine kapljevine:To su tvari koje imaju odree

d j k j i jprednaprezanje koje im je po

Ako nakon postizanja granicAko nakon postizanja granicnjutnovsku karakteristiku tebinghemovske kapljevine:

= + (mazivSVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

o+ (maziv


mokri pijesak, vodena

enu granicu teenja (o), tj.t b d bi l t iotrebno da bi poele tei.

ce teenja imaju linearnuce teenja imaju linearnu, enja nazivaju se

va kreme glina buka itd ) ZAVOD ZA PROIZVODNO STROJARSTVO

va, kreme, glina, buka itd.)

Modeliranje smstrukturno-visk

Z litiki i k kt i tik tZa analitiki opis karakteristika tkapljevina razvijen je vei broj ra

Eyring-Prandtlov modelO t ld D W l kOstwald-DeWaeleov zakon poMuenstedtov polinomni modeC j d dbCarreauova jednadba Kleinova regresijska jednadbElli j d dbEllisova jednadba .

(C j d dbSVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

(Carreauova jednadba


minog teenja oznih kapljevina t j t kt i k ihteenja strukturno-viskoznih azliitih modela:

t ijotencijael

ba

d j jt ij lt t ) ZAVOD ZA PROIZVODNO STROJARSTVO

a daje najtonije rezultate)

Matematiki opis strukMatematiki opis strukt t teetee

z

a

n

j

e

n

a

p

r

e

z

o

g

m

i

n

o

l

S

m

Smina


Smina


kturnokturno--viskozne krivulje viskozne krivulje jjenjaenja

( )logdt ( )( ) &logd

logd== ntg

brzina log..


brzina, log

Ostwald Ostwald -- De WaeleDe Waele

= k i t t t k - konzistentnost, n - eksponenK i t t t j j t Konzistentnost mjera je teEksponent teenja n mjera je k lj ikapljevine.

1 j t k kn = 1 njutnovske kan < 1 strukturno-vis

> 1 dil t t kSVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

n > 1 dilatantne kap


eov zakon potencijaeov zakon potencija

n & t t jnt teenja.

lji ti (fl id ti) t ij lljivosti (fluidnosti) materijala. nenjutnovskog ponaanja

lj iapljevinekozne kapljevinelj i


pljevine

Grafika interpretacija Ostw

o

z

n

o

s

t

a

v

i

s

k

o

l

o

g

S

m

i

n =Smi



wald-De Waeleovog modela

ld( ) &logd

logd1tg == n g

( )1( )1n= &na brzina, log ..


Krivulje teenja razliitKrivulje teenja razliit

Vi k l

Viskopla

a

n

j

e

,

0

n

a

p

r

e

z

a

m

i

n

o

n

S

m

Smin


Smin


tih skupina kapljevina tih skupina kapljevina

tiastine

St kt i k ( 1)

a brzina ..


a brzina,

Carreauova Carreauova

Carreauova jednadba opisCarreauova jednadba opisviskoznosti s pomou tripar

1( =

1( +A, B i C - parametri modela



jednadba jednadba jj

suje tijek krivulje sminesuje tijek krivulje smine rametarskog modela oblika:

ACB

A)& CB )&


Grafika interpretacija

A = 0

t

o

z

n

o

s

t

njutnovsko prijelazno

n

a

v

i

s

k

o

l

o

g

njutnovskopodruje

prijelaznopodruje

S

m

i

n

S iSVEUILITE U OSIJEKU STROJARSKI FAKULTET U SLAVONSKOM BRODU

Smina


Carreauove jednadbe

C = tgC tg

strukturno viskoznoo strukturno-viskoznopodruje

oe

b i l..1/B


brzina, log

Povezanost Zakona potencijaPovezanost Zakona potencija

= C1n C1n

Za visoke vrijednosti sminih brz

=1n

Documents

Polimeri Uvod