1. Proizvodnja artefekata, što je i osnovni cilj?To je zbroj aktivnosti pri pretvaranju sirovina u umjetnu tvorevinu ili proizvod organiziranim djelovanjem čovjeka na predmete rada (sirovine i poluproizvode) pomoću sredstava rada (alati, strojevi, uređaji) u cilju stvaranja materijalnih dobara, drugih uporabnih vrijednosti za izravno ili posredno zadovoljavanje njegovih potreba. Osnovni cilj proizvodnje artefekata je pretvaranje sirovine, prirodne, ne prerađene tvari (oblik materijala sastavljen od atoma) u kruto tijelo, tvorevinu propisanog makrogeometrijskog oblika i površine izrađene od materijala (tehnički upotrebljiva tvar). Naziv proizvodnja polimernih tvorevina obuhvaća postupke oplemenjivanja tvari i postupke izrade.  

2. Oplemenjivanje polimernih tvari, kratak opis.To je zajednički naziv za postupke pretvorbe polimernih tvari (proizvod polimerizacije) polimerizata i ostalih tvari, dodatka u PVC materijal. Oplemenjivanje polimernih tvari nužno je iz dva osnova razloga. Polimerizate koji mogu biti u obliku otopine, taline, disperzije (emulzije) ili praha često nije moguće izravno prerađivati, a najčešće nemaju zadovoljavajuća uporabna svojstva koja je nužno poboljšati (npr.povećanje čvrstoće i krutosti). Istovremeno se dodacima može smanjiti upotreba nekih skupih polimerizata.

3. Postupci praoblikovanja, što je praoblikovanje i koje su skupine?Praoblikovanje je pravljenje čvrstog tijela od bezoblične tvari, pri čemu se postiže povezanost među česticama, stvara se građa materijala. Preoblikovati se mogu tvari u plinovitom, kapljevitom, disperziranom, ionizirajućem i krutom stanju. Praoblikovanjem nastaju poluproizvodi ili izradci. Moguće je razlikovati tri skupine praoblikovanja: reakcijsko praoblikovanje (npr.lijevanje kapljevitih monomera koji se u kalupu polimeriziraju), praoblikovanje uz fizikalnu tvorbu materijala iz otopina ili disperzija (npr.vlakna iz otopine), te praoblikovanje talina (npr.ekstrudiranje i injecijsko prešanje polimera, lijevanje i tlačno lijevanje). Za postupak praoblikovanja primjeren je izraz prerade (materijala ili tvari).  

4. Skicirajte termodinamičku krivulju linearnog amorfnog polimera i kratko opišite.

Deformacija polimernog tijela ne ovisi samo o naprezanju, već i o temperaturi, vremenu u kojem se deformacija opaža i brzina kojom se vanjska sila mijenja ili primjenjuje. Ovisnost deformacije uzrokovane silom o temperaturi najbolje je izražena termomehaničkom krivuljom. U ovisnosti o temperaturi moguće je razlikovati tri izrazito različita fizička (deformacijska, relaksacijska) stanja: staklasto stanje, gumasto stanje i kapljasto stanje. Staklasto stanje označava stanje amorfnih polimera u području ispod staklišta. U gumastom stanju omogućeno je toplinsko gibanje segmenata lanaca i bočnih lanaca jedne molekule. Kapljasto stanje obilježeno je time da su atomi ili molekule tvari međusobno slobodno pokretljivi.

5. Dajte  pregled mehaničkih svojstava polimera, što je krakotrajno opterećenje (tablice)?          MEHANIČKA SVOJSTVA     KRATKOTRAJNA SVOJSTVA    DUGOTRAJNA

SVOJSTVAUdarno opterećenje Statičko

opterećenjeStatičko opter. Dinamič

ko opter. žilavost - čvrstoća

- modul elastičnosti- tvrdoća

-statička izdržljivost (puzanje)

- dinamička izdržljivost (umor materijala)

Kao kratkotrajno opterećenje definira se ono opterećenje pri kojem od početka ispitivanja pa do kraja ispitivanja opterećenje, odnosno loma ne prođe niti znatno više niti znatno manje vremena od jedne minute.

6. Skicirajte izokroni dijagram „naprezanje-istezanje“, što nam daje taj dijagram?

Ovaj dijagram daje krivulje koje pokazuju ovisnost naprezanje-istezanje za različita trajna opterećenje pri čemu je t1 najkraće, a s t2 i t3 postupno sve duže trajanje opterećenja.

7. Deformacija polimernih kapljevina, od čega se sastoji, od čega ovisi?

Polimeri zagrijani iznad staklišta ili tališta postaju visoko viskozne kapljevine, polimerne taline. Polimerne taline moguće je značajno deformirati. Ukupna deformacija polimernih talina sastoji se od entropijske, elastične i viskozne deformacije (εv), a naziva se viskoelastičnom deformacijom: ε=εet+εevOva deformacija ovisi o trajanju djelovanja sile, pa se s trajanjem naprezanja mijenja vrijednost modula elastičnosti. S porastom temperature povećava se udio viskozne deformacije u ukupnoj deformaciji. Viskozna deformacija nepovratna je, a temperaturno je i vremenski ovisna.

8. Koje se pojave javljaju pri tečenju polimernih kapljevina?Tijekom prerade polimera dolazi do pojava koje utječu na svojstva proizvoda. To su orijentacija molekula, prisjećanje prethodnog stanja, proširenja mlaza i lom taline. Orijentacija molekula: brzo opterećene molekule ne mogu se trenutačno prilagoditi naprezanju zbog svoje sklupčanosti i zahvaćenosti, ali se pri polaganoj promjeni opterećenja orijentiraju u smjeru djelovanja opterećenja. Prisjećanje prethodnog stanja: Ako se proizvod u orijentiranom stanju zagrije, orijentiranost se snižava. Polimerna talina prisjeća se svog polaznog stanja, stanja najveće entropije. Proširenje mlaza polimernog materijala je posljedica prisjećanja. Proširenje mlaza može se smanjiti izborom pogodnih materijala s višom temperaturom extrudiranja i smanjenjem brzine extrudiranja. Lom taline nastaje kao posljedica nemogućnosti prigušenja

visokih oscilacija elastične kapljevine kakva je talina polimera. Pojava loma ovisi o vrsti polimera i tlaku extrudiranja,a i o temperaturi extrudiranja.

9. Koja su toplinska svojstva polimera, nabrojite ih i definirajte toplinsku rastezljivost (α).

Toplinska svojstva polimera: toplinska rastezljivost, toplinsko izduženje, stlačivost, specifični toplinski kapacitet, toplinsku provodljivost i međusobne veze gustoće, specifičnog volumena, tlaka i temperature te skupljanja. Toplinska rastezljivost relativna je promjena duljine tijela po jedinici promjene temperature. Definirana je izrazom:   =ll0∆l∆Tα gdje je:lo – duljina pri To, a ∆l povećanje duljine uz povišenje temperature za ∆T. Toplinska rastezljivost polimernih materijala iznosi (5.......13)*10na-5 1/K.  

10. Kemijsko pravljenje polimera pri praoblikovanju, koji su procesi kemijskog stvaranja?

Pri procesima praoblikovanja gdje se stvara tvorevina (materijal)  događaju se i procesi kemijskog stvaranja materijala. Pri kemijskom pravljenju materijala treba razlikovati postupke gradnje makromolekula, polireakcije i kemijsko umrežavanje. Polireakcije su reakcije tijekom kojih se monomerne ili niskomolekulne tvari pretvaraju u polimerne materijale. Vrste polireakcija su: polimerizacija, poliadicija i polikondenzacija. Kemijsko umrežavanje ima za cilj da kod duromera i plastomera postiže umreženu strukturu, koja određuje svojstva tvorevine. Kemijska reakcija pri umrežavanju povezana je s procesom razvijanja topline.

11. Nabrojite dodatke polimerizatu kod postupka oplemenjivanja polimera.

Dodaci polimerizatu su: Reakcijske tvari: pjenila, dodaci za smanjenje gorivosti, umrežavala

inhibitori Dodaci za poboljšavanje preradljivosti: maziva, odvajala, punila,

toplinski stabilizatori, regulatori viskoznosti Modifikatori mehaničkih svojstava: omekšavala, dodaci za žilavost,

punila, prianjala, ojačala... Modifikatori površinskih svojstava: vanjska maziva, regulatori

adhezivnosti, antisdatici, dodaci za blokiranje.... Modifikatori optičkih svojstava: bojila, pigmenta, strukturizatori..... Dodaci za produljenje trajnosti – proizvoda: svjetlosni stabilizatori,

antioksidanti, antistatici, bicidi..... Ostali: parfemi, dezodoransi, upijala vlage...12. Postupak miješanja kod oplemenjivanja polimera, što se postiže?

Miješanjem se dvije ili više različitih tvari uključujući i kapljice, početno nejednako raspoređene, potpuno raspoređuju do postizanja potrebne homogenosti. Osnovni procesi koji se pritom zbivaju jesu konvekcija, smicanje i difuzija. U miješanje se ubrajaju postupci smiješavanja, disperigiranja, valjanja i gnječenja. Pri tim se postupcima postiže cikličko ili kontinuirano miješanje tvari različitih agregatnih stanja ili različitih viskoznosti. Svojstva mješavine jednaka su sumi svojstava njenih sastojaka. Pri smješavanju uvijek se razvija ili troši energija u obliku topline.

13. Sitnjenje, kratak opis postupka.Postupci sitnjenja potrebni su pri pripremi tvari ili materijala namjenjenih preradbi ili prevlačenju površine, kako bi se napravile čestice potrebne veličine. Za jednolično doziranje i brzo omekšavanje dovoljno je i grubo usitnjavanje. Međutim, pri nekim postupcima prevlačenja ili prilikom priprave mješavina potrebno je da je polimerni materijal fino ili vlo fino usitnjen. Granuliranje je jedan od najproširenijih postupaka sitnjenja. Razlikuju se vruće granuliranje, pri temperaturi taline na izlazu iz stroja i hladno granuliranje.  

14. Kalandriranje kao postupak praoblikovanja, što je to?Kalandriranje je kontinuirani postupak pravljenja beskonačnih traka praoblikovanja visokoviskoznog kapljastog polimera njegovim propuštanjem između parova valjaka kalandra, a podesivim rasporedom. Pri tome valjci pritišću polimere. Tvorevina kalandrat u obliku traka nastaje očvršćavanjem procesima geliranja i hlađenja, hlađenja ili umrežavanja. Osim smjesa od prirodnog i sintetičkog kaučuka, kalandriraju se i plastomeri. Najvažniji element za kalandriranje je kalandrar.

15. Kontinuirano prevlačenje, opiši postupak.Prevlačenje je postupak kojim se polimer nanosi na podlogu. Podloga je u obliku trake, pa to može biti vrlo duga traka papira, metala, tekstila ili nekog drugog materijala bez podloge. Kroz polimerni materijal za prevlačenje prikladni su oni koji mogu tvoriti otopine, disperzije  i taline, koji se dakle mogu lijevati najčešće kao paste. Od polimernih materijala za tu svrhu svakako se najviše koristi PVC i to u obliku paste koja se dobiva miješanjem praška PVC s omekšivačem. Postrojenje za prevlačenje sastoji se od uređaja za odmotavanje i namotavanje podloge, dijela za nanošenje polimera, komore za geliranje i valjaka za hlađenje.

16. Ekstrudiranje kao postupak prerade polimera, opiši postupak.Extrudiranje je najprošireniji postupak prerade polimernih materijala. Extrudiranjem se izrađuju tkz.beskonačni proizvodi ili poluproizvodi, to su na primjer krute i gipke cijevi, štapovi i ostali profili, vlakna, obloženi kablovi itd. Extrudiranje je postupak kontinuiranog praoblikovanja, potiskivanje kapljastog polimera kroz mlaznicu. Istisnuti polimer učvršćuje u tvorevinu, extrudat, hlađenjem, polimerizacijom ili umrežavanjem. Alat za extrudiranje mora dobavljenu kapljevinu oblikovati u poluproizvod propisanog presjeka, jednolične strukture i kvalitetne površine. Oblik alata i mlaznica prilagođeni su vrsti proizvoda. Nakon izlaska alata proizvedeni extrudat prolazi i kroz ostale uređaje koji čine zajedničku liniju za exrudiranje.

17. Lijevanje kao postupak praoblikovanja, što je, skicirati lijevanje monomera.

Kod cikličkih postupaka praoblikovanja niskoviskoznih tvari u temperirani kalup tvorevina i odljevak poprimaju oblik kalupne šupljine bez djelovanja vanjske sile. Lijevaju se kapljeviti monomeri ili već stvoreni polimeri u obliku otopine, disperzije, paste ili niskoviskozne taline. Čvrsti polimerni materijal

nastaje u kalupu isparavanjem otapala ili tvari za dispergiranje,zatim geliranjem, kemijskim reakcijama stvaranja građe ili umrežavanja.

18. Injekcijsko prešanje duromera i elastomera, kratak opis.To je najvažniji ciklički postupak prerade polimera. Injekcijsko prešanje polimera ciklički je postupak praoblikovanja ubrizgavanjem polimerne tvari potrebne smične viskoznosti iz jedinice za pripremu i ubrizgavanje u temperaturnu kalupnu šupljinu. Tvorevina, otpresak postaje polireakcijom i/ili umrežavanjem, geliranjem ili hlađenjem podobna za vađenje iz kalupne šupljine. Otpresci mogu biti različitih veličina i stupnja kompliciranosti. Materijal ulazi kroz lijevak u zagrijani cilindar za taljenje, gdje ga zahvaća pužni vijak. Materijal se tali u skuplja pri vrhu pužnog vijka. Kad se skupilo dovoljno rastaljenog materijala, čitav se pužni vijak pomiče naprijed i ubrizgava talina kroz mlaznicu i uljevni sustav u kalup. Materijal se steže i drži pod naknadnim pritiskom. Kasnije se pužni vijak vraća u početni položaj i priprema novu količinu materijala,a otpresak se hladi, kalup se otvori i izradak se može izvaditi.

19. Postupci preoblikovanja, podjela, opiši toplo oblikovanje plastomera.

Najvažniji su postupci preoblikovanja toplo i hladno preoblikovanje, puhanje i izvlačenje. Osnovni je cilj promjena oblika pripremka (ulazni materijal) uz eventualno očvršćavanje. Pretežno se preoblikuju plastomeri. Da bi se plastomer mogao toplo oblikovati pripremak mora biti u gumastom stanju. Zato se ponekad još neohlađeni trak dovodi izravno do uređaja za oblikovanje, ali se često taj pripremak mora zagrijati, najčešće infracrvenim zrakama. Najčešći su oni postupci oblikovanja razvlačenjem, oblikovanje slobodno, zagrijavanjem pripremka tiskanjem stlačenim zrakom u matricu, ili slobodno, uvlačenjem u matricu, tiskanje žigom.

20. Puhanje šupljih tijela, daj opis ekstruzijskog puhanja.To je ciklički postupak preoblikovanja pripremaka djelovanjem stlačenog zraka u tvorevinu, šuplje tijelo koje učvršćuje svoj oblik hlađenjem. Puhanje je vrlo važan obradivi postupak, namjenjen je izradi šupljih tijela ili otvorenih s jedne strane. Razlikujemo extrudijsko i injekcijsko puhanje. Kod extrudijskog puhanja proizvodnja se obično vrši u dvije faze. Najprije puhanje epruvete, gipke cijevi, zatim se u drugoj fazi puhanja epruvete na jednom kraju cijev prignječi i utiskivanjem puhala oblikuje se grlo budućeg proizvoda. Kroz puhalo se zatim upuhuje tlačno zrak pod tlakom 1Mpa, koji širi cijev i potiskuje do stijenke alata, gdje se formira npr.boca.   

21. Proizvodnja vlakana, bor i ugljična vlakna, dajte skicu jednog postupka.

Velika vlakna kao npr.čelične šipke za armiranje, izrađuju se valjanjem. Finija vlakna, kao što su npr.žice izrađuju se vučenjem. Tako se dolazi do očvrsnutog materijala zadovoljavajuće duktilnoti. Primjeri materijala od kojih se mogu izvlačiti žice malog promjera: volfram, berilij, nehrđajući čelik, poliamid. Bor i ugljik su suviše krhki i reaktivni da bi se vlakna mogla izraditi konvencionalnim postupkom vučenja. Vlakna na osnovi bora proizvode se

naparivanjem. Na vrlo fini filament volframa naparuje se spoj bora koji se raspada, te dolazi do taloženja bora na volframovu žicu. Ugljična vlakna proizvode se karbonizacijom ili pirolizom nekog organskog filamenta koji se lako dobije vučenjem ili predenjem.

22. Deformiranje i difuzijsko povezivanje, proizvodnja kompozita u čvrstom stanju , dajte jednu skicu postupka. Kako bi se postigla optimalna svojstva vlakna trebaju u matricu biti uložena na odgovarajući način. Diskontinuirana vlaknamogu se miješati s materijalom matrice kako bi se postiglo ili slučajno ili preferirano oijentiranje. Kontinuirana vlakna uobičajeno se raspoređuju jednosmjerno (trake), ortogonalno (tkanine) i namotavanjem. Postupcima deformiranja, kao što su vruće prešanje i valjanje, spajaju se slojevi traka. Difuzijsko povezivanje koristi se i za uvođenje matrice među vlakna i za spajanje vlakana povezanih u trake. Trake se slažu jedna na drugu kako bi se postigla odgovarajuća debljina, a zatim se primjenom povišene temperature i tlaka površine tijesno zbliže (povežu). Difuzijom atoma iz matrice popunjavaju se praznine (šupljine) na graničnim plohama, te se dobiva zbijen kompozit.

23. Proizvodnja preprega, što je prepreg, kratak opis.Prepreg je industrijski termin za kontinuirano vlaknasto ojačalo koje je predimpregnirano s djelomično otvrdnutom polimernom smolom. Ovaj materijal prerađivačima se dostavlja u obliku traka koje se izravno oblikuju u gotovo otvrdnute proizvode, i to bez potrebe dodavanja bilo kakve smole. Tako nastaje kompozitni materijal koji se u velikoj mjeri primjenjuje u konstrukcijske svrhe. Postupak proizvodnje preprega počinje raspoređivanjem niza kontinuiranih strukova. Ovi strukovi se nakon toga slažu u tkz.sendviče koji se zatim, obložen tankim slojevima odvajala i nosivog papira, te zagrijanim valjcima oblikuje postupkom kalandriranja. Jedan od slojeva papira presvučen je tankim slojem zagrijane otopine smole relativno niskog viskoziteta tako da se osigura impregniranje vlakana. Posebnim uređajem smola se prska tako da nastaje film jednolične debljine i širine. Konačni proizvod – tanka traka koja se sastoji od kontinuiranih usmjerenih vlakana uloženih u djelomično otvrdnutu smolu – nakon provedenog postupka priprema se za pakiranje namotavanjem na kartonske tuljke.

24. Slojeviti kompoziti, od čega su sastavljeni, koje su metode proizvodnje?

Slojevite (laminatne) konstrukcije odnosno odgovarajući kompoziti sastavljeni su od dvodimenzionalnih slojeva ili panela s preferiranim smjerom visoke čvrstoće. Slojevi su složeni i dodatno međusobno čvrsto povezani, a svojstva variraju obzirom na orijentiranje vlakana u pojedinim slojevima. Slojeviti kompoziti proizvode se različitim metodama pri čemu se primjenjuju različiti postupci koji uključuju različite tehnike deformiranja i spajanja: valjanje, spajanje eksplozijom, koekstruzija, prešanje i lemljenje.

25. Sendvič konstrukcije (materijali), iz čega se sastoji, dajte primjere strukture?

Sendvič materijali sastoje se od tankih vanjskih slojeva spojenih, ali i razdvojenih, s lakim materijalom za popunjavanje. Niti materijal za popunjavanje, niti vanjski slojevi ne trebaju biti čvrsti niti kruti, a sendvič posjeduje oba ta svojstva. Poznati primjer je valoviti karton. Jezgra od valovitog kartona sa svake strane je vezana za slojeve debelog papira i ta kombinacija je kruta. Drugi značajan primjer je struktura u obliku pčelinjeg saća koja se primjenjuje u zrakoplovstvu. Pčelinje saće izrađuje se lijepljenjem tankih aluminijskih traka na izoliranim mjestima. Tako povezani slojevi zatim se razvlače tako da se dobije ćelijasti panel koji je sam za sebe nestabilan. Ako se sa svake strane tog saća nalijepi aluminijska folija, dobije se vrlo postojan, krut čvrst i izuzetno lagan sendvič.  

26. Stanična kruta tijela (pjene), navedite primjer proizvodnje, čime su određena svojstva? Primjena prirodnih pjena vrlo je rasprostranjena. Proizvodnja poroznih polimernih materijala (pjena) relativno je jednostavna. To se npr.može postići mehaničkim pobuđivanjem i upuhavanjem nekog plina pod tlakom u rastaljeni polimer. Najviše se koristi metoda miješanja kemijskog sredstva sa zrnima polimera prije procesa. Svojstva pjena određena su svojstvima polimera i relativnom gustoćom:

ρ/ρs   - gdje je ρ-gustoća pjene, ρs –gustoća materijala od kojeg je pjena napravljena.