View
38
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 1
Mašinski/tehnički Materijali
Polimerni materijali
Polimeri su materije nastale međusobnim povezivanjem (kovalentnom vezom)
malih molekulskih jedinki (monomera), koji se obično ponavljaju po
nekom pravilu, u velike molekule (makromolekule).
– M – M – M – M – M – M – M – ili – ( M )n –
Makromolekul polimer
Makromolekul – mnogo ponavljajućih jedinki M
Monomer (grč. monos= sam + meros = dio)- molekulske jedinke koje
povezivanjem stvaraju polimer
Polimer (grč. poly = mnogo + meros= deo)
DEFINICIJA POLIMERA
Monomer
2Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić
Veštačke (sintetičke) materije koje imaju amorfnu makromolekularnu
strukturu čine veliku grupu konstrukcionih materijala koji se jednom rečju nazivaju
polimerni materijali.
Polazne sirovine za proizvodnju polimera mogu biti mineralnog i organskog
porekla.
Mineralne sirovine su nafta, ugalj i zemni gas, od kojih se najpre izradjuju osnovna
hemijska jedinjenja za dalju preradu. Ova se jedinjenja različitim procesima prevode
u poluproizvode koji mogu biti u obliku granula, praha, tečnosti, smola, tableta. Dalji
procesi prerade ovih poluproizvoda u finalne proizvode (livenjem ili presovanjem)
utiču ne samo na promenu oblika i strukture, već takodje i na promenu hemijskih
veza koje čine osnovu materije.
Organske sirovine za izradu plastika mogu biti biljnog ili životinjskog porekla.
3
Polimernimaterijali
Mineralnog porekla
Nafta Ugalj Zemni gas
Organskogporekla
Biljnog porekla
Životinjskog porekla
Poluproizvodi i finalni proizvodi dobijaju se iz frakcija sirove nafte visoke
temperature ključanja (oko 300ºC), tako što se te frakcije zagrevaju pod visokim
pritiskom i pri visokoj temperaturi, te nastaje raspad velikih molekula
(makromolekula) na manje pogodne za industriju veštačkih proizvoda.
Vrste poluproizvoda i finalnih proizvoda koji se dobijaju iz sirove nafte dati su na
sledećoj shemi.
Pored sirove nafte, danas se sve više koristi kao hemijska sirovina i zemni gas u
čiji sastav ulazi metan (oko 90%), kao i etan, propan, butan, pentan, heksan i
njihovi izomeri.
Sirova nafta
Propilen Polipropilen
Etilen
Polistiren
Polietilen
ButadijenVeštačkikaučuk
Zemni gas se preradjuje
nepotpunim sagorevanjem ili
termičkim razlaganjem
(pirolizom pri oko 700ºC).
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 4
Ugalj
Smole
Poliestri
Polistiren
Fenoplasti
Aminoplasti
Koksni gas
Polivinil hlorid
Silikoni
Teflon
Butadijen
Poliuretan
Iz uglja dobijaju se razna
hemijska jedinjenja putem tzv. suve
destilacije (koksovanja). Ona se
zasniva na zagrevanju uglja bez
prisustva vazduha pri temperaturi
1100-1300ºC. U tom procesu
nastaju gasni proizvodi, tečni
proizvodi (tzv. smole) i čvrsti
proizvodi (koks).
Pored navedenih mineralnih
sirovina, u industriji polimernih
materija upotrebljavaju se biljne i
životinjske sirovine od kojih se
dobijaju finalni proizvodi
prikazani na shemi levo.
Biljne sirovine
Celuloza
Celulozni acetat
Celofan Celuloid
Prirodni kaučuk
Guma Ebonit
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 5
Hemijskim i fizičkim procesima kao što su oksidacija, filtriranje,
centrifugiranje, destilacija, iz osnovnih sirovina dobijaju se organske hemikalije -
monomeri, kao što je npr. etilen, vinilhlorid i sl.
Polimerizacija se sastoji od niza hemijskih procesa sinteze monomera. Postoji više
načina polimerizacije. Taj složen proces može početi jedino kada se osnovnoj masi
doda inicijator-hemikalija koja inicira proces sinteze.
Pri procesima prerade, najčešće na određenoj temperaturi, menja se
nadmolekulska struktura, a u određenim slučajevima i struktura makromolekula.
Nafta Ugalj Zemni gas
Organske hemikalije
Sintetički polimeri
POLIMERNI MATERIJAL
Shema tehnološkog
procesa proizvodnje
polimera
Hemijski i fizički procesi
Polimerizacija
Proces prerade
Monomer
Polimer
Gotov deo - plastika
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 6
PODELA POLIMERNIH MATERIJALA S OBZIROM NA POREKLO
Prirodni biopolimeri
- Celuloza –polisaharid –pamuk- Skrob –polisaharid(krompir, zrna hrane)- Keratin –polipeptid (dlaka, koža, nokti, rogovi, svila vuna)- Kaučuk –polizopren (mlečni sok nekih biljaka)
Polusintetičkipolimeri
Hemijski modifikovani polimeri- Iz celuloze: celuloid, acetatnasvila- Iz belančevina: kazein iz mleka
Organski sintetički (veštački) polimeri
Dobijeni hemijskom sintezom
(polimerizacijom) i jednostavnih
organskih spojeva
Anorganski sintetički polimeri
Dobijeni hemijskom sintezom
(polimerizacijom) i jednostavnih organskih i
anorganskih spojeva(u sebi ne sadrže
ugljenik)
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 7
Vrste veza u polimerima
Primarne (hemijske) veze
Povezanost mera u makromolekulnom
lancu
Sekundarne (fizičke) veze
Međusobna povezanost makromolekulnih
lanaca
• Van der Waalsove sile
• dipolne sile
• vodonikovi mostovi
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 8
Van der Waalsove
veze
PODELA POLIMERNIH MATERIJALA S OBZIROM NA PONAŠANJE
NA POVIŠENOJ TEMPERATURI
POLIMERI
Plastike
Plastomeri
(termoplasti)
Duromeri
(duroplasti)
Gume
Elastomeri
Polimeri se mogu sistematizirati s obzirom na formiranje i ponašanje pri zagrevanju i
elastičnim svojstvima:
Plastomeri – polimeri koji pri rastu temperature omekšavaju (formiran komad se
može zagrijati i preoblikovati) te potom, pri opadanju temperature očvršćava.
Duromeri – polimeri pri rastu temperature ne omekšavaju (formiran komad se ne
može preoblikovati).
Elastomeri – polimerni materijali s izraženim elastičnim svojstvima.
Podela polimernih
materijala s obzirom na
ponašanje na povišenoj
temperaturi
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 9
PLASTOMERI (TERMOPLASTI)
Plastomeri (termoplasti) su građeni od dugačkih lanaca proizvedenih vezivanjem
malih molekula ili monomera, oni se tipično ponašaju na plastičan način.
Grejanjem oni omekšaju postaju plastični i u tom stanju se mogu lako prerađivati.
Na povišenim temperaturama prelaze u tečnost visokog viskoziteta.
Hlađenjem otvrdnu i zadrže dobijeni oblik. Plastomeri se lako recikliraju.
Ponašanje Glavna struktura Skica
Plastomeri
(Termoplasti)
Duromeri
(Duroplasti)
Elastomeri
Fleksibilni linearni lanci
Čvrsta trodimenzionalna mreža
Linearni poprečno vezani lanci
Poprečna veza
Poprečna
veza
Tri glavne kategorije polimera
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 10
Skraćenica Naziv
PVC
PS
Poli(vinil-hlorid)
Polistiren
CA
S/B
ABS
SAN
ASA
PMMA
Celulozni acetat
Stiren/butadien blok-
kopolimer
Akrilonitril/butadien/stiren
Stiren/akrilonitril
kopolimer
Akrilonitril/stiren/akrilat
Poli(metil-metakrilat)
PA 6-3-T
PC
PPE (PPO)
PSU
PES
PEI
PAI
Amorfni poliamid
Polikarbonat
Poli(fenilen-eter)
[poli(fenilen oksid)]
Polisulfon
Poli(eter-sulfon)
Poli(eter-imid)
Poli(amid-imid)
Najvažniji amorfni plastomeri
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 11
Najvažniji kristalni plastomeri
Skrać. Naziv
PE-LD
PE-HD
PP
Polietilen male gustine
Polietilen velike gustine
Polipropilen
PTFE
PET
Poli(tetrafluoretilen)
Poli(etilen-tereftalat)
PA 11
PA 12
PA 66
PA 610
PA 46
POM
PBT
PPS
PEEK
Poliamid 11
Poliamid 12
Poliamid 6.6
Poliamid 6.10
Poliamid 4.6
Poli(oksimetilen)
Poli(butilen-tereftatlat)
Poli(fenilen-sulfid)
Poli(eter-eter-keton)
DUROMERI (DUROPLASTI)
Duromeri su građeni od dugačkih lanaca molekula, koji su snažno poprečno
vezani jedni uz druge kako bi se stvorila trodimenzionalna mrežna struktura. Ovi
polimeri su snažniji, ali krtiji nego termoplasti. Oni ne omekšavaju na povišenim
temperaturama. Posle otvrdnjavanja tvrda plastika se može ili rastaviti ili rastopiti,
ali može se i otopiti na povišenim temperaturama pomoću određenih hemikalija.
Tvrda plastika se ne može lako reciklirati.
Skraćenica Naziv
PF
UF
MF
UP
PDAP
SI
EP
Fenol-formaldehidna smola
Urea-formaldehidna smola
Melamin-formaldehidna smola
Nezasićena poliesterska smola
Poli(dialilftalatna) smola
Silikonska smola
Epoksidna smola
Najvažniji duromeri
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 1212
ELASTOMERI
Elastomeri (uključujući gume) imaju strukturu između ove dve već navedene
grupe. Elastomeri imaju mogućnost ogromne elastične deformacije bez
permanentnog menjanja oblika.
Svojstva elastomera (guma) zavise od:
• karakteristika osnovnih, pojedinačnih lanaca polimera,
• prisutnosti međumolekulskih kovalentnih veza (delimično umreženi); broj
kovalentnih veza utiče na fleksibilna svojstva materijala.
• procesa vulkanizacije prirodne gume (umrežavanje):
dodatak od 2.3% sumpora (S) osigurava fleksibilnost materijala,
ako je količina sumpora veća od 30% materijal više nije fleksibilan.
Potrebno je naglasiti da ne postoji jasna granica između ove tri kategorije polimera.
Količina i čvrstoća poprečnog vezivanja daje svakoj vrsti specijalna svojstva.
13Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić
Za industriju su najvažnije dve vrste polimernih mateijala:
• plastike i
• elastomeri.
Plastike se dobijaju procesima polimerizacije ili polikondenzacije, a
elastomeri postupkom vulkanizacije.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 14
PODELA POLIMERNIH MATERIJALA S OBZIROM
NA MEHANIZME POLIMERIZACIJE
POLIADICIJSKI KOPOLIMERIZACIJSKI POLIKONDENZACIJSKI
• Nastaju adicijskom
polimerizacijom iz dve ili
više različitih vrsta
monomera
• Monomeri moraju imati
barem jednu dvostruku
vezu
• Nastaju adicijskom
polimerizacijom iz
jedne vrste monomera.
• Monomeri moraju imati
barem jednu dvostruku
vezu
• Nastaju polimerizacijom iz
jedne, ali najčešće iz dve ili
više vrsta monomera gde se
tokom reakcije izdvaja
niskomolekulski spoj (obično
molekuli vode)
• Monomeri moraju imati barem
dve funkcionalne grupe na
svojim molekulama koje su
prikladne za međusobnu
reakciju
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 15
Polimerizacija
Kad se više istih ili sličinih monomera povezuju tako da formiraju lanac, proces sezove adicija.Polimerizacija predstavlja reakciju dobijanja polimera iz odgovarajućihmonomera.Adiciona polimerizacija podrazumeva čistu adiciju (povezivanje, sabiranje)a. Istih monomera (polimerizacija homolognog tipa) ilib. Različitih monomera (polimerizacija kopolimernog tipa), tako da se na ovaj
način dobijaju polimeri sa strukturnim formulama koje se u opštem slučaju mogu prikazati na sledeći način:
a) A + A + A + A + … A – A – A – A – A - …,b) A + B + A + B + … A – B – A – B – A - …
Adiciona polimerizacija može se inicirati povećanom temperaturom, povećanimpritiskom ili pomoću određenih katalizatora.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 16
Adiciona polimerizacija (Poliadicija homolognog tipa)
Monomer etilena je sastavljen od dva mera povezana dvostrukom vezom.Dejstvom toplote i pritiska otvara se jedna veza monomera, oni se povezuju ulanac i obrazuje se polietilen. Od dužine lanca zavisi gustina polietilena.
Mer Monomer Polimer
(Etilen) (Polietilen)
C
H
H
Toplota
Pritisak
Katalizator
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 17
Kopolimerizacija je proces povezivanja dva ili više različitih monomera u
makromolekule. Mnogi monomeri ne mogu se samostalno povezivati u velike
molekule, ali mogu i zajedno sa drugim monomerima, obrazujući pri tome
kopolimere. Tako na primer, monomeri vinil-acetat i vinil-hlorid razmenjuju valentne
elektrone i formiraju lančasti polimer. Proizvod kopolimerizacije se po svojim
osobinama razlikuje od polaznih supstanci iz kojih je dobijen.
C
H
H
C
H
O
C
O
CH H
H
Acetat
Vinil acetat
CH
C
H
H
C
H
C
H
H
C
H
CC
H
HCl Cl
C
H
Cl H
C
H
Cl
C
Monomer Monomer
C
C
H
H
C
H
C
H
H
C
H
CC
H
H
.....
.....
.....Cl
C
H
Cl
.....
O
C
O
CH H
H
Vinil acetat
Acetat
Monomer vinil-acetata
vinil-hlorid njihov kopolimer
Kopolimerizacija
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 18
Polikondenzacija (polimerizacija kondenzacijom) se karakteriše time što se poslepovezivanja bilo istih ili različitih molekula, dobija i sporedan proizvod - kondenzat(voda).Plastike dobijene polikondenzacijom mogu biti bilo termoplastične (najlon) ilitermoaktivne (bakelit).Polikondenzaciji podležu fenol, urati, anilin, aldehidi i dr.
Polikondenzacija
Kondenzaciona polimerizacija
R – COOH + H2N-R’ H2O + R-CO – NH – R’
Monomer 1 Monomer 2Kopolimer
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 19
Za zadržavanje iočuvanje osnovnih
svojstava
Antioksidansi
Svetlosnistabilizatori
Antistatici
Za poboljšanjeoptičkih
svojstava
Pigmenti
Punioci
Za poboljšanje obradivosti
Maziva
Regulatori viskoznosti
Punioci
Za poboljšanje mehaničkih svojstava
Omekšivači
Punioci
Ostali dodaci
Parfemi
Dezodoransi
Dodaci za smanjenje gorivosti
Polimerni dodaci - aditivi
Plastične materije - pored osnovnog sastojka u vidu visokopolimerne
supstance - sadrže i raznorodne dodatne materije:
• stabilizatore,
• punioce,
• plastifikatore i
• pigmente (za bojenje).
Zavisno od vrste i količine dodatnih materija, materijali zasnovani na
istim osnovnim sastojcima pokazuju znatne razlike u osobinama.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 20
Stabilizatori su supstance koje obezbedjuju trajnost visokopolimernih hemijskihjedinjenja u slučaju dejstva takvih spoljašnjih činilaca kao što su temperatura,vidljivo ili ultraljubičasto zračenje itd. Na primer, čadj zaštićuje polietilen od uticajaultraljubičastog zračenja.Zaštita polivinil-hlorida od dejstva povišenih temperatura i ultraljubičastog zračenjapostiže se sapunima, organskim jedinjenjima kalaja ili teških metala.Zaštita materija zasnovanih na butadijenu (gumi) od samooksidacije na vazduhupostiže se putem dodavanja fenolovih jedinjenja.
Stabilizatori
Plastifikatori (omekšivači) su organska jedinjenja, hemijski aktivna, koja se ponekad
dodaju u veoma velikim količinama u cilju povećanja plastičnosti proizvoda. Oni
deluju fizičko-hemijski ili fizički na gradju molekula, npr. na račun polireakcije sa
polimerom što se najčešće ispoljava smanjenjem povezanosti izmedju molekula
("labavljenjem" lanaca polimera). Kao posledica povećanja pokretljivosti molekula
često nastaje sniženje temperature omekšavanja i prelaska u staklasto stanje.
Zahvaljujući tome, proizvod koji je krt na temperaturi okoline, postaje dodatkom
omekšivača plastifikovan. Kao plastifikatori uglavnom se koriste organske kiseline,
amonijak, alkohol.
Plastifikatori
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 21
Punioci su hemijski neutralne supstance koje se dodaju u cilju postizanja traženihosobina plastike: poboljšanja mehaničkih osobina, termičke ili električneprovodnosti, otpornosti na habanje itd. S obzirom na oblik, punioci mogu biti:• praškasti - metalni prah, grafit, čadj, lika (vlakna ispod kore drveta), kameno i
drveno brašno i kvarcni pesak,• vlaknasti - metalne žice, vlakna: staklena, azbestna, sintetička, pamučna i• lisnati - folije ili metalne mreže, tkanine: staklaste, sintetičke, pamučne, papir.Neorganski punioci smanjuju zapaljivost veštačkih materija, a posebno metalni prahkoji još povećava termičku i električnu provodnost; lika i azbest povećavajuizolacione osobine, grafit popravlja otpornost na habanje. Organski punioci,uglavnom drveno brašno i tkanine, povećavaju svojstva jačine smola, dok čadj uvelikoj meri povećava svojstva jačine kaučuka.
Punioci
Pigmenti se dodaju u cilju da proizvod dobije odredjenu boju i u principu ne utičuna njegove fizičke osobine.
Pigmenti
Akcelatori
Akcelatori (ubrzivači) se dodaju polimernim materijalima da se ubrza njihovo
otvrdnjavanje za vreme prerade. Uobičajeno se dodaju u proizvodnji boje i lepka.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 22
Sredstva za podmazivanje važna su za preradu, dodaju se polimernim materijalima
radi lakšeg tečenja i sprečavanja lepljenja i prijanjanja za zidove alata. Koristi se:
lako mašinsko ulje, parafin, vazelin, stearin, lanolin i sl.
Sredstva za podmazivanje
Oznaka Naziv na srpskom Vrsta1 Oznaka Naziv na srpskom Vrsta1
ABS akrilnitril/butadien/stiren P, K PIB poliizobutilen P
BR butadienski kaučuk E PMMA poli(metil-metakrilat) (pleksiglas) P
CA celulozni acetat P POM poli(oksimetilen) P
CN celulozni nitrat (celuloid) P PP polipropilen P
CR polikloroprenski kaučuk E PPO poli(fenilen oksid) P
EP epoksidna smola D PPS poli(fenil-sulfid) P
NBR akrilonitril/butadien kaučuk E, K PS polistiren (polistirol) P
NR prirodni kaučuk E PSU polisulfon P
PA poliamid (najlon) P PTFE poli(tetrafluor-etilen) (teflon) P
PBT poli(butilen-tereftalat) P PUR poliuretan (linearni) EP
PC polikarbonat P PVC poli(vinil–klorid) P
PE polietilen P PVDF poli(viniliden-fluorid) P
PEEK poli(eter-eter-keton) P SAN poli(stiren/akrilonitril) P, K
PET poli(etilen-tereftalat) P SBR stiren-butadien kaučuk E, K
PF fenol-formaldehidna smola (bakelit) D TPUR poliuretan (elastoplastomerni) EP
PI poliimid P UP nezasićena poliesterska smola D
* P – plastomer, D – duromer, E – elastomer, EP – elastoplastomer, K – kopolimer
Najčešće korišteni polimeri
23Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić
Najvažniji metodi prerade veštačkih materija
jesu:
• livenje,
• presovanje,
• brizganje (injekciono presovanje),
• sinterovanje, ekstruzija,
• kalandrovanje,
• izvlačenje, duvanje,
• termičko oblikovanje.
Metodi prerade
Duvanje
10%
Ekstruzija
52%
Ostali
postupci
6%Livenje
32%
U izradu proizvoda od polimera uključena je i hemijska reakcija polimerizacije
sirovine – monomera. Na tržištu se mogu dobaviti gotovi materijali (npr. PE
granulat) ili se pak direktno polimerizacijom sirovina mogu izrađivati proizvodi.
Udeo različitih postupaka u preradi polimera
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 24
Livenjem pod atmosferskim pritiskom polimerizuju se fenolnesmole, akrilne smole, epoksidne smole kao i poliestri, čime se dobijaju gotoviproizvodi. Smole podležu pothladjivanju i prelaze u čvrsto stanje. Livenje seprimenjuje za izradu predmeta malih dimenzija iz razloga velikog skupljanjaplastike (do 6 %). Kalupi za livenje izradjuju se od silikonskog kaučuka čijaelastičnost olakšava vadjenje odlivka.
Koriste se takodje modifikovane metode, npr. centrifugalno livenje za dobijanjepredmeta oblika šupljih cilindara (naročito za male serije).
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 25
Presovanje je najčešće korišćena metodaprerade termoreaktivnih smola (kao što su fenolne iamino smole), kao i nekih termoplasta.Razlikuju se: • obično presovanje (u matrici), • posredno presovanje i • presovanje ploča.
Plastične mase se oblikuju presovanjem na automatskim ili poluautomatskim
presama sa kalupima koji se greju.
U prvoj fazi, u kalup se dozira odgovarajući sastav materijala za presovanje u
obliku praha ili tableta. U drugoj fazi alat se zatvara i plastična masa pod pritiskom
i na odgovarajućoj temperaturi, ispunjava kalup. Osnovni parametri procesa
presovanja su temperatura zagrevanja, koja zavisi od vrste polimera odnosno
kopolimera, i pritisak koji zavisi od oblika predmeta obrade.
Shema postupka presovanja plastičnih
masa
1. držač oblikača; 2. oblikač; 3. matrica
kalupa; 4. gnezdo kalupa 5. materijal za
presovanje i 6. predmet obrade
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 26
Brizganje (špricanje) se zasniva na omekšavanju pripremljene mase uzagrejanom cilindru i njenim periodičnim ubrizgavanjem u kalup, u kome nastajeotvrdnjavanje proizvoda. Pritisak špricanja iznosi nekoliko stotina MPa, a radnatemperatura zavisi od temperature omekšavanja sirovine.
Mašina za brizganje
UlivnukRazdelnik
Ulivni kanal
Odlivak
Ušće
Otpresci + ulivni sistem = Grozd
Deo dobijen brizganjemMašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 27
Proces injekconog brizganja sastoji se iz sledećih faza:
• Materijal za presovanje se dovodi u bunker mašine odakle se posredstvom
uređaja za doziranje dovodi u cilindar koji se zagreva grejačem.
• U cilindru se materijal topi i pod dejstvom pritiska klipa (ili pužnog valjka)
potiskuje preko brizgaljke mašine ulivnih kanala u alat.
• Pošto je alat hladniji od rastopa plastike u kontaktu sa alatom plastika se hladi i
očvršćava, nakon određenog vremena alat se otvara i gotov proizvod se pomoću
izbacivača izbacuje iz kalupa.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 28
Sinterovanje se najčešće koristi za izradu elemenata od poliamida, kojiima relativno veći udeo kristalnih oblika u strukturi, a time i bolje osobine,uglavnom veću otpornost na habanje. Poliamidna sirovina u obliku sitnog praškadimenzija zrna 4 -10 μm sipa se u kalup, a potom presuje se na hladno podpritiskom do 400 MPa. Sledeća je operacija sinterovanje koje se zasniva na sporomzagrevanju otpreska u ulju (220-250C) u toku 2.5 h, a zatim veoma sporomhladjenju do oko 90C.
Oblikovanje plastike sinterovanjem
punjenje kalupa, presovanje na hladno, proizvod zapečenje
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 29
Ekstrudiranje je kontinualni postupak prerade plastičnih masa. Postupkom
ekstrudiranja polazna plastična masa u vidu granula ili praha se ubacuje preko levka
u cilindar mašine u kojoj je smešten jedan ili više puževa mašine koji transportuju,
pod uticajem precizno dovedene temperature rastopljenu plastiku. Dejstvom pogona
za transportovanje i dejstvom puža plastična masa se pred kraj cilindra
homogenizuje i plastificira i postavljanjem željenog alata na sam kraj cilindra dobija
se željeni oblik. Mašina u kojoj se odvija čitav ovaj proces naziva se ekstruder.
Proizvodi ekstruzijeŠema ekstrudera
30
Cevi i šipke
Limovi folije
Konstrukcioni
delovi
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić
Kalandrovanje jeste osnovna metoda izrade folija. Granule dovedene uzagrejani rezervoar postaju uplastičene i tako dospevaju u prostor izmedju obrtnihvaljaka čiji razmak odredjuje debljinu folije. Dodatno zatežuće naprezanje prinamotavanju poboljšava mehaničke osobine folije. Za sprečavanje slepljivanja jošnedovoljno ohladjenih folija koristi se pomoćni valjak. Kalandrovanje omogućujeproizvodnju folija debljine 0.08-0.6 mm. Postupak kalandrovanja se izvodi
pomoću mašine koja se naziva kalander. Proizvodnja na kalanderu je kontinualna
i koristi se u masovnoj proizvodnji, kada je potrebno proizvoditi velike količine.
Tri osnovne vrste kalandera su kalanderi za: izvlačenje folija, peglanje i utiskivanje
dezena.
ZatezanjeNamotavanje
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 31
Duvanje ili ekstruziono duvanje koristi se za izradu tankozidnihsudova od plastike (boca, plastičnih kanti i sl.). Najpre se u zagrejani ekstrudersipa granulat tako da se na izlazu formira meko crevo. Ono se uvodi u otvorenidvodelni kalup, kalup se potom zatvara i u crevo dovodi zagrejani vazduh podpritiskom kroz cevčicu. Tako se plastika potiskuje uz zidove kalupa poprimajućinjegov unutrašnji oblik
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 32
Termičko oblikovanje ostvaruje se pomoću vakuumske pumpe, takoda se pod dejstvom atmosferskog pritiska, zagrejana folija sama uvlači i naslanjana zidove gravure matrice.
Termičko oblikovanje
Proizvodi termičkog oblikovanja
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 33
Gotov
deo
Oblikovan deo
Plastična
ploča
Kalup
Vakuum
pimpa
Grejač
Stega
Tehnologija nanošenja zaštitnih prevlaka
Zavisno od oblika plastificiranih predmeta i vrste plastične mase koriste se različite metode nanošenja prevlaka:
• prilepljivanje gotovih tabaka ili otpresaka od plastike na štićenu površinu, što je najpogodniji način za zaštitu većih ravnih površina,
• nabrizgavanje rastopljene plastike na štićenu površinu specijalnim pneumatskim pištoljem - način najpogodniji za zaštitu malih i srednjih predmeta relativno prostog oblika,
• uranjanje predmeta u pastu (u rastopljenu plastiku) - način koji omogućuje automatizaciju i kontinualan rad uredjaja, posebno za nanošenje izolacionih prevlaka od polivinilhlorida na električne provodnike,
• fluidizaciono prekrivanje zagrejanog predmeta sprašenom plastikom koja se unosi mlazom komprimovanog vazduha, a zatim peče.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 34
Vrste i primena polimernih materijala
Područja primene polimernih
materijala
Nameštaj
8.0%
Građevinarstvo
27.0%
Poljoprivreda
2.0%
Automobili
8.0% Pakovanja
27.0%
Elektroindustrija
7,0%
Kućna oprema
4.5%
Ostalo
16.5%
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 35
Pakovanja
Građevina
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 36
Vozila
Elektrotehnika
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 37
Pokućstvo
Medicina
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 38
Svojstva i karakteristike polimera
Fizička svojstva polimera zavise od njegovog hemijskog sastava, strukture
(oblik makromolekula) i građe (raspored makromolekula i dodaci).
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 39
POVOLJNA SVOJSTVA NEPOVOLJNA SVOJSTVA
- niska gustina
- dobra hemijska otpornost
- mala električna provodnost (izolatori)
- mala toplotna provodnost
- dobro prigušuju vibracije
- dobro se boje
- dobro se obrađuju obradom skidanjem
čestica
- zavisnost svojstava od spoljašnjih uticaja
(temperatura, oblik i trajanje opterećenja)
- slaba otpornost na povišene temperature
- velike termičke deformacije
- mala površinska tvrdoća
- u većini slučajeva mala čvrstoća
- većina polimernih materijala je zapaljiva
PROIZVODI VULKANIZACIJE (GUME, ELASTOMERI)
Sve do Drugog svetskog rata guma se proizvodila samo od prirodnog kaučuka.Danas se izradjuje više vrsta prirodnog i veštačkog kaučuka, ne samo da bi senamirile narasle potrebe za gumenim proizvodima, već i da bi se postigle potrebneosobine finalnih proizvoda. Sintetičke gume su slične prirodnoj ali imaju većuotpornost na ulje, hemikalije, toplotu i starenje. Često se sintetičke gume mešajusa pravom gumom da bi proizvod imao dobre osobine oba materijala.
Prirodni kaučuk dobija se iz lateksa (mlečnog soka).Lateks je koloidna emulzija kaučuka koja se stvarazasecanjem stabla gumenog drveta koje raste utropskoj klimi Brazila, Konga, Indonezije, itd.Dugogodišnjom selekcijom i kalemljenjem razvijene surazne vrste plantažnog kaučukovog drveta kojedugovečno mogu izlučivati lateks. Na sobnojtemperaturi lateks je veoma elastičan (izdužuje se do80%), kad se ohladi ispod 0C postaje krt, a iznad 50Cgubi elastičnost prelazeći u čisto plastično stanje.
Kaučuk
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 40
Sintetički kaučuk dobija se polimerizacijom sintetičkog izoprena ili butadiena kao i derivata butadiena
C
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
C
C
C
H
H
C
H
H
C
HH
CC
H
H
C
H
H
HH
H
H
C H C
CC
H
izopren, butadien, derivat butadiena
Monomeri za dobijanje kaučuka
C H
C
H
H
C
H
C
H
H
C
H
CC
H
H
C
H
C C
CC
C C
H HHH
H
HH
S S
C
H
H
C
H
C
HH
C
H
CC
H
H
C
H
H
H
C C
Gume (Elastomeri)
Prirodni ili veštački kaučuk preradjuje se u gume procesom vulkanizacije koja može biti vruća ili hladna. Suština vulkanizacije je uvodjenje sumpora koji bočno povezuje (umrežava) lančaste molekule
Bočno povezivanje lančastih molekulaMašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 41
Sadržaj kaučuka u gumi iznosi 5-95%, a ostalo su: • sumpor (za meku gumu 4%, za tvrdu 10-20% i 35-50% za veoma tvrdu), • plastifikatori (ulje, fenol-olakšavaju preradu), • vazelin i parafin (daju dugotrajno meku gumu), • aktivni i pasivni punioci (čadj, kaolin, cink oksid) koji direktno popravljaju
mehaničke osobine, • antioksidanti (fenoli), • ubrzivači vulkanizacije (stearinska kiselina), • sredstva za bojenje (pigmenti) i ponekad • mirisna sredstva.
U proizvodnji gume toplim postupkom razlikuju se sledeće osnovne faze: • uplastičenje kaučuka (valjanje tj. gnječenje na povišenoj temperaturi), • priprema sirove mešavine (valjanom kaučuku se dodaju potrebni
sastojci i katalizatori PbO, ZnO, MgO, CS2), • konfekcioniranje (oblikovanje sirove mešavine na formu blisku proizvodu) i • vulkanizacija - višesatno zagrevanje proizvoda u čeličnim matricama, pri 110-165C i uvodjenje sumpora. To je najvažnija faza u toku koje atomisumpora bočno povezuju lance polimera
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 42
Osobine gume
Tvrdoća gume kreće se u granicama 45-80 ºSh (tvrdoća po Shoreu). Sa padomtemperature tvrdoća gume raste, a na dovoljno niskoj temperaturi, guma postajekrta, veoma tvrda i lomljiva (za gumu od prirodnog kaučuka temperatura krtostiiznosi -60ºC).
Jačina na kidanje gume varira od 7 do 28 MPa, pri čemu nema direktne zavisnostiod tvrdoće. Jačina gume opada sa porastom temperature.
Modul elastičnosti, za meke gume iznosi oko 1.5 MPa i preko 700 MPa za tvrdegume. Hukov zakon važi samo za deformacije do 20% pri zatezanju i 20-25% pripritiskivanju.
Elastičnost gume, tj. sposobnost povratka prvobitnog oblika je važna osobinanekih proizvoda od gume (npr. elastičnih oslonaca od tvrde gume). Gume sedeformišu bez promene zapremine, slično kao nestišljivi fluidi (tečnosti).Razlika u osobinama elastičnosti pri opterećenju i rasterećenju pokazuje
sposobnost materijala da apsorbuje unutrašnju energiju. Dokazano je da guma
ima oko tri puta veću sposobnost da apsorbuje elastičnu energiju nego čelik.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 43
Puzanje se javlja i pri sobnoj temperaturi kad se gumeni delovi duže vreme izlože opterećenju. Posle rasterećenja, ostaje trajno izduženje ili skraćenje, analogno puzanju metala na povišenim temperaturama.
Otpornost gume na habanje, abraziju i čupanje (otkidanje čestica) bitna je za mnoge primene. Korisne osobine gume pogoršavaju se vremenom, drugom rečju one stare usled oksidacije ili izlaganja sunčevoj svetlosti, ozonu ili toploti. Obične gume nisu otporne na ulje, najpre bubre ispod površine, a potom nastaje čupanje, tj. odvajanje čestica.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 44
Vrste guma
Prirodna guma, dobija se polimerizacijom izoprena koji otvrdnjava uvodjenjemsumpora, tj. vulkanizacijom uvedenom 1839. godine (Gudijer-Goodyear). Prirodnaguma ima odličnu savitljivost i dobre fizičke osobine koje se bitnije ne menjajuusled toplote oslobodjene zbog unutrašnjeg trenja, npr. pri kotrljanju pneumatikapo kolovozu.
Prirodna guma lako uspostavlja početni oblik i dimenzije, dobro je otporna načupanje i odlično otporna na abraziju.
Otpornost na starenje usled dejstva sunčeve svetlosti, toplote ili oksidacije iotpornost na skladišno starenje, kreće se od dobre do rdjave, zavisno od aditiva.
Prirodna guma je slabo otporna na delovanje nafte i ozona, ali ima odličnuotpornost na kiseline. Najviše se upotrebljava za pogonske mašinske kaiševe,pneumatike, čizme, gumene jabučice itd.
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 45
Veštačke gume se prave od sintetičkog kaučuka koji se dobija polikondezacijom butadijena na različite načine.
• Po metodi Hofmana proces se odvija dejstvom toplote (95C) i pritiska u toku 10-14 dana.
• Nemačka metoda se zasniva na reakciji elementarnog natrijuma ibutadijena koja daje produkt pod imenom buna (butadien-natrijum).
Danas je razvijeno više vrsta veštačkih guma, od kojih su najvažnije:
• Stiren-butadien gume• Butil guma• Etilen-propilen guma• Nitril gume• Neopren guma• Polisulfidne gume• Poliuretanske gume• Silikonske gume
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 46
Različiti primeri primene gume
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 47
Mašinski/tehnički materijali - Dr Marko Pantić 48
Hvala na pažnji !
Recommended