Mašinski/tehnički Materijali Polimerni materijali · Omekšivači Punioci Ostali dodaci Parfemi Dezodoransi Dodaci za smanjenje gorivosti Polimerni dodaci - aditivi Plastične materije

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).


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


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


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)


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


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


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


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


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


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.


Za industriju su najvažnije dve vrste polimernih mateijala:

• plastike i

• elastomeri.

Plastike se dobijaju procesima polimerizacije ili polikondenzacije, a

elastomeri postupkom vulkanizacije.


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


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.


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


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


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


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.


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


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.


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


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


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).


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


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.


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


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


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


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


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.


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%


Pakovanja

Građevina


Vozila

Elektrotehnika


Pokućstvo

Medicina


Svojstva i karakteristike polimera

Fizička svojstva polimera zavise od njegovog hemijskog sastava, strukture

(oblik makromolekula) i građe (raspored makromolekula i dodaci).


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


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


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.


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.


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.


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


Različiti primeri primene gume



Hvala na pažnji !

Documents

Mašinski/tehnički Materijali Polimerni materijali · Omekšivači Punioci Ostali dodaci Parfemi Dezodoransi Dodaci za smanjenje gorivosti Polimerni dodaci - aditivi Plastične materije