2. POLIMERNI MATERIJALI Polimeri su prirodni i sintetiki materijali iji su osnovni elemnti strukture

makromolekuli. Makromolekuli nastaju od monomera postupkom polimerizacije [1]. Prirodni kauuk je primer prirodne polimerne matrije a polivinilhlorid primer sintetikog polimernog materijala. Sintetiki polimeri dobijaju se od monomera postupkom polimerizacije, od sirovina kao to su nafta, prirodni gas i ugalj itd. Postupak polimerizacije izvodi se npr. viestepenom polimerizacijom sa ili bez umreavanja. Materije dobijene polimerizacijom (polimerizati) nisu jedini sastojak polimernih, tehniki upotrebljivih materijala. Svojstva makromolekularnih polimera menjaju se i poboljavaju dodatkom razliitih materija koji se naelno mogu svrstati u dve grupe: a) dodaci za poboljavanje svojstava polimera i b) dodaci za poboljavanje obradivosti materijala. U tu svrhu koriste se [1]:

modifikatori mehanikih osobina modifikatori povrinskih osobina modifikatori optikih svojstava dodaci za poveanje veka trajanja proizvoda reakcijske materije (npr. sredstvo za stvaranje pene pri preradi) ostali dodaci parfemi, dezodoransi, upijai vlage... sredstva za poboljanje obradivosti (maziva, toplotni stabilizatori, ispune,

regulatori viskoznosti...) Podela polimernih materijala

Podela polimernih materijala vri se na razliite naine prema razliitim kriterijumima. Prema kriterijumu njihovog ponaanja na povienim temperaturama, polimeri se dele na: plastomere (termoplaste), duromere i elastomere (guma). Pored toga, postoji jo jedna posebna grupa koju predstavljaju elasto-plastomeri. Zajedniki naziv plastomera i duromera je plastika.

Classification of Engineering Materials

MetalsAlloys

Intermetalliccompounds

Polymerics CeramicsCompositesPlasticsRubber

ElastomersTextileleather

Metallics

GlassesPorcelain

SemiconductorsStonewareCement

Slika 2.1 Klasifikacija inenjerskih materijala [10] Plastomer (termoplast) je vrsta polimernog materijala koja se na povienoj

temperaturi topi. Nakon zavrenog procesa oblikovanja ponovo se moe rastopiti, a zatim oblikovati i moe se reciklirati. Postupci prerade ovih materijala bazirani su na promeni njihovog stanja zagrevanjem i hlaenjem (vsto rastopljeno vrsto). Struktura termoplastinih materjala moe biti amorfna, kristalna i kristalsta. Najzastupljeniji polimeri iz ove grupe su polipropileni niske i visoke gustine, ija je struktura kristalasta i polivinilhlorid ija je struktura amorfna.

Duromeri su polimerni materijali koji se sastoje od makromolekula koji su gusto prostorno umreeni. Pri oblikovanju ovakvih materijala odvija se hemijska reakcija umreavanja. Naknadna prerada i reciklaa ovakvih materijala nije mogua. Duromeri su netopljivi i nerstvorljivi materijali.

Elastomeri (guma) su slabo prostorno umereni makromolekuli. Finalna struktura elastomera nastaje umreavanjem, tj. vulkanizacijom, koja se moe izvesti u procesu oblikovanja proizvoda ili naknadno u posebnom postrojenju.

Elastoplastomeri su materijali ija je osobina da se na sobnoj temperaturi ponaaju kao elastomeri (gume) a na povienoj, kao termoplastini materijali. Prerauju se na isti nain kao i termoplastini materijali.

Podela termoplasta i elastoplastomera prema podruju primene data je na sledeoj slici.

PIPPSUPESPSU

PAPMMAKPCPET(G)PCT(G)PETPC/ABSPC/PBT

SMMAKABSM8SSANEVAPS

Amorfni Kristalasti

PPPE-HDPE-LDPE-LLDPE-UHMW

PETP8TPAPOM

PEEKLCPPFAFEPETFEHTN

TPETPU

elasto-plastomeri

Plastomeri visokih zahteva

Konstrukcioni plastomeri

Standardni plastomeri

Slika 2.2 Podela plastomera i elasto-plastomera prema podruju primene [1]

Broj tehnikih polimera je ogroman i svaka od navedene tri grupe moe se podeliti u pedesetak podgrupa, sa po stotinu podvrsta u svakoj od njih. U praksi najee korieni polimerni materijali (plastika) su:

PET Polyethylene terephthalate Boce za sokove, pakovanja za gotova jela ,

folije.

HDPE High-density polyethylene Boce za mleko i tenosti za pranje.

PVC Polyvinyl chloride Pakovanje hrane, folije, boce za sokove, vodu i

ampone.

LDPE Low density polyethylene Vreice (kese), folije.

PP Polypropylene Pakovanja za margarin, posude koje se koriste u

mikrotalasnoj penici.

PS Polystyrene Ambalaa za jogurt, meso, ribu, pakovanja za hamburgere i

jaja, ae i olje, zatitna pakovanja za elektronsku robu i igrake.

OTHER Sve ostale koje nisu uvrtene u predhodne kategorije. Na primer melamin,

koji se esto koristi za plastine poklopce i ae.

Mehanike osobine polimera odreuju se razliitim statikim i dinamikim

ispitivanjima, slino ispitivanjima metalnih materijala. Posebno su znaajna ispitivanja na zatezanje, pritisak, smicanje, uvijanje i savijanje.

Pri ispitivanju na zatezanje dobija se dijagram slian dijagramu pri ispitivanju metalnih materijala (slika 2.3).

Slika 2.3 Dijagram zatezanja razliitih materijala (metala i plastike) [1]: a) sivi liv ili PS,PMMA, UB, b) PE-LD, c) PA ili PE, d) niskougljenini elik, e) Al, Cu, PA [1]

Dijagram pokazuje da pojedini polimeri imaju bitno drugaiji oblik krive

zatezanja u odnosu na elik i da se moe desiti da je prekidna vrstoa vea od zatezne vrstoe.

Reoloke osobine polimera opisuju zavisnost izmeu deformacija i teenja materijala i veoma su znaajne za ponaanje vrstih i tenih materija. Za preradu polimera poseban znaaj ima smiua viskoznost ili jednostavno viskoznost. U principu polimeri su visko-elastine materije. Vrednosti koeficijenta viskoznosti za razliite materije dati su u tabeli 2.1

Tabela 2.1 Viskoznost pojedinih materijala [1] Materija Viskoznost [ aP s ] Gasovi 510

Vazduh u tenom stanju 410 Voda 310 Ulje,boje i boje za tampu 2 210 10 Maziva, masti 0 510 10 Smole 2 810 10 Katran ,asfalt , plastika 5 1110 10 Metali 1110>> Keramika , kamen 1110>>

Toplotna svojstva polimera. S obzirom na to da su postupci prerade plastike

povezani sa procesima zagrevanja i hlaenja, veoma je vano poznavati toplotne osobine polimera tokom procesa oblikovanja. Osnovne toplotne osobine polimera prema [1] su: 1. koeficijent linearnog irenja

1. gustina i specifina zapremina 2. specifini toplotni kapacitet 3. toplotna provodljivost 4. toplotna difuzija 5. entalpija itd.

Pri pruavanju procesa prerade polimera neophodno je praenje njihovog

termikog stanja pa se u tu svrhu koriste osnovne termodinamike zakonitosti kao to je zakon o odranju energije i zakoni prenosa toplote (provoenje, konvekcija i zraenje). Kompoziti

Kompozit na bazi polimera predstavlja materijal koja se sastoji od najmanje dve komponente matrice i ojaavajue komponente. Pri tome se razlikuju: 1- klasini kompoziti, u koje spadaju kompoziti na bazi duromera i elastomera i 2- termoplastini kompoziti.

Od polimernih kompozita proizvode se razliiti proizvodi kao na primer, delovi amaca, brodova, automobila, aviona, kabina za kamione, kade, cisterne itd. Pri tome u upotrebi dominira kompozit na bazi poliestera sa staklenim vlaknima. Najznaajniji kompozit na bazi elastomera (gume) je pneumatik za vozila, koji se satoji od vlaknastog korda, i eline ice.

Primena kompozita naroito je zastupljena u proizvodnji graevinskog materijala, na primer u izradi sendvi elemenata za zidove, laminat parketa, panel ploa za nametaj itd. Navedeni materijali predstavljaju kompozit izraen na bazi drveta i plastike. Povrinski sloj izraen je od visokokvalitetne plastine folije koja je otporna na habanje i ne upija vlagu.

a) b)

Slika 2.4 Primena polimernodrvenog kompozita: a) za izradu sendvi zidova; b) za izradu panel ploa za nametaj

Aaooo

a) b) Slika 2.5 Primena kompozita u autoindustriji: a) za izradu elemenata enterijera; b) za

izradu elemenata eksterijera

aa a)

b)

Slika 2.6 Primena kompozita: a) elisa vetrogeneratora prenika 40 m izraena od karbo-

epoksid polimera; b) krila i trup aviona izraeni od polimer kompozita [16]

S Princip dizaniranja mehanikih osobina kompozita prikazan je na slici 2.7, koja

ilustruje zavisnost napona od deformacije za sluaj ispitivanja zatezanjem matrinog materijala, fibera i kompozita na bazi prethodnih komponenti.

Sl. 2.7 Mehanike osobine kompozita

Literatura: [1] ati I.: Proizvodnja polimernih tvorevina, BIBLIOTEKA POLIMERSTVO

SERIJA ZELENA, Zagreb, 2006. [7] Plavi M.: Polimerni materijali, Nauna knjiga, Nauka i inenjerstvo, Beograd, 1996. [9] Strong A.B: Plastics, materials and processing, Prentice Hall, Ohio, 2000. [10] Viloti D., Miliki D., Planak M., Milutinovi M.: Obrazovanje inenjera

proizvodnog mainstva iz oblasti tehnologija oblikovanja plastike na Fakultetu tehnikih nauka u Novom Sadu, 4. kongres inenjera plastiara i gumara (K-IPG 2006), Vrac, juni 2006..

[16] www1.jsc.nasa.gov/bu2/conferences/NCAS2005/papers/...