svojstva i primena

7/22/2019 Svojstva i Primena

1/47

FAKULTET TEHNIKIH NAUKADEPARTMAN ZA PROIZVODNO MAINSTVO

SVOJSTVA I PRIMENA PLASTINIH MATERIJALA

Prof. dr Branko kori


2/47

2

Poglavlje I

DEFINICIJA PLASTIKE I POLIMERA

Plastika je materijal sainjen od velikog broja molekula (polimera), koji su nainjeni ilisintetiki ili su prirodnog porekla ali modifikovani.

Svi plastini materijali imaju osobinu da se na nekom nivou mogu oblikovati ili da mogu dase liju na koristan oblik.

Klasifikacija materijala:

MATERIJALI

Gasovi vrsta tela Tenosti

Metali Polimeri Keramike

Sintetiki polimeri Prirodni polimeri(Koa, drvo, pamuk,

prirodna guma)Najlon

PoliesterPolietilen

Polimerje molekul sainjen od malih molekula koji su meusobno povezani hemijskimvezama. (polymer- mnogo delova)

Sli ka 1.1Mali molekuli i polimerski lanac.


3/47

3

MAKROSKOPSKE HEMIJSKE I FIZIKE KARAKTERISTIKE PLASTIKE U ODNOSUNA METAL I KERAMIKU

U sledeoj tabeli su prikazane karakteristike plastinih materijala:

KARAKTERISTIKA PREDNOST/NEDOSTATAK

Niska temp. topljenja Laka obrada/Niska radna temp.

Veliko izduenje Mala krtost/Veliko puzanje

Mala gustina Laki proizvodi/Mala vrstoa

Mala termika provodnost Toplotna izolacija/Slabo odvoenje toplote

Elektrina otpornost Dobar el. izolator/Ne provodi struju

Optika prozornost Providan/Degradacija na suncu

Otpornost na rastvarae Dobro za primenu

Zapaljivost Otpaci se spaljuju/Opasno za poar

U poslednjih nekoliko dekada plastimi materijal se pridruio klasinim materijalima kao tosu metal, drvo i kamen. Proizvodnja od plastinih materijala brzo raste, i moe se oekivati dapostane materijal koji se najvie koristi. Moderan ivot se nemoe zamisliti bez plastinogmaterijala, a zbog svojih osobina se koristi u skoro svim sferama ivota.

Sli ka 1.2Primena plastike.


4/47

4

Poglavlje II

TERMOPLASTINI MATERIJALI

(Inenjerska plastika)

Inenjerska plastika se karakterie njenom mogunou da zameni metalne delove.

Ovi materijali imaju sledee karakteristike:

visoka vrstoa i krtost, uporedivu sa veinom metala. zadravanje mehanikih osobina na visokim temperaturama (najee do 80oC). ilavost (donekle zadovoljava) dimenziona stabilnost na povienim temperaturama otpornost na dejstvo vode, hemikalija, UV zraenja, kiseonika itd. dobra obradivost

POLIAMIDIPA (najlon)

Poliamidi se formiraju polimerizacijom reaktanata (monomera), koji grade amidne grupe, sa

vodom kao produktom. Reaktanti su acidi i amini funkcionalne grupe.

Slika 2.1Ponavljanje jedinica poliamida.

Osobine poliamida:

Razlike izmeu razliitih tipova poliamida proistiu iz razliitog broja ugljenika umolekulskim sekcijama izmeu amidnih grupa.

PA sa est atoma ugljenika (6/6), se najvie koristi zbog svojih osobina: dovoljna elastinost, dobra ilavost i dovoljna vrstoa.

Sli ka 2.2Molekul ugljenika sa amino i acidnom grupom.

Od njega se prave vlakna za izradu podnih obloga i kaieva u tekoj industriji. Nedostatak jetendencija ka stvaranju statikog elektriciteta, to se moe spreiti ubacivanjem metalnih vlakana.


5/47

5

ARAMIDI

Materijal koji sadri amidne grupe i izmeu njih prstenove benzola (aromatini polimer).Poznat je kao KEVLAR

, i ranije je korien za izradu zatitnih prsluka a danas se koristi

komercijalno.

Nije zapaljiv, nije rastvoriv i ima visoku temperaturu topljenja.

ACETALIPOLIOKSIMETILENI (POM)

To je familija polimera, koja u odnosu na poliamide (PA) ima prednost za primenu u vodi.Imaju najveu kristalnost u celoj familiji termoplastinih polimera.

Karakteristike

Veliki stepen kristalnosti, ima odlinu vrstou, krutost, povrinsku tvrdou, otpornost naagresivne sredine. Ima sline osobine kao najlon (6/6). Ima dobru otpornost na zamor. Vrlo malo

apsorbuje vodu ili vlagu i zadrava dobro dimenzionu postojanost. Jedino ima jaku reakciju saoksidacionim reagensima.

Primena: za izradu vodo kotlia, tueva i sl. Maksimalna radna temperatura je 100oC.

Sli ka 2.3Polioksilometilen.

U procesu ekstruzije, ubrizgavanja ili drugog procesa proizvodnje, se zahtevaju sigurnosne

mere da prostor za punjenje (barrel) nakon procesa ne sadri acetal, pre iskljuenja maine, da bi seosiguralo startovanje bez acetala koji moe da izazove pregrevanje polimera. Takoe, moe dadoe do formiranja formaldehidama, koji je otrovan, i zato prostorije u kojima se radi sapolioksilometilenom moraju da imaju dobru ventilaciju. Sklonost ka kristalizaciji ometa proces

ekstruzije. Homopolimeri i kopolimeri su pogodni za dalju obradu.

TERMOPLASTINI POLIESTER (PET/PBT)

Polimer sa ponavljajuomjedinicom, na slici, pretstavlja termoplastini poliester.

Kada je m=1, tada je u pitanju (polyethilen

terephthalate)PET.Kada je m=2, tada je to PBT.

Karakteristike:

Termoplastini poliester ima najbri rast primeneod svih inenjerskih termoplastika, pre svega zbog PETambalaa, ali i zbog drugih proizvoda kao to su kuitapumpi, krovni prozori itd. Odline mehanike osobine

termoplastinog poliestera su povezane sa efektom orjentacije. Naime, molekuli su orjentisani ujednom pravcu i materijal je jai u tom pravcu. Kod izrada boca od termoplastinog poliestera se

Sli ka 2.4Termoplastini poliester.


6/47


7/47

7

Liveni oblik (PMMApolymethylmetacrylate), jepoznat kao PLEXIGLAS. Najvanija osobinaPMMAje optika prozranost.

Ova plastika ima 92% prozranost, najveu od svih plastika. Ima najmanju UV osetljivost i niskuosetljivost na oksidaciju i vremenske prilike. Sa dodatkom acrylic sirupa, koristi se za izradu

elemenata za kupatila i kuhinje a moe i za umetnika dela (vaze, satovi, ...).

FLUOROPOLIMERI (PTFE, FEP, PEA)Njihova primena se ne zasniva na mehanikin osobinama, nego na fizikim i hemijskim

osobinama. Najvaniji fluropolimer je politetrafluoretilen, ije zatieno ime je TEFLON.

Karakteristike:

Fluor je elektro negativan element, i elektroni oko njega grade stabilne veze sa malom

hemijskom reaktivnou, tako da spada u grupu tzv. nelepljivih materijala. Zbog toga se koristi zaizradu medicinskuh ureaja, industrijske tokie (kod tampanja), aparata za kopiranje, procesnihlinija i mnogih drugih potreba u industriji.

Zbog svoje hemijske inertnosti koristi se i za oblaganje

rezervoara, izradu cevi, kontejnera za hemikalije i za zaptivae.Poto ima veliku elektrinu otpornost, koristi se i kao izolator ice.

Problem je spajanje fluoropolimera, i zato se mora prvoistopiti, ili se koristi ultra zvuno spajanje i radiofrekventno (RF)zavarivanje. Postojanje atoma fluora utie na nezapaljivost i zatose koristi i kod osetljivih vazduhoplovnih delova. Ukoliko doe dorazlaganja, zbog fluora se stvaraju otrovni produkti. Temperaturarazlaganja je relativno visoka (260

oC), a to je ujedno i trajna radna

temperatura.

PTFE je sluajno otkriven kao talog u buretu u kome se nalazio tetrafluoretilen. Ima najveu

gustinu od svih plastinih materijala: 2.0 2.3 gr/cm3

. Zatezna vrstoa je 14 36 MPa, manja odostalih inenjerskih termoplastika i bliska je komercijalnim plastikama.

Ima dobru abrazivnu otpornost, pogotovo ako se ojaa vlaknima. Najvei problem kod PTFE jetemperatura topljenja bliska temperaturi razgradnje. Zbog toga ne moe da se lije, nego se koristiproces sinterovanja. U ovom procesu se prah sipa u kalupe i dri pod pritiskom dok se vrizagrevanje. Drugi nain izrade delova je ram ekstruzija, gde se pod pritiskom i zagrevanjemproputa kroz formira i tako nastaju kontinualni, uniformni po preseku, delovi.

Polyhexafluoropropylen(PHFP), je varijanta sa niomtemperaturom topljenja i lake moe da sevri proizvodnja.

Flourinatedethylenpropylen (FEP), je fluorizovani etilen propilen, fluoropolimer, koji se koristi

u hemijskoj industriji, za izradu konopca za jedra, hemijski otporne kontejnere i izolaciju ice. Perfluoralkoxy(PFA), moe da se obrauje procesom topljenja na 370oC.

Sli ka 2.7Politetrafluoretilen


8/47

8

Poglavlje III

TERMOPLASTIKE SA VISOKIM PERFORMANSAMA

Svi polimeri iz ove klase imaju strukturu koja sadri prsten benzola ili neku drugu funkcionalnugrupu. Uglavnom se koriste kao osnova za kompozitne materijale. Termoplastini kompozitikonkuriu termoset kompozitima u vazduhoplovnoj industriji, u izradi sportskih rekvizita i umedicini.

POLIFENILENI (PPE, PPO i PPS)

Materijal je termiki stabilan, otporan na vatru i sa neto veom temperaturom topljenja.Livljivost se moe poveati u polifeniloksidu (PFO) i meanjem sa polistirenom. Koristi se za izradupropelera, kuita pumpi, kuita video displeja, okvira prozora, kuita zupanika itd. Mogu da seprevlae metalom.

POLIARILETER KETONI (PEEK, PEK)

U strukturi imaju prsten benzola i kiseonika, (ili ugljenika i kiseonika). Zbog ketonske grupeima dobru udarnu vrstou i hemijsku postojanost i koristi se u kompozitima za vazduhoplovnuindustriju.

POLISULFONI (PSU, PSE)

Struktura polisulfona je aromatina grupa, koja ima vie benzol prstenova i jednu SO2 grupu.Kada je direktna veza, to je PSU a ako ima i jedan atom kiseonika, onda je to PES. SO2ima slinuulogu kao i ketonska grupa, da povea krutost i vrstou molekula.

Polisulfoni su dimenziono stabilni i koriste se za izradu vodovodnih cevi, u automobilskoj

industriji, maine za pranje posua i dr. U nekim oblicima su prozirni i to na visokimtemperaturama.

TERMOPLASTINI POLIMIDI (PI, PAI)

Polimidi se sastoje od: benzola i ugljenika i od azota i

kiseonika.Zbog oteane promene veze imaju visoku temperaturutopljenja, visoku temperaturu primene i dimenzionu stabilnost.

CELULOZA

Zbog istorijskih razloga spada u grupu inenjerskih termoplastika. Dobija se od eluloze(drveta), tako to se sirova celuloza hemijski tretira u vodenom rastvoru i hemikalijama da se dobijeforma polimera. Koristi se za dobijanje celofana, vetake svile i celuloida.

Celuloza acetat (CA). Koristi se za drke alata, drke etkica, rama za naoare, patrone za mastila,folije za pakovanje.

Celuloza acetat butirejt (CAB), koristi se za izradu tastatura.

Celuloza nitrat, koristi se za izradu bilijarskih loptica.

Sli ka 3.1Imidna grupa.


9/47

9

Poglavlje IV

TERMOPLASTINI MATERIJALI

(Plastike za iroku primenu)

Plastini proizvodi se dobijaju dodatnom polimerizacijom, i za taj proces je neophodno damonomeri imaju dvostruku vezu ugljenik-ugljenik.

Prikaz plastinog proizvoda:

C C

H

X H

C C

H

X H

( )n

Slika 4.1Termoplastika za iroku primenu

x-funkcionalna grupa:

H polietilen

CH3 polipropilen

Cl polivinilhlorid

polistiren

POLIETILEN (PE)

Funkcionalna grupa je vodonik.

Slika 4.2Polimerni prikaz polietilena

Najjednostavniji polimer sa samo dva ugljenika i etiri vodonika. PE ima veliku molekularnuteinu i relativno jeneosetljiv na rastvarae, to mu omoguava primenu za izradu rezervoara i cevi.Problem je to PE ne prihvata boje. Reavanje ovog problema je mogue primenom gorionika ielektrinom varnicom, odnosno promenom hemijske prirode PE.


10/47

10

Spajanje PE je takoe sloen proces, a sastoji se iz topljenja povrine i spajanja pritiskom. PEima visoku elektrinu otpornost, koja proistie iz hemijske prirode PE. Takoe je dobar toplotniizolator.

Velika primena PE proistie iz niske cene proizvodnje i lake proizvodnje. PE se polimerizujeiz gasa etilena, koji se jednostavno dobija iz prirodnog gasa (metana) ili iz nafte. Temperaturaprocesa dobijanja PE je najnia od svih neophodnih temperatura za dobijanje termoplastinih

materijala. Komparativno, najmanje je potrebno energije za proces kalupovanja, tako da sejednostavni procesi prave bez problema (kese, folije za pakovanje, igrake, flae za mleko itd.).

Polietilen niske gustine (LDPE), Dobija se pri visokoj temperaturi i visokom pritisku pripolimerizaciji. Formiraju se mnogobrojne dugake grane:

Slika 4.3Polietilen niske gustine.

Koristi se za izradu fleksibilnih cevi, velikih kutija i igraaka, gde se ne trae mehanikeosobine.

Polietilen visoke gustine (HDPE). Kada je polimerizacija na nioj temperaturi i pritisku,tada je PE vie linearan sa svega nekoliko kratkih grana:

Sli ka 4.4Polietilen visoke gustine.

U odnosu na LDPE je krui i otporniji na abrazivno habanje. Koristi se za izradu flaica zamleko, vodu i deterdent i to sa vrlo tankim zidovima i niskom cenom. Zbog hemijske postojanostikoristi se za izradu buradi, hemijskih spremita, transportnih kutija i za rezervoare za goriva kodvozila.

Linearni polietilen niske gustine (LLDPE). Dobija se pri katalitikom procesu na niskom pritisku inastaju dugake i mnogobrojne grane:

Sli ka 4.5Linearni polietilen niske gustine.

Popreni lanci su nainjeni od drugog monomera (komonomer). Komonomer mora da sadridublet ugljenik-ugljenik i nekoliko dodatnih ugljenika. Ovakvi organski molekuli se nazivaju -olefini.Koriste se za pakovanje hrane i kao toplotna izolacija.

Povezivanje polietilena je neophodno za neke primene i ostvaruje se elektronskim zraenjem ilihemijski. Elektroni visoke energije udaraju u molekule polietilena i razbijaju vezu ugljenik-vodonik


11/47

11

i ugljenik-ugljenik. Razdvajanjem se formiraju slobodni radikali koji reaguju sa drugim slobodnimradikalima u blizini. Na taj nain nastaju veze izmeu molekula susednih polimera.

Kod hemijskog povezivanja, koristi se peroksid kao inicijator dodatne polimerizacije. Koristise, zbog udarne ilavosti, za izradu kontejnera, buradi, posebno gde se oekuje velika hladnoa.

POLIETILEN KOPOLIMER

Dodatnom polimerizacijom se dobijaju kopolimeri koji su nastali meanjem vie tipovamonomera. Kopolimeri mogu da imaju osobine sline onim koje imaju monomeri (homopolimer), amogu imat i osobine potpuno drugaije od monomera (komonomeri).

Etilen vinilacetat kopolimer (EVA)

Na slici je prikazan lanac EVA.

Zbog svoje hemijske reaktivnosti (lepljivosti),

koristi se kao lepljiv materijal za pakovanje.

Etilen akrilik acid kopolimer (EAA). Akrilik acid je monomer koji se kopolimerizovao saetilenom.Postoji jonska veza (jonomer), koja poveava udarnu ilavost, zateznu vrstou i adhezionuotpornost. Koristi se za izradu folija za pakovanje hrane, za izradu branika i oblaganje golf loptica.

Etilen propilen kopolimer (EPM). Ima strukturu koja spreava kristalizaciju, tako da ima dobrusavitljivost i hemijsku postojanost. Koristi se za izradu O-ringa, oblaganje ica, konopaca, izraducreva za mrk, otiraa itd. Praktino spada u elastomere.

POLIPROPILEN (PP)

Dodatna grupa kod polipropilena je CH3 (metil), i moe da formira tri razliita tipapolipropilena (stereo izomera). Osnovni ugljenik kod ovog polimera je povezan sa tri atomaugljenika (na slici).

Jedan ugljenik je iz dodatne (visee) grupe i dva su iz osnovne.Ovaj ugljenikov atom se naziva tercijarni ugljenik. Svi ostali atomi u

osnovi imaju samo dva ugljenika povezana sa njima (sekundarniugljenik). PP i PE imaju sline karakteristike i mogu se koristiti za istenamere. PP je vri od PE, tako da se za oblaganje ice koristi PE. PP sekoristi tamo gde se zahteva otpornost na abraziju ili tvrdoa, kao to su:zupanici, igrake, kuita akumulatora itd.

PP ima viu temperaturu topljenja i radnu temperaturu i zato sekoristi za sterilizatore u medicini i maine za pranje posua.

PP dobro izdrava savijanje, i zato se koristi za izradu kontejnerakoji se izjedno liju sa arkama i koje su mnogo tanje.

Niska cena i superiorna vrstoa PP ga namee kao materijal za inenjersku primenu.Dodatkom 30% staklenog vlakna udvostruuje zateznu vrstou. Dodavanjem kalcijum karbonata(30% teinskih), poveava se krutost i mnogi delovi za automobile se umesto od termoplastika prave

Slika 4.6Etilen vinil acetat kopolimer.

Sli ka 4.7Polipropilen.


12/47

12

od PP, jer tada mogu da se liju u vrlo sloene oblike, pri emu se izbegava skupljanje plastike u tokulivenja a postie se dimenziona stabilnost.

POLIVINIL HLORID (PVC)

Vinil hlorid monomer se satoji od dubleta ugljenik-ugljenik a kao funkcionalna grupa je

"visei" atom hlora i tri atoma vodonika.

Polimerizacija monomera se obavlja korienjem suspenz ije.Monomer vinil hlorid (gas), je kancerogen i otrovan, i zatopolimerizovani PVC nesme da sadri monomer vinil hlorid, i u tomsluaju moe da se koristi i za pakovanje hrane. Atom hlora u PVCpolimeru daje osetljivost na rastvore.

Postoje dva tipa PVC-a, u zavisnosti da li je modifikovan ilinije.

1. Nemodifikovani (rigidni, vrsti , kruti, nesavitljiv) PVC2. Modifikovani (plastificirani) PVC

PVC, kada se zapali, proizvodi HCl gas, koji je tei od vazduha i obavija plamen, tako da se spreava dovod kiseonika i na taj nain sam gasi plamen. Zato se koristi i kao izolator na icama.

Oba tipa PVC-a imaju osobinu da se pri zagrevanju vri dekompozicija (razlaganje), priemu se izdvaja HCl gas i stvara se veza izmeu lanaca polimera. Pri tome se menja boja PVC-a uutu ili kasnije u braon boju. Dekompozicija se obavlja na temperaturama bliskim temperaturi

topljenja. Proces dekompozicije je autokatalitiki.Istopljeni PVC ima visok viskozitet, to dalje komplikuje termiku dekompoziciju. PVC je

takoe osetljiv na UV zraenje i na degradaciju oksidacijom, uz nastanak HCl, i dobijanjem uteboje.

Nemodifikovani PVC

Kod rigidnog PVC-a je atom Cl, zbog sline veliine kao CH2 grupa, dovoljan da utie nagustinu pakovanja, to rezultuje kristalizacijom PVC-a. Ukoliko Cl i njegov polaritet utiu naintermolekularno privlaenje, to izazaiva poveanje vrstoe ali i temperature topljenja. Staklastatransformacija se deava na temperaturi 60-80oC, i zato se koristi na sobnoj temperaturi. Koristi setamo gde cena nije bitna, a osobine mogu da se poprave dodavanjem praha kalcijum karbonata(CaCO3). Obrada je mogua sa svim konvencionalnim postupcima i treba voditi rauna da moedoi do korozije alata i drugih delova zbog mogueg prisustva HCJ. Ekstrudirani PVC proizvodi suramovi za prozore.

Dobra osobina je mogunost lakog spajanja i nije neophodno, kao kod PE i PP, da sezagreva. Moe da se spaja adhezivima. Npr. spajanje cevi i kolena se vri tako to se premauadhezivom i zatim se 24 sata sui.

Modifikovani PVC

Slika 4.8Polivinil hlorid.


13/47

13

Nastaje kada se doda plasticizer u PVC i mnogo je fleksibilniji od vrstog PVC-a. Dodatak uplastiku koji omoguava fleksibilnost i izduivanje i omekava je hemikalija. Pri tome se razbijajusekundarne intermolekularne veze, ali dovoljno tih veza ostaju, tako da plastika nije tena.Plasticizeri se dodaju u PVC u vidu granula pre termikog procesa. Vinil mora da ima dobrufleksibilnost, da nije skup, da nije otrovan. Razvijeni su plasticizeri koji se nanose kao sprej, morajuda imaju male molekule zbog prodiranja.

Najvie se obrauje vinil topljenjem paleta, a moe da se ekstrudira u razne oblike. Proizvodisu: creva za polivanje, podni prekrivai, a ekstrudiraju se kontejneri sa arkama. Brizganjem seproizvode jeftinije flae, kada se trai savitljivost i prozirnost. Takoe se prave i flae za jestivo ulje,ampone i slino. Vinil moe da se koristi za pakovanje hrane, za smetaj krvne plazme i drugihmedicinskih tenosti, tapete itd.

Ako se vinilu doda odreen rastvor moe da postene suspenzija (tenost): plastizol i vinildisperzija. esto se ta suspenzija nanosi na metal da se sprei korozija. Vinil moe biti sunerast itada se koristi za ispunu podnih obloga.

Vinil kopolimer

Kopolimer PVC: vinil hlorid monomer i vinil acetat monomer(85% vinil hlorid) i ima

izuzetnu fleksibilnost.

POLISTIREN (PS)

Stiren monomer ima dublet ugljenik-ugljenik, na koji su povezani prsten benzola i tri atomaugljenika.

Benzolova grupa je mnogo vea od drugih funkcionalnih grupa(vodonik, CH3, Cl). Benzolova grupa spreava kristalizaciju, tako da jepolistiren 100% amorfan, to omoguava prolaz svetlosti kroz strukturu,odnosno polistiren je transparentan i providan. Hemijske osobine PS su

uslovljene prisustvom benzol, i takvi molekuli se nazivaju aromatici. PS serastvara u rastvoru hlora i na povrini se javljaju bubrenja. PS je otporanna vodu i koristi se gde je to neophodno i gde se zahteva prozranost. Poddejstvom UV zraka i kiseonika postaje ut a i postaje podloan pucanju.Zato se koristi za kratkotrajnu upotrebu.

Danas se najvie koristi za kozmetike flaice i kutije, olje uavionu u slino. Temperatura omekavanja je oko 100oC, a temperatura

razlaganja oko250oC, tako da se ne preporuuje za temperature vee od 150oC.

Ekspandirani polistiren

Tzv. polistirenski suner je neto meki i pogodan je za izradu olja, kutija za brzu hranu,

tanjire za izlete itd. Ima i dobru toplotnu izolaciju, malu teinu, dovoljnu krutost i nisku cenu.

Sli ka 4.9Polistiren.


14/47

14

Poglavlje V

LEGURE I MEAVINE

Velika krtost i slaba otpornost na vremenske prilike je dovela do razvojapolimera koji sadrePS ojaan sa nekim materijalima, tako da svaki utie na razliite osobine.

Metode ojaavanja su:

Kopolimerizacija: kombinacija dva ili vie monomera Legiranje: kombinacija kada je polimer ve formiran i monomer u singl-fazi (homogeni

polimer). Obino su hemijske veze izmeu kombinovanog polimera. Moe i metal da formiraleguru.

Meanje: posle formiranja polimera se vri meanje, tako da nastanu dve ili vie faza.VISOKO UDARNI POLISTIREN (HIPS)

Da bi se poveala udarna ilavost PS-a, mogu da se dodajurazliiti elastomeri. To su:

Butadin guma (BR) Kopolimeri (stiren, 20-30%, i butadin gumaSBR) Elastomeri utiu na fleksibilnost, mekou i izduenje.

Proizvodnja HIPS-a se obavlja uvoenjem stirena upolistiren, kombinacijom PS i gume, izmeu dva valjka, internomeanje ili sa ekstruderom. Udarna ilavost se poveava oko sedamputa.

STIREN AKRILONITRIL (SAN)

Stiren i akrilonitril monomer se kopolimerizuju i formiraju amorfni kopolimer (stiren 65%).

Providan je ali postaje ut tokom vremena.Otporan je na rastvarae kao to su ulja i gasovi. Koristise za izradu rezervoara otpornih na ulje, maine za sudove, farmaceutskoj i kozmetikoj industriji.

AKRILONITRIL BUTADIN STIREN (ABS)

Razoj ABS-a je fokusiran na poveanju udarne ilavosti, uz dobru otpornost na rastvarae,sjajnost, postojanost i laku proizvodnju. ABS se dobija meanjem stiren akrilonitrila (SAN) sabutadin akrilonitrilnom gumom.

Slika 5.1Butadin monomer.


15/47

15

Proizvodnja je mogua standarnim termoplastinim metodama: ubrizgavanjem (telefoni,kacige). ekstrudiranjem (cevi). Od mekanog ABS-a se prave ramovi za slike, nametaj itd. ABSmoe da se metalizira (elektro prevlaenjem), za izadu dugmia za kola, na TV-u, radiju itd.

Slika 5.2Prikaz promena osobina nekih polimera.


16/47

16

Poglavlje VI

TERMOSET MATERIJALI

Termoset plastini delovi su izraeni od polimerikih smola koje imaju meusobnu hemijskuvezu. (reakcija povezivanja"curing").

Reakcija povezivanja nije reverzibilna. Kod termoplastike je oblikovanje bilo praenozagrevanjem i hlaenjem toplog materijala a ovde je prisutna samo hemijska reakcija, i taj materijalmoe u kalup, moe sa pritiskom a moe da se tretira i sa dodatnim grejanjem. Karakteristike smolapolimera koje treba da se poveu su da sadre vie reaktivnih grupa. Kada imamo dva ili vie dubletaugljenik-ugljenik u monomeru, tada moe doi do povezivanja. Ova metodologija se koristi kodgume. U sluaju kondenzacione polimerizacije, svaki monomer mora da ima dve reativne grupe,svaki kraj molekula po jednu.

U zavisnosti od prirode reaktivnih grupa, proces povezivanja moe da se odvija zajedno sapolimerizacijom ili odvojeno, Proces povezivanja je kompleksan. Materijal koji se dodaje umeavinu termoset smola i kada poinje reakcija povezivanja se naziva "inicijator" ili uvriva.

Melamin formaldehid (melmac), je nastao povezivanjem, na dva naina, dva monomera sa vieaktivnih strana. Koristi se za izradu posua od plastike.

I nain: Povezivanje moe da ostvari povezivanjem aktivnih mesta koja nastaju na polimeru kada seformira lanac. Tada se polimeri povezuju preko svojih lanaca, a voda je nus produkt.

II nain: Poliester se tako formira, kondenzacionom polimerizacijom, i zato se vri dodatno

povezivanje sa tzv. molekulima za premoavanjem.

VISKOZITET I TERMIKA KONTROLA

Karakteristike viskoziteta sa promenom temperature su prikazane na slici.


17/47

17

Slika 6.1Zavisnost temperatura-viskozitet kod termosetova i termoplastike.

Kod termoplastike se ne poveava molekulska teina, a kod termosetova se poveava zbogpovezivanja. Osobine termoset smola se mogu objasniti pomou pomenutog dijagrama: na sobnojtemperaturi termoset lako prelazi iz tenog oblika u lako topljivi vrst oblik. Sa za grevanjemviskozitet opada u poetku, a sa daljim zagrevanjem termoseta izaziva povezivanje, to daljepoveava viskozitet. Linija ak prelazi granicu vrsto-teno i taj proces nije povratan.

Proces polimerizacije termoseta, tanije period povezivanja, je praen oslobaanjem toplote ito je egzotermni proces. Nekako je neophodno kontrolisati temperaturu da ne doe do razgradnje inaglog irenja i skupljanja, to moe da izazove pucanje komada.

Prednost termoseta je to u poetku procesa moe da bude tean i tako moe lake da se measa bojama i dodacima.

U nekim sluajevima poetna viskozitet termoset materijala je suvie niska za meanje i tadase vri parcijalna polimerizacija radi poveanja viskoziteta. Molekuli koji su deliminopolimerizovani se nazivaju OLIGOMERI ili PREPOLIMERI. Kontrola viskoziteta termoseta moeda se izvri rastvaranjem smole u rastvarau. Ovaj metod se koristi kod debljih komada, i problem jeto rastvara mora da da se odstrani za vreme ili posle reakcije. Neki razreivai, (rektivni)

uestvuju u rekciji povezivanja molekula.

TIPOVI TERMOSETOVA, OSOBINE I PRIMENA

Termosetovi su uglavnom jai i krtiji od termoplastike. Udarna ilavost i vrstoa mogu dase poveaju sa dodatnim materijalom. Otpornost na puzanje termosetova je vea nego kodtermoplastike, kao i termika stabilnost i dimenziona stabilnost.

Mala viskoznost termoseta omoguava da se liju u vrlo sloene kalupe, pa ak bez grejanja.Koriste se kao kompozitini materijali, sa vlaknastim ojaanjima, za izradu brodova, prekidaa itd.

Grupe termosetova

Fenoli: se dobijaju reakcijom fenola i formaldehida uz istovremenu polimerizaciju i povezivanje..Materijal je izuzetno tvrd i jak.

Amino plastike: Nastaju istovremenom polimerizacijom i povezivanjem amina i formaldehida. Vrlojak ali krt materijal.

Nezasieni poliesteri: su polimeri sa malom molekularnom teinom koji sadre dublet ugljenik-ugljenik, Materijal je manje vrst od fenola i amino plastika.

Epoksidi: su polimeri sa trolanim prstenom na kraju lanca polimera. Ovi p rstenovi su aktivna mestaza stvaranje razliitih hemijskih veza sa drugim polimerom. Koriste se kao adhezivi i kao smola ukompozitima.

Imidi: se povezuju kondenzacionom polimerizacijom. Imidna grupa je kao aromatina grupa ali

vra i imaju termiku stabilnost.

Poliuretani: nastaju reakcijom poliola i izocijanata. Reakcija je obino meanje i formira seuretanska veza. Uretani mogu biti i termoplastike i termosetovi. Generalno je fleksibilan materijal,uz odlinu abrazionu otpornost i trajnost.

Elastomeri: materijal nastao poprenim povezivanjem umreavanjem.


18/47

18

FENOLI (PF)

Fenoli su prvi sintetizovani termoset materijali, poznati kao bakelit. Formiraju sekondenzacionom polimerizacijom fenol aromatinih molekula i formaldehida.

Fenol ima tri aktivne strane:

Sli ka 6.2Fenol sa aktivnim stranama.

Veliki broj OH grupa u polimeru daju odline adhezivne osobine. Fenoli se koriste pri izradiper ploa, ivericaza livenja jezgra, mirgl papira, obloga konica itd. Pri livenju je veliki problemadhezivna priroda fenola i tee da se zalepe za kalup. Zbog toga kalup mora da se poprskaspecijalnim sprejom.

Vana osobina fenola je da nije zapaljiv i da na plamenu ne gori nego se ugljenie. Zato semnogi delovi unutar aviona prave od fenola. Takoe se primenjuju za izradu raketnih mlaznica, jermu ne smeta ni toplota izduvnih gasova niti erozija izduvnih gasova. Zbog male toplotne

provodljivosti koriste se za drke na loncima, kuita tostera, dugmadi na aparatima. Tamna bojadrki je zbog standardizacije i smanjuje dejstvo UV zraenja. Fenoli imaju osobinu elektrineotpornosti i koriste se za izradu prekidaa, konektora, kuita za radio aparate, kuita za elektrinedelove u kolima.

U zavisnosti od dodataka u fenolima, mogu biti osetljivi na dejstvo kiselina i baza. U procesupolimerizacije je nuz produkt voda i nju treba odstraniti. Obrada gotovih delova je oteana zbogadhezivne prirode fenola.

AMINO PLASTIKE (UF, MF)


19/47

19

Ova klasa termosetova je vrlo slina sa fenolimai po osobinama i po primeni. Formira se

kondenzacionom reakcijom multifunkcionalnog monomera koji sadri amino grupu (NH3) iformaldehida. Dve najznaajnije grupe su:

ureformaldehid (UF) melamin formaldehid (MF)Amino plastike su tvrde i krte.

Amino plastike su jeftinije od fenola i imaju svetliju boju. Moe da se doda -celuloza.Koristi se za izradu dugmia, drki, za male prozore. Osetljiva je na zaparavanje i na vlagu i postajekrta iznad 77

oC.

Amino plastike su adhezivne zbog aktivnih mesta koja nastaju polimerizacijom. Zato se

primnjuje za livenje kada je umetnut metal, za izradu iverica, laminatnog papira, kao i za izradunametaja (povezivanje).

Urea formaldehid (UF)

Po ceni je izmeu fenola i melamin formaldehida. Ima dobru otpornost na ulja i maziva,dobru tvrdou i lako se boji. Najvie se prave zatvarai za boce. Spoljna boja moe da se skinepomou spreja za peskiranje (bombardovanje malim kuglicama).

Melamin formaldehid (MF)

Melamini imaju veu tvrdou od komercijalnih plastika. Izvanredna otpornost na ulja imaziva, vodu, niska zapaljivost i prozranost su dovele do toga da se melamin koristi kao materijalza spoljnu zatitu ("formica"), odnosno za prevlaenje papira radi zatite. Koristi se u obliku rolne,2-4mm debljine, duine 2m. Spajanje se vri zagrevanjem, toplotnim topom. Primenjuje se za izradu

posuda za hranu, kapsule i u automobilskoj industriji.

POLIESTER TERMOSET (TS) -Nezasieni poliester (UP-unsaturated polyester)-

Termoset poliesteri polimerizuju kondenzacionom reakcijom i imaju iste veze kao i

termoplastike (PET), ali i odreene razlika u povezivanju, to ih ini termosetovima. Imaju aktivnamesta u kojima se ponavlja polimer i omoguava umreavanje popreno povezivanje. Aktivnamesta su ugljenik-ugljenik, dvostruko povezani.

Mehanizam povezivanja termoset poliestera je prikazan na slici:

Termoset poliesteri se povezuju

dodatnom polimerizacijom, preko tzv.nezasiene veze ugljenik-ugljenik.Stvaranje slobodnih radikala je

termiki i vremenski aktiviran proces.Jedan atom ugljenika reaguje sa

ugljenikom iz drugog dubleta, pri tome se formira slobodni radikal na preostalom ugljeniku.

Dodaci termoset poliesteru

Sli ka 6.3Amino plastika polimer

Slika 6.4Nezasieni poliester sa aktivnim dubletom C-C.


20/47

20

Slobodni radikali mogu da se formiraju spontano, zbog suvine svetlosti, toplote i kiseonika.Zbog toga se obino materijal uva na niskim temperaturama. Mogu se dodati inhibitori(hemikalije), koje spreavaju formiranje slobodnih radikala. Mogu se dodati metali (kobalt,magnezijum), koji ubrzavaju proces. Usporivai i ubrzivai se dodaju odvojeno ali se smea moraodmah koristiti jer je njihovo dejstvo kratkotrajno.

Lameliranje smolauslojavanje

Lameliranje smola nezasienih poliestera se vri sa tzv. istim smolama, koje imaju vrlomalo dodataka. Poliesteri treba da se koriste u roku od 60 dana, i obino se ojaavaju sa vlaknastimojaivaima i to su kompoziti.Kada se doda kao ojaanje stakleno vlakno, to je fiberglass, i koristise za izradu trupa broda, tu kabine, talasastih ploa, elektrinih izolatora, rezervoara pa ak i zidovikua.Nezasieni poliesteri mogu da se koriste kao prevlaka za drvo, metal i druge materijale.

Vinil ester (VE)

Vana klasa smola nezasienog poliestera, poznata kao VINAS. Neto je skuplji ali ima boljeosobine ilavosti i korozionu otpornost. Polimer izmeu aktivnih strana vinil ester smole estonastaje iz epoksida i akrilne grupe, tako da lii na epoksid.

Koristi se za izradu cevi i reakcionih sudova, gde je vana koroziona postojanost.

Sinteza materijala

Obavlja se meanjem sa dodacima i ojaivaima pre upotrebe, a obino se pre toga dodajuinicijatori.

Meanje smee se obino vri sa zagrejanim valjcima, kada i zapoinje polimerizacija. Poluvrsti materijal se skida sa valjaka, hladi se, drobi i melje u prah za kalupovanje. Prah se obino podpritiskom kalupuje. Smea se naziva PREMIKS (nezasieni poliester, inicijator, dodaci i ojaivai).Vei delovi se prave u obliku ploe, kao na slici.

Slika 6.5Proces proizvodnje ploastog materijala.

Inicijatorska smola i dodaci se dodaju polietilenu koji dolazi sa valjka. Ojaivai se kidaju nadelie duine 3-7cm, i padaju na smolastu povrinu. Drugi polietilen je takoe namazan slojemsmole i sa dodacima, i zatim se postavlja preko iskidanih vlakana i tako se formira sendvi struktura.Ovakav sendvi prolazi izmeu valjaka koji meaju vlakna sa smolom i formiraju potrebnu veliinuza pakovanje i uvanje. Koriste se za izradu eksterijera u automobilima.


21/47

21

EPOKSIDI (EP)

Karakteristika ovih smola je da imaju trolani prsten epoksi grupe. Ta grupa nije deopolimera, nego je dodata na kraju polimera.

Sli ka 6.6Tipina epoksi smola sa dve epoksi grupe.

Povezivanje epoksida poinje sa otvaranjem epoksi prstena sa reaktivnom grupom na krajudrugog molekula. Kljuna veza je izmeu ugljenika i azota, preko koga se povezuju dva epoksimolekula. Molekuli koji imaju reaktivne grupe se nazivaju otvrdnjivai i oni utiu, koncentracijom,na konane osobine delova.

Kod nekih epoksida je povezivanje na sobnoj temperaturi a kod nekih je potrebnozagrevanje. Epoksidi su tvrdi i krti. ilavost epoksida zavisi od duine lanaca polimera izmeuepoksida i grupe, odnosno od gustine veze (dui-ilaviji).

Poveanje ilavosti moe da se ostvari dodavanjem polimera gume, ali je sada hemijskaotpornost manja. Bolji je ali skuplji je od nezasienog poliestera. Pogodan je kada je kalup odfleksibilnog materijala. Koristi se za izradu elektronskih kola. Ako se ojaa sa staklastim vlaknom iliugljeninim vlaknima, dobija se kompozit vaan u avio industriji.

TERMOSET POLIMIDI

Koriste se u visoko temperaturnim aplikacijama, gde ne mogu da se koriste epoksidi. To su

delovi kod izlaznih sekcija avionskih motora, paneli za obloge super brzih aviona i razliiti malidelovi koji su izloeni temperaturama preko 150oC. Pojedini polimidi mogu da izdre temperaturudo 315

oC, pa i do 350

oC. Termoset polimidi su vrsti, jaki ali neto krtiji materijali.

Postoje dve grupe polimida, u zavisnosti od mehanizma povezivanja:

grupa sa mehanizmom kondenzacije grupa sa dvostrukom vezom ugljenik-ugljenikPrva grupa je komplikovana za upotrebu jer se polimerizacija odvija u nekoliko faza i zahteva

paljivu kontrolu procesa i mora da se radi u vakumu da bi se odvojili projekti. Kod druge grupenema produkata u toku povezivanja i proces je manje komplikovan. Ima sline osobine kao epoksidali moe da se koristin na viim temperaturama.

Neki termoset polimidi nisu zapaljivi i zato se koriste za enterier aviona.

POLIURETANI (PUR)

To je familija polimera koja moe da se koristi u razliitim osobinama. Moe da se oblikujekao vrst deo, kao mekan (penast) i kao zatitna prevlaka.


22/47

22

Formiranje poliuretana je slino kondenzacionoj reakciji dva monomera, gde svaki ima dvereaktivne grupe, ali se ne stvara kondenzat zbog formiranja uretanske veze. Uretanska veza nastaje iz

reakcije poliola ("polyol"), sa isocijanatom ("isocyanate").

Poliol je viestruki alkohol (viestruka OH grupa).

Poliol: H-O-R-O-H, sa dve OH grupe , ija priroda nije odreena i ne utie na reakciju. Obino jearomatik. Drugi monomer je isocijanit sa NCO grupom. Molekularno pregrupisavanje, kada iz

poliola H ide na atom N, pri emu se oslibaa valenca na C i vezuje se za O iz poliola.

Sli ka 6.7Osnovna reakcuja pri formiranju poliuretana.

Poluretani na bazi etera su fleksibilni i koriste se u obliku pene. Ako se koristi triisocijanit,

onda se dobija dobra otpornost na vremenske uslove. Nedostatak je to ova hemikalija napadarespiratorne organe i moe biti otrovna.

Oba monomera su u tenom stanju, kada se formirapoliuretan, to uprouje meanje.Proizvodnja se obavlja postupkom reakcionog ubrizgavanja (RIM), gde se obe tene komponentepumpaju kroz komoru za meanje ili cev a zatim ubrizgavaju u zatvorene kalupe. Kada se zavriproces povezivanja, otvara se kalup i lako se vade komadi. RIM proces moe da se automatizuje itako se i proizvode delovi za automobile.

Poliuretani mogu da se oblikuju i sa tradicionalnim termoplastinim procesima, kao to suubrizgavanje, ekstruzija ili termosetski procesi (oblikovanje pod pritiskom). Fleksibilni penasti

(=0.016-0.19 gr/cm3), se koristi za izradu kreveta, nametaja, sedita u vozilima i za pakovanje.

vrst oblik (=0.08-0.24 gr/cm3

), se koristi za izradu konstrukcija, izolaciju, izradunametaja, pakovanje i transport.

Poliuretanska guma je ak superiornija od prirodne gume na abraziju. Od nje se prave branicina kolima i delovi sportske obue.

Fiber-A, specijalni tip termoplastinog poliuretanskog elastomera, ("spandex" "lycra").vrsti oblik (isocijanat) i mekanioblik (poliol), kao segmenti, se koriste za izradu kupaih kostima,arapa i pantalona.


23/47

23

Poglavlje VII

ELASTOMERI (GUME)

Plastini materijali se dele na termolastike i termosetove, na osnovu njihovih osobina napovienim temperaturama ili na to dali postoji umreavanje.

Polimeri koji imaju vie od 200% elastinih izduenja nazivaju se elastomeri. To mogu biti itermoplastike i termosetovi ali kod ovih drugih umreavanje (popreno povezivanje) mora da budejako slabo.

Metali i keramike imaju elastino izduenje manje od 2% a polietilen do 50%. Visokoelastina izduenja elastomera su obino praena sa malom vrstoom. Elastina izduenja su doelastinog limita (granice teenja).


24/47

24

Slika 7.1

Dijagram napon-izduenje.Elastomerini polimeri su vie randomizirani i potpuno amorfni. Imaju fleksibilan polimerski

lanac. Kod naprezanja molekuli se relativno lako kreu.

Slika 7.2Zavisnost napon-izduenje za metal, konvencijalnu plastiku i elastomere.

Usled zatezanja randomizirani molekuli se izduuju u istom pravcu, a nakon prestankazateznog napona, vraa se prvobitni oblik strukture. Ukoliko bi dolo do klizanja molekula, prelo bise u neelastinu oblast. Tenja da se materijal vrati u prvobitni oblik je zbog entropije. Beznaponsko

stanje ima najveu entropiju zbog visoke randomizacije. Veina elastomera ima tzv. tranzicionutemperaturu (temperaturu ostakljivanja), iznad koje se materijal ponaa kao elastomer, a ispod kojeje vrst ("glass transition teperature"). Za elastomer se esto kae guma , ali termin vie odgovaraprirodnoj gumi, tako da je guma specifiniji termin, a elastomer generalni.

ALIFATINI TERMOSET ELASTOMERA

Ovo je najvea grupa elastomera.

Prirodna guma (NR)-"Natural rubber"


25/47

25

Istorijske injenice ukazuju na davno poznavanje prirodne gume. U Junoj Americi, predolaska Evropljana u 16 veku, koristila se SAP emulzija sa drveta (dananji lateks). Onda je nailavelika primena u Zapadnoj Evropi. Ograniavajui faktor primene je bio to prirodna guma napovienim temperaturama postaje krta, i tako je bilo sve dokCharles Goodyearnije otkrio da se tomoe otkloniti ako se guma kuva sa sumporom, i to jeproces vulkanizacije ("Vulcan"-Rimski bog vatre). Danas se

vulkaniziranje naziva svaki proces povezivanja elastomera.

Vulkanizirana prirodna guma ima izduenje do1000%, i ima visoku zateznu vrstou, otpornost na habanjei na zamor.

Ako se doda jo sumpora i produi vulkaniziranjedobija se tvrda guma, sa manje od 20% izduenja.

Koristi se za za izolaciju i za izradu lopti zakuglanje.

Sintetiki poliisoprenisopren guma (IR)

Sintetiki poliisopren je poeo da se koristi poetkom 20-og veka, za izradu guma za bicikle iza vozila. Proizvodi se polimerizacijom uz katalizu.

Butadin guma (BR) i stiren butadin guma (SBR)

Ova guma je razvijena 50-ih godina prolog veka . Struktura polimera je slina poliisoprenu,ali sa odreenim razlikama. Razlika je to poliisopren ima atom vodonika i metil spojeve saugljenicima iz dubleta, a polibutadin ima dva atoma vodonika.

Sli ka 7.4Butadin guma.

Zbog nedostataka metila, koji utie na molekularne veze i kretanje molekula, polibutadin imamanju zateznu vrstou, a i manje je otporan na rastvarae. Prednosti su niska cena, postojanost naniskim temperaturama, fleksibilnost, dobra athezija na metalima.

Dodaje se drugim polimerima da bi se poveala vrstoa. Ako se butadin monomer dodamonomeru neke druge plastike dobija se kopolimer. Ako se doda polistiren, dobija se stiren butadin

guma (SBR). Koristi se za izradu guma, obue, izolaciju ica, ali je osetljiva na oksidaciju i na UVzraenje. Mogu da se dodaju fileri, koji se smetaju izmeu molekula. Najee se dodaje "crni"ugljenik (a), radi poveanja vrstoe.

Butadin guma (ima dve metil grupe), ima mnogo veu krutost i vrstou.

ELASTOMERI OTPORNI NA ULJA

Slika 7.3Prirodna guma


26/47

26

Kopolimer: butadin i akrilonitril, je razvijen da zameni prirodnu gumu i rei jedan odkljunih problema, a to je osetljivost na ulja. Poznat je kao nitril butadin guma (NBR).

NBR je mnogo skuplji od drugih guma i zato se koristi samo tamo gde se trai otpornost naulje. Ima dobru abrazionu otpornost ali malu elastinost na niskim temperaturama. Tipian primer jeza vodove ulja i goriva, konopce, remenice konvejera i za prevlaenje printerskih valjaka.

Drugi polimer je hloropren guma (CR) ili neopren. Ovaj polimer ima hlor povezan sa

jednim ugljenikom iz dubleta ugljenik-ugljenik. Efekat zbog prisustva hlora je otpornost na ulja, alise poveavaju i vrstoa i krutost i ima dobru termiku stabilnost. Vulkanizacija neoprena jeoteana i koriste se metalne soli kao aditivi (MgO, ZnO). Zbog hlora je neopren nezapaljiv i zato seod njega prave madraci za brodove ali su i veoma udobni. Prave se jo i creva za gorivo, izme itd.

TERMOPLASTINI ELASTOMERI (EPM, EPDM)

Termoplastini materijali koji mogu da se izdue za vie od dva puta i da se brzo vrate upoetnu duinu, nakon prestanka optereenja, nazivaju se termoplastini elastomeri. Ovi materijalinisu vulkanizirani. Oni su alifatini i nekristalni i koriste se gde je kao materijal ve izabranalifatini termoset elastomer kao materijal. Problem je to su termoplastike temperaturno osetljive.

Termoplastini olefin elastomeri (TPO)Kopolimer od polietilena i polipropilena. Osobine elastomera proistiu iz amorfne prirode.

Naziva se etilen propilen monomer guma (EPR ili EPM).

Etilen propilen elastomer je otporniji na oksidaciju, kiseline i baze od prirodne gume ali imaslabu otpornost na puzanje i slabu rastegljivost.

Primenjuje se za izradu creva, de lova asije, zaptivaa, podmetaa, prostirki, izolaciju icaitd. Modifikacija kopolimera etilena i propilena sa polibutadinom, ili drugim monomerom, senaziva terpolimer. Npr. tripolimer: etilen propilen dien monomer guma (EPDM). Postojiumreavanje preko dubleta ugljenik-ugljenik.

FLURO ELASTOMERI

Fluoro elastomeri imaju mnoge poeljne osobine koje imaju fluoropolimer plastike, kao toje teflon

. Fluoro elastomeri su generalno kopolimeri od vinilidena fluorida sa drugim monomerom

koji ima visok sadraj fluora, kao to je tetra fluor etilen, koji se koristi za PTFE-teflon.


27/47

27

Slika 7.5Viniletilen fluorid monomer Slika7.6Tetra fluor etilen monomer

Prvi komercijalni materijal je bio viton (DuPont). Mehanike osobine su neto loije odprirodne gume. Zbog fluoro ugljenine prirode, fluoropolimeri imaju izvanrednu otpornost nakorozivne fluide i na hemikalije na temperaturama do 200

oC. Visoka cena je ograniavajua za

primenu ali je ipak dolo dosta rasprostranjena primena, kao to su: konopci, O-ring, uljni zaptivai,dijafragme, oblaganje pumpi i ventila, zaptivai za spajanje cevi sa ekspanzionim sudom i cevi zaekstremno teke uslove rade.

Koriste se za oblaganje opreme za transport hemikalija i petrola, za kritine delove naautomobilima i kosmikim ureajima, za visoko vakumske ureaje i ureaje koji rade na niskimtemperaturama ili su izloene zraenju.

SILIKONI

Silikoni su najvea grupa plastinih materijala koji nisu zasnovani na atomu ugljenika.Silikoni su zasnovani na atomu silicijuma, koji se u periodnom sistemu nalazi pored ugljenika.

Silicijum i ugljenik imaju etiri veze (valence), i grade sline hemijske reakcije. Silicijum je manjeelektro negativan, to smanjuje njegovu aktivnost i omoguava veze koje nisu mogue saugljenikom. Takoe, silicijum-silicijum dvostruka veza je retka i ne moe da se koristi zapolimerizaciju i umreavanje (popreno povezivanje).

Polimeri na bazi silicijuma nastaju polimerizacijom monomera silana. Silan monomer nepolimerizuje kondenzacionom polimerizacijom, ve se posebnim reakcijama stvara siloksanska vezau kojoj su naizmenino Si i O. Ovaj polimer je poliksiloksan ili silokan.

Svaki atom silicijuma u polimeru se vezuje sa dva atoma

kiseonika i dve zavisne grupe. Zavisne grupe su obino fenili. Sametilom (CH3), stvara dimetiksiloksan. Silikon moe da se

polimerizuje u tri poznata oblika: ulje, guma i kalup.

Uljani oblik ima malu molekulsku teinu i obino je na sobnojtemperaturi tean. Koristi se kao mazivo, za hlaenje, kaohidraulini fluid i za zatitu od vode.

Silikonska guma ima veu molekularnu teinu zbog umreavanja.Da bi se poboljale mehanike osobine dodaje se silika (Si), kao akod elastomera, a dalje poveanje molekulske mase dovodi dosmole za ukalupljavanje. Prednost silikonske gume je

nerastvorljivost, odbojnost na vodu, termika stabilnost, slaba zapaljivost i nije otrovan. Dobreosobine su do 200

oC i do -315

oC, transparentan je za UV zraenje a ne razlae se. Koristi se za

izradu zaptivaa, prevlaenje zbog vodootpornosti, za fleksibilne delove, eltine i izolacionematerijale, kao i za protetiku u medicini (vetako uvo, vetake grudi).

PROIZVODNJA GUME

Prozvodni proces obuhvata sintezu, intenzivno meanje, da bi se izvrila disperzija aditiva uelastomeru. Visoka viskoznost elastomera namee primenu ureaja sa tehnikom za visoko-smiuemeanje. Na slici je prikazan mikser BANBURI.

Slika 7.7Silikonski polimer.


28/47

28

Slikan 7.8Visoko intenzivni mea.

Sa gornje strane se ubacuje materijal i klipom se pritiskuje u komoru za meanje. U komorisu dva rotora, koji se okreu razliitim brzinama. to izaziva smicanje. Komora moe da s e greje ilihladi. Sa donje strane se mikser prazni.

Prvo se u smeu dodaje sumpor radi vulkanizacije, na temperaturi 150 oC, uz intenzivnomeanje i vrlo velike sile u mikseru. U drugoj fazi, do 100 oC, se dodaju agensi za umreavanje i utreoj fazi je blending, dodavanje malih koliina materijala radi dobre homogenosti elastomera

Predformiranje

Izmiksovani elastomer se stavlja u mlin sa dva valjka ili u kratki ekstruder. Izmeu dvavaljka se formiraju ploe od kojih se prave uske trake za kalupovanje. Ekstruderom se dobija masa u

ogliku konopca. Ako se elastomer posle miksera stavi na uvanje, postae viskozan, to moepretstavljati problem, tako da ga je potrebno prvo izduiti.

Oblikovanje

Kalupovanje se vri u komercijalnim kalupima za termoset smole. Neki elastomeri mogu dase ekstrudiraju i ubrizgavaju.

Umakanje

Vaan proces za obradu gume, koji se razlikuje od drugih, je proces umakanja ili prevlaenjeumakanjem. Tako se prave higijenske rukavice.

Poglavlje VIII

KOMPOZITNI MATERIJALI

Kompozitni materijali su vrsti materijali sastavljeni od veziva ili osnove (matrice), kojeobuhvata i povezuje ojaavajua vlakna. Najvanije su kao vezivo je plastina smola, a moe bitimetal i keramika. Plastini kompozitiine 90% svih kompozita. Naj ee su ojaavajua vlaknastaklena vlakna ili karbonska vlakna, oko kojih se nalazi plastina smola. Materijal se stavlja u kalupi ovrava. Vlakna daju vrstou i ilavost plastici. Plastika omoguava da se vlakna oblikuju.


29/47

29

Nepolimerni kompoziti (metal, keramika-vezivo), se koriste kada temperatura, vrstoa itd,ograniavaju primenu polimernih kompozita. Polimerni kompoziti se dele na dve grupe, prema tipu iduini vlakana i tipu smole koja se koristi:

Napredni kompoziti, karakteriu ih vrlo duga vlakna sa odlinim performansama.i sakvalitetnim smolama. Primenjuje se za izradu aviona, sportskih rekvizita (tenis reketa, veslaza amce). Kao primer izuzutnog kvaliteta je avion-bombarde tip B-2, poznat kao nevidljivi

(na slici), koji je napravljen od tzv. alternativnog visoko frekventnog materijala (AHFM).

Slika 8.1B-2 nevidljivi avion.

Inenjerski kompozit, koji karakteriu kratka vlakna, je sa niim mehanikim osobinama.Smola je takoe sa loijim osobinama. Proizvodi od inenjerskih kompozita su: brodskitrupovi, kanu amci, tu kabine, kade, rezervoari za gorivo itd.

Sli ka 8.2Rezervoar od kompozita.

POREENJE KOMPOZITA I NEOJAANIH MATERIJALAUticaj vlaknastih ojaivaa je veoma znaajan i pri duini vlakana od 100mm i koncentraciji

preko 40%, osobine vlakana dominiraju vie nego osobine smole. Tada plastina smola ima ulogu dadri vlakna zajedno, daje oblik delovima i titi vlakna od spoljanih sila i uslova.

60% karbonskih vlakna sa epoksi matricom ima Rm=300MPa, E=300GPa, a bez vlakana

Rm=50MPa i E=3GPa. Ako se vlakna usmere u jedan pravac, onda je vrstoa u poprenom pravcuista kao i kod neojaane osnove. Materijal moe biti izotropan, anizotropan i oktotropan (kada suosobine iste u X i Y pravcu a drugaije u z pravcu, kod aviona je ovaj sluaj). Tada se materijal pravi


30/47

30

iz vie slojeva - laminat. Kompoziti imaju malu teinu.

Epoksid ojaana karbonskim vlaknima ima 1/9 teine elika sa istim mehanikim osobinama,a 1/3 teine od aluminijuma.

Na slici je prikazana zavisnost specifine vrstoe i specifine krutosti.

Sli ka 8.3Zavisnost specifine vrstoa i specifine krutosti za razne materijale.

Najvei nedostatk kompozita je vea cena od metala i komplikovano oblikovanje. Uporeenju sa metalom, lako oteuje pri sudaru sa drugim delovima pri malim brzinama.

OSNOVNI MATERIJALI

Koriste se kao osnova termoplastika i termosetova. Kada su vlakna kraa, koriste setermoplastike a kada su vlakna dua tendencija je da se kao osnova koriste termoset materijali.

Kompoziti sa kratkim vlaknima. Duina vlakana je manja od 5mm, zato se nekad nazivaju brkovi.Koristi se obian proces, konvencionalni, za obradu plastike. Pri tome vlakna moraju da prouizmeu ekstrudera i zida. Dominiraju termoplastike, a i kod njih se oseti ojaavanje i sa malimvlaknima, dok se kod termoseta zbog umreavanja ve izvrilo ojaavanje i ne bi se ni osetiloojaavanje zbog vlakana.

Poznati su: najlon, per, polikarbonati, acetal, ABS i druge termoplastike kod kojih se moepopraviti eventualna kritina mehanika osobina.

Kompoziti sa srednje dugim vlaknima. Za dua vlakna se koriste termoset smole, zbog manjegviskoziteta termoseta i lakeg obuhvatanja vlakana, koji su duine 10 do 100mm. Ovakva vlakna senazivaju "seckana vlakna", jer se dobijaju seenjem. Sa ovakvim vlaknima, kompoziti su obino

inenjerski kompoziti i sa termosetom. Ako se koristi termoset, onda je to najee poliester, zbogniske cene i jednostavne tehnologije. ERP je plastika ojaana fiberglasom, (staklena vlakna).

Kompoziti sa vrlo dugim i kontinualnim vlaknima. Ovi kompoziti imaju ponekad duinu vlakanakoja idu celom duinom dela i nazivaju se kontinualna vlakna. Ako su seckana, onda su duine veeod 100mm.Koriste se za izradu naprednih kompozita. Poto su u pitanju termoset smole, kritineosobine su krutost i toplotna otpornost.

Najvie se koriste epoksidi jer imaju generalno bolju toplotnu postojanost i krutost negoumreeni poliesteri. Ako se zahteva nezapaljivost, onda se koriste termoset smole fenola, a za visoko


31/47

31

temperaturne postojanosti poliimidi. U specijalnim sluajevima se prave napredni kompoziti odtermoplastika visokih performansi, za vodee ivice krila aviona.

OJAIVAI

Koriste se tri tipa vlakana:

fiberglas (stakleno vlakno) ugljenik (grafit) organska vlakna (aramidi)

Koja vlakna se koriste zavisi od primene ali i od osobina i cene. Fiberglas je najjeftiniji,

karbonska vlakna imaju najveu krutost a vlakna aramida (kevlar) najveu ilavost. Ako imamo vietipova vlakana to je hibridni kompozit.

Staklena vlakna. Fiberglas se pravi presovanjem iz istopljenog stakla (vueno vlakno), i namotava sekao bunt na neki kalem i takav se transportuje. Dodavam odreenih hemikalija mogu se dobitirazliiti tipovi fiberglasa.

E-staklo: elektro otporno

C-staklo: hemijski otpornoS-staklo: visoka vrstoa

Posle formiranja fiberglas se tretira sa hemikalijama da se pobolja abraziona otpornost. Tajmaterijal (oblaga), se lako skida u vodenom rastvoru pre nego to se vlakno upotrebi za izradukompozita. Da bi se poboljala veza izmeu vlakana i smole se dodaju hemijski agensi, (agensi zaspajanje).

Karbonska (grafitna) vlakna. Za razliku od prvih karbonskih vlakana koja su proizvedena, ona kojasu se kasnije poela koristiti su se finalizirala na niim temperaturama i bila su vie ista grafitnavlakna.

Danas se isti materijal naziva karbonsko vlakno i grafitno vlakno. Oba se prave od tri

materijala: poliakrilonitrila (PAN) smola iz proizvodnja ulja vetake svile

Ove komponente se podvrgavaju termikom tretmanu kako bi se atomi koji nisu ugljenikodvojili od vlakana (vodonik i azot). Ostaje oko 90% ugljenika posle zavrnog zagrevanja.Karbonska vlakna se povrinski iste u elektrolitikom kupatilu. Vlakna se premazuju sa smolom,obino epoksid, i u vidu kotura alju dalje na proces. Najvea prednost karbonskih vlakana u odnosuna druge je vrlo visok modul elastinosti. Karbonska vlakna imaju najveu krutost od svihmaterijala, posebno ako se gleda teina. Nedostatak je visoka cena i zato se koristi za izradu avio na,

sportske rekvizite, medicinu itd.Organska ojaavajua vlakna. Organska vlakna se koriste za poveanje vrstoe i modulaelastinosti kompozita. Najvaniji je KEVLAR.

Vlakna aramida, visoko aromatini najlon, se mogu dobro uplesti, bolje od sintetikihvlakana, i motaju se na kaleme. Vlakna aramida su jako kruta ali se najvie koriste za izradu vodeihivica krila aviona, koja su izloena udarima raznih predmeta i ptica. Zatitna odela se prave odaramida, ali bez smole, tako da se savijaju sa odelom. Poznat je i SPEKTRA, od polietilena sa ultra

lakom molekularnom teinom, takoe se koristi za izradu zatitnih odela i u avio industriji.


32/47

32

Oblici ojaivaa. Vlakna su obino namotana na kalem kod proizvoaa, ali se mogu i u drugojformi isporuivati pre upotrebe. Obino je to u seenom stanju i to krae duine. Ako se se enavlakna rasprskavaju sa smolom u ablon, sa pitoljem za rasprskavanje, onda se sa kalema vlaknadovode u seckalicu koja je povezana sa pitoljem. Ako se vlakna koriste kao ravni delov i (MAT),onda se vlakno dovodi na pokretni kai, gde se dodaje vezivno sredstvo, ne matrica. Mat se tadauroluje za transport i proizvoa kompozita see na veliinu koja mu je potrebna. Kompozitnastruktura, posebno kod naprednih kompozita, moe da bude sa vlaknima orjentisanim u razliitimpravcima i to se moe ostvariti sa nekoliko slojeva takvog materijala.

PROIZVODNJA DELOVA OD KOMPOZITA

Najvanije je, u toku proizvodnje, kontrola pravca i preklapanje ojaavajuih vlakana. Usvim sluajevima je potrebno u kalup staviti sadraj koji e omoguiti lako odvajanje dela od kalupa.

Proizvodnja termoplastike sa vrlo kratkim vlaknima

To su standardni procesi kao to su ubrizgavanje i ekstruzija uz vrlo male promene.Najvanije je da vlakna mogu da prou kroz sve prolaze. Kod ubrizgavanja je kritini ulivni otvor,zatim valjak (trka) i ispust na kraju ubrizgavajue malaznice. Zbog poveanih dimenzija je mogu i

pad pritiska u sistemu(povratni pritisak).

Kompresiono kalupovanje

Najvea prednostkompresionog kalupovanja, u

odnosu na ubrizgavanje, jekratak put smole, samo do

kalupa, tako da se mogukoristiti mnogo dua vlakna ukompozitu. Vlakna u svim

oblicima se kontinualnododaju pre kalupa i pritisak odkalupa vri distribuciju smole.

Prednost ovog postupka je to se obe strane dobijenog dela definisane sa kalupom. Tako se ikomlikovani delovi, sa ispupenjima, mogu proizvoditi. Nedostatak je to su neophodne skupe prese.

Kompoziti se spremaju na dva naina:

Kompozit iz jednog dela ("bulk"), gde se sve komponente zajedno izmeaju i uvaju ufriideru pre upotrebe.

Kompozit iz delova ("sheet"), gde se vlakna razbacuju na pokretni deo, koji je premazan sasmolom (vlakna do 100mm).

Koristi se za izradu kamionskih spojlera i delova automobila.

Rasprskavanje

Metod koristi pitolj za rasprskavanje, na koji se dodaje ureaj za seckanje vlakana. Smola sesa injektorima mea u pitolju i izbacuje se kroz mlaznicu. Vlakna se obuhvate smolom i zajednoodlaze napred. Operter upravlja sa radom pitolja.

Sli ka 8.4Proces proizvodnje ploastog materijala.


33/47

33

Sli ka 8.5Pravljenje delova od kompoza rasprskavanjem.

Transport seckanih vlakana kroz vazduh u vidu spreja je ogranien na 80mm. Veliki uticaj nakvalitet rada ima operatrer. Najee se koristi poliester+fiberglas. Proces se odvija na sobnojtemperaturi, a moe i na povienoj. Prave se veliki delovi kao to su brodovi, bazeni itd. Kalup mora

da izdri temperaturu koja se oslobaa pri povezivanju.

Dobijena povrina je hrapava i zato se prvo rasprska smola (gel prevlaka).

Transfer kalupovanje smolom (RTM)

Slino je sa klasinom transfer kalupovanju i rekcionom ubrizgavanju, a razlika je to seojaivai kalupuju sa smolom. Predformirana vlakna se smetaju u kalup i tada se kalup zatvori.Predformirana vlakna se formiraju bez prelake, a pomou spreja se vlakna povezuju. Smola seubrizgava u zatvoren kalup. Obino se koristi poluretan ili neka reaktivna smola kao polister iliepoksid. Iz dve komore, u jednoj je smola poliestera u drugoj inicijator, se pumpama ubacuje ukalup, ali se to mora sprovoditi tako da se vlakna ne pomeraju.

Runo kalupovanjeNajjednostavniji metod za razmetanje vlakana je runo postavljanje. Za veoma

komplikovane komade je jedino to i mogue runo uraditi, pogotovo kada se pravi mali brojkomada. Nedostatak je nepreciznost izrade i velik utroak vremena. Koristi se za izradu inenjerskihkomponenata. Dominantni materijali su poliester i fiberglas. Kod ove metode vlakna se postavljaju ukalup, posle prevlaenja gelom, i onda se smola postavlja preko vlakana. Smola se rasporeuje prekovlakana pomou runih valjaka. Pritiskanjem se istiskuje sav vazduh. Ako je potrebna vea debljina,ponovo se dodaju vlakna ili se dodaje smola. Nekada se mora prethodni sloj vlakana i smole

parcijalno popraviti (povezati), pre dodavanja novog sloja. Kao i kod rasprskavanja, kalupi mogu bitivrlo veliki, jedino materijal za kalup mora da izdri temperaturu procesa povezivanja.

Za napredne kompozite se koristi materijal sa razliitim orjentacijama vlakana (prepreg),koja se paljivo stavlja u kalup, a dodatni slojevi se posle postavljaju. Poeljno je da se ovikompoziti rade u vakumu, radi izdvajanja vazduha. Ovaj postupak kao i povezivanje matrice seobavlja u vakum jastuku, pri emu se uklanja i viak smole.


34/47

34

Sli ka 8.6Kalupovanje prepreg materijala u vakumu.

Izbacivaka obloga se nalazi iznad komada i skuplja sve materijale koji su ostali nakon

vakumiranja, a treba da se izbace. Obino se pravi od fiberglasa obloenog fluoro karbonskomplastikom.

Absorbent ("bleeder") svojom veliinom odreuje koliinu smole koja se izbacuje. Graninikosigurava da smola ostane sa absorbentom. Vakuumski jastuk je obino napravljen od najlona ilisilikonskog elastomera.

Kada se formira vakuum, kalup se sa vakuum jastukom stavlja u autoklav radi procesapovezivanja matrice. U autoklavu je i poviena temperatura i pritisak. Posle se iz kalupa vadi komadi eventualno zavrno obrauje. Radi postizanja vee vrstoe za deblje komade izmeu dvakompozitna sloja se stavlja neki vrsti materijal male teine. To je tzv. sendvi kompozit.

Slika 8.7Sendvi kompozit

Srednji materijal je jezgro sendvia, i to su tvrde plastike (sae za med, drvo balza). Jezgro sespaja sa kompozitnim laminatima (koa) pomou veziva.


35/47

35

Motanje niti i postavljanje vlakana

Oba ova postupka koriste vretena za oblikovanje. Kod motanja niti vlakna su u odnosu na

vreteno zategnuta. a kod postavljanja vlakana, vlakna se pre vretena pritiskaju sa glavom zazbijanje. Motanje niti se vie koristi. Vlakna sespajaju na vretenu i pri okretanju vretena povlae sevlakna sa kalemova. Pri tome se spajaju u prstenu (isporuiocu). Prsten se kree sinhronizovano uodnosu na vreteno. Izmeu kalemova i vretena se nalazi spremite smole, kroz koje prolaze vlakna.

Delovi koji se dobijaju na ovakav nain su cilindrini (cevi, rezervoari pod pritiskom itd.).

Sli ka 8.8Proizvodnja kompozitnih delova motanjem niti.

Sa profilom i kretanjem isporuioca mogu se dobiti razliiti profili. Posle, vreteno ide uautoklav zbog povezivanja matrice.

Postavljanje vlakana pritiskanjem vlakana sa glavom za zbijanje, koristi vlakna u obliku

tankih traka ili prepreg vlakna. Vreteno moe biti konkavno. Nedostatak je to je skupa masa i spor

proces. Skupa je glava za nabijanje i isporuilac. Glava za nabijanje mora da se rotira i kree unekoliko pravaca da bi pratila razliit oblik vretena.

Pultruzija (istiskivanje)

Ovaj proces se koristi za delove koji imaju konstantan popreni presek. Vlakna seodmotavaju sa kalemova, prolaze kroz smolu i onda kroz kalup za povezivanje matrice. Sila za

izvlaenje se ostvaruje preko povlakaa iza kalupa.

Slika 8.9Pravljenje kompozitnih delova poltruzijom.

Delovi mogu da se ojaavaju vlaknima i u drugim pravcima, razliitim, od povlaenja.Proces je jeftin i koristi se fiberglas i poliester za pravljenje cevi i profila.


36/47

36

Proizvodnja sa dugim i kontinualnim vlaknima

Za ovaj tip kompozita se koriste termoplastike sa visokim performansama. Ove smole su

obino sa velikom molekularnom teinom i visoke krista lnosti, tako da ovi kompoziti imaju velikukrutost, visoku vrstou, visoku ilavost i mogu da izdre visoke temperature i rastvarae. Slini suepoksidima sa visokim performansama, ali su mnogo jeftiniji. Najvei nedostatak ovog procesa jeotean postupakoblaganja vlakana sa termoplastikom. Jedan od postupaka je da se smola istopi i

tako obloi vlakna, ali dovoljno tanko. Drugi postupak je da se smola pretvori u prah i tako oblauvlakna. Za vreme povezivanja matrice, prah se topi i prekriva vlakna. Trei nain je da se vlaknaojaivaa pomeaju sa vlaknima termoplastike, koja se zagrevajem tope i obrazuju vlakna ojaivaa.etvrti nain je da se termoplastina smola u obliku ploe stavlja preko vlakana, a zatim setermoplstika zagreva dok ne omeka, i pritiska na vlakno.

Metoda pritsnog termoformiranja, je slina termoformiranju, ali se ovde termoplastika oblikujeprema predvienom dizajnu. Termoplastina smola se zagreva i poinje da se ugiba. Stavlja se nakalup (alat), koji je hladan, i pritiska dok se ne dobije oblik alata. Proces je vrlo kratak (oko 10

sekundi).

Slika 8.10Pritisno termoformiranje ojaane termoplastike.


37/47

37

Poglavlje IX

VISOKOENERGETSKO ZRAENJE POLIMERA

Polimer reaguje sa sunevim zracima i drugim prirodnim zraenjima i obino dolazi doneeljene reakcije - oksidacije. Sa zraenjem elektronskog snopa, polimer se bombarduje sa

elektronima razliitih energija, koji se dobijaju u specijalnim ureajima. Visoko energetski elektronimogu da izazovu znaajne promene polimera. Priroda tih promena zavisi od prirode polimera,energije elektrona, vremena zraenja i prisustva modifikatora.

Tri glavne reakcije su:

umreavanje

rezanje (prkid lanaca)

preraspodela molekula

Interakcija polimera sa elektronima je obino praena sa izbacivanjem atoma vodonika istvaranjem stabilnih radikala (neuparenih elektrona), tj. aktivnih mesta. Reakcije su mogue i kodtermoseta i termoplastike. Mogunost korienja ove metode za umreavanje je dobra jer su nekimolekuli osetljivi na degradaciju pri zagrevanju.

1. Proces zraenja se koristi za izradu termoplastinih ica, izolacionih kablova otpornih napucanje, za poveanje termike stabilnosti ( za avione), za poveanje tvrdoe gumenihmaterijala itd.

2. Prekid lanaca se primenjuje kod maziva, za izradu sintetike gume itd.3. Preraspodela molekula se radi da se povea fleksibilnost polimera.

Ureaj i proces

Ureaj sadri izvor energije koji ima napon od nekoliko miliona volti (DC-jednosmernestruje), i koji omoguava zagrevanje vlakna (tungsten ica). Uareno vlakno emituje elektrone kojiulaze u komoru za ubrzavanje sa magnetnim poljem.


38/47

38

Sli ka 9.1Akceleratorska jedinica za zraenje.

Skener omoguava kretanje elektrona po celoj povrini izlazne cevi i na proizvod. Zaodreeno vreme, odreena doza dospeva na povrinu predmeta.

Parametri procesa: Osnovna kontrola je sa snagom izvora energije. Vea snaga - vieelektrona. Druga kontrola je sa brzinom kretanja trake sa delom. Samo jedan deo elektrona izazivaumreavanje. Dubina prodiranja elektrona zavisi od snage i od prirode polimera. Uglavnom je do4mm. Postoji jo i gama zraenje (kobaltom), visokoenergetsko mikrotalasno i UV zraenje.


39/47

39

Poglavlje X

PLAZMA POLIMERIZACIJA

Plazma je visoko jonizovani gas, i te jonizovane estice su vrlo reaktivne. Plazma ureaj sesastoji iz komore u kojoj je vakuum.

Sli ka 10.1Ureaj za lazma reakciju

Komad, koji se tretira, se nalazi u komori, izmeu ploa koje su povezane sa r.f. (radiofrekventnim) izvorom snage. Radni gas se puta u komoru, koja je prethodno vakumizirana i vri sejonizacija gasova, pri emu se i menja boja (lila, plava ili crvena). Jonizovani gas reaguje sakomadom. Posle toga se iskljuuje r.f. izvor i puta se gas za hlaenje (vazduh). Najvanija reakcijakoja se moe ostvariti sa plazmom je polimerizacija. Jedan od naina za formiranje polimera je dase kao radni gas koristi monomer. Prilikom jonizacije monomera dolazi do smanjivanja njegoveenergije i formiranja njegovog stabilnog stanja. To se deava tako to se polimer formira na povrinikomada. Polimeri formirani sa plazma reakcijom, obino nisu isti kao polimeri formiranikonvencijalnim metodama ve imaju vie izraeno umreavanje i takvi proizvodi imaju dobrutrajnost (CD-kompakt diskovi, kontaktna soiva, plastini prozori otporni na zaparavanje). Moe dase koristi i za ienje plastine povrine ako se koristi gas koji ne polimerizuje (kiseonik, argon,azot itd), i koji jonizovan reaguje sa povrinom tako da skida spoljanji sloj plastino g materijala.Takoe se koristi za pripremu povrina plastinih delova za prozvodnju sa metalom u procesumetalizacije.

Poglavlje XI


40/47

40

MODIFIKOFANJE POLIMERA

MODIFIKOVANJE POVRINE KALUPA EKSPLOZIJOM ZA PROCES POLIMERIZACIJE

Plastini delovi esto zahtevaju modifikovanu povrinu zbog dekoracije. Takva povrina sedobija kao negativ u pripremljenom kalupu. Eksplozivom se moe direktno preslikati povrina

tekstura na metal. Sa udarnim talasom nakon detonacije, data struktura se direktno preslikava zanekoliko sekundi na povrinu metala. Objekat sa dizajniranom povrinom se stavlja na metalnuosnovu.

Sli ka 11.1Modifikovanje povrinre kalupa eksplozivom

Zatim se stavlja eksploziv i izvri detonacija.

METALIZACIJA POLIMERA PVD TEHNOLOGIJOM

Polimeri su laki materijali i imaju nisku cenu dok metal ima dobre termike osobine,elektrine osobine i dobar je kao barijera za gasove. Meu tim, teko je povezivanje metala sapolimerom. Jedna mogunost je metalizacija gotovih proizvoda i to hemijskim ili galvanskimreakcijama. Alternativa je metalizacija plastike, formiranjem tankog sloja u vakuumu. Pogodan je

proces PVD ("physical vapour deposition"-Fizika depozicija iz parne faze), zbog niske temperatureprocesa.

Na slici je prikazan proces sa magnetronskim spaterovanjem.

Slika 11.2Magnetronsko spaterovanje.

Gasna faza (argon) se jonizuje , i sa magnetnim poljem se usmerava na metal, gde udara u

povrinu i izbacuje atome i klastere mete, i oni se taloe na substrat-osnovni materijal (za kuitamobilnog telefona, far za automobil-na slici).


41/47

41

Slika11.3PVD metalizacija automobilskog fara


42/47

42

Poglavlje XII

SPAJANJE PLASTIKE

ATHEZIVNO SPAJANJE

Atheziv-materijal koji formira vezu izmeu dva materijala. Nemogu sve plastike da se spojesa athezivima, zbog razlika u povrinskim karakteristikama. Kljuna stvar je prekrivanje povrinaathezivom i odnos povrinskih energija tenog atheziva i vrste povrine. Slobodna energija treba dabude negativna. U nekim sluajevima treba pripremiti povrinu da bi se dobila athezivna veza.

ienje povrina. I pored visoke povrinske energije, nekada nije lako ostvariti spajanje zbogzaprljane povrine, koja smanjije povrinsku energiju. Neistoe mogu biti raznog porekla: od alata,transporta itd. Najee se neistoe otklanjaju u rastvarau. Pri tome treba voditi rauna da ne utiena plastiku.

Hemijsko ienje. Kada oiena povrina jo uvek nije dovoljno energetski pripremljena zaprekrivanje athezivom, onda se koristi hemijsko ienje.Hemikalija u ovom sluaju reaguje saplastikom, pri emu se menja priroda povrine. Materijal se hemijski moe oistiti pre dodavanjaatheziva, ali se prethodno premazuje sa prajmerom (inicijatorom).

Tretman plamenom.Mnoge plastike, posebno poliolefini, mogu da se tretiraju plamenom da se

povea povrinska energija, zato to se javlja oksidacija.

Tretman elektrinom varnicom ("corona"). Takoe se javlja oksidacija povrina kada se iznadpovrine formira elektrina varnica. Nedostatak je to se javlja erozija materijala.

Plazma tretman. Koristi se za ienje povrina i za reakciju na povrini (polimerizaciju). Nedostatakje to je potreban vakuum, koji je veoma skup.

Posredno spajanje. Tretiranje materijalom koji spaja povrinu i atheziv. To su hemijska sredstva kojaimaju na krajevima molekula dve razliite prirode. Jedan koji je hemijski slian materijalu a drugi

athezivu. Dobri su za keramiku.

Mehanika abrazija. Kada nije mogua modifikacija energije, onda se koristi mehanika abrazija.Stvaraju se male pukotine i brazgotine gde moe da ue atheziv i dolazi do mehanikog povezivanja.

Athezivi. Mogu biti teni, kao pasta i vrst film. U svim sluajevima se prolazi kroz tenu fazu.Koriste se za spajanje plastike, metala, keramike, kompozita i drveta.

Strukturni athezivi. Otporni su na mehanika naprezanja, visoku temperaturu, rastvarae i smicanje.To su uglavnom termosetovi sa jednom ili dve komponente.

Epoksidi. Dvo komponentni atheziv, gde je jedna komponenta epoksid, a druga uvriva. Nisuskupi i temperaturno su postojani do 175

0C.

Poliuretani. Skuplji su od epoksida, imaju dobru fleksibilnost na niskim temperaturama. Reakcijapoinje odmah posle meanja komponenata.

Modifikovani akrili. Ovravaju metodom polimerozacije slobodnih radikala. Jedna komponenta sestavlja na jednu povrinu, druga na drugu, a zatim se spoje.

Cijanokrilati (superlepak). Jedno komponentni sistem koji ovrava uz prisustvo male koliinevlage, u atmosferi.

Anaerobici. Jedno komponentni sistem, koji ovrava polimerizacijom slobodnih radikala, kojapoinje u prisustvu kiseonika.


43/47

43

Silikoni. Jedno i dvo komponentni sistem. Jedna komponenta zbog vlage iz atmosfere uvrava.Postojani do 370

oC.

Fenoli i ureaformaldehid. Jeftin termoset sistem, tamne boje. Dobar za dobijanje iverice.

Toplo-istopljeni athezivi

Termoplastini materijali koji se greju i tope. Stavljaju se na materijal i hlaenjem

otvrdnjavaju. Najpoznatija termoplastika: etilen vinil acetat (EVA), polivinil acetat (PVA), polietilen(PE), najlon, polipropilen i kopolimeri.

Za industrijsku primenu se korist vru vazduh za grejanje.

Slika 12.1Primena istopljenog atheziva.

Athezivi osetljivi na pritisak. Ovi materijali su obino na traci, deluju kada se pritisnu na drugimaterijal. Viskoelastini su.

Athezivi na bazi vode. Postoje prirodni. lateks, ivotinjski lepak i vetaki: polivinilalkohol i aminosmola. Imaju nisku vrstou.

Atheziv aktiviran radijacijom. To su materijali sa slobodnim radikalima, koji se postave izmeu dvamaterijala, a zatim se podvrgavaju radijaciji i postaju aktivni.

NEATHEZIVNO SPAJANJE

To su postupci kojima se plastika omekava i zatim spaja sa drugom omekanom plastikom.

Povezivanje fuzijom.

Mora se voditi rauna o tome da se samo delovi koji se spajaju zagreju i omekaju, da ne bidolo do deformacije. Ne mogu se spajati materijali koji imaju viskozitet takav da materijal izae izoblasti spajanja. Tako se spajaju cevi za distribuciju gasa. U veu cev ulazi manja i onda seprenosnim ureajem vri zagrevanje i pritiskanje.


44/47

44

Zavarivanje ultra zvukom

Najvaniji neathezivni postupak. Generator generie ultrazvuni signal direktno u plastiku.Energija zvuka izaziva vibraciju molekula i omekavanje. Zatim se vri spajanje plastike pod malimpritiskom. Postoji nekoliko varijanti ultra zvunog zavarivanja. Koriste se usmerivai energije namali region.

Slika 12.2Upotreba usmerivaa energija.Metod umetanja, je kada se ultra zvuno omeka jedan deo tako da se posle obavija oko

drugog dela.

Sli ka1 12.3Princip umetanja-

RF zavarivanje

Radio frekventno zavarivanje je slino zvunom. Razlika je u frekvenciji i snazi.

Uvrtanje (SPIN)zavarivanje trenjem

Neophidna tolota za omekavanje plastike se dobija trenjem, kada se dva tela u kontaktu brzopomeraju. Teko je zavariti velike povrine.


45/47

45

Sli ka 12.4Spajanje uvrtanjem(trenjem).

Indukciono zavarivanje

Efekat magnetnog zagrevanja nastaje kada metalni delovi vibriraju u magnetnom polju i pritome zagrevaju okolnu plastiku i omekavaju je. Drugi nain je kada plastina ica prolazi krozmagnetno polje i tako omekava.


46/47

46

Poglavlje XIII

PREVLAKE I DEKORACIJA

Ponekad dizajneri ele da dodaju i dekorativni efekat plastinim proizvodima, koji ne moguda se ostvare u toku redovne proizvodnje. Ta estetska komponenta moe da utie i na osobine,odnosno na zatitu od oteenja.

Farbanje

Najlake je jednostavno dodavanje pigmenata u plastini materijal. Razlozi su estetski ali iuklapanje sa drugim delovima (enterijer automobila). Farbanje tenom bojom preko povrina jenajee. Veina boja se rastvara u rastvarau, organskom ili u vodi. Farbanje polietilena je problemzbog niske povrinske energije. Treba prvo naneti sloj prajnera.

Tena prevlaka

Najee se vri sprejem, dobija se dobar kvalitet povrine i uniformna debljina. Pitolj zasprej koristi pritisak vazduha i mea se sa tenom fazom. Bitno je rastojanje od komada i brzinarada. Tradicionalni metod je sa valjkom. Mea se uranjanjem komada u farbu, pri emu komad trebada rotira zbog uniformnosti. Moe da se koristi vie svilenih filmova, svaki sa jednom bojom i ondase svaki film preslikava pomou valjka.

Prevlaenje prakastim materijalom

Formira se fluidizirajui sloj plastinih estica, koji dospeva na povrinu materijala ili sepomou spreja prevlai materijal.

Elektrostatiko prevlaenje

Deo koji se prevlai se stavi u komoru i povezuje se sa elektrodom, tako da dolazi do

pranjenja na povrini komada. Zatim se materijal za prevlaenje uvidu spreja ubacuje u komoru.Plastine estice dobijaju elektrostatiki naboj od elektrinog polja i prevlae plastini komad.

Metalizacija

U vakuum komori se ist metal isparava visokom temperaturom i kondenzuje na plastinikomad (CD diskovi, igrake). Debljina prevlake je od 0.006 do 0.01m.

tampanje

Slino je farbanju, ali se prekriva cela povrina. Moe da obavlja sa valjkom, sprejom ("inkjet").

Termostatiko tampanje

Za ovaj nain je neophodan specijalni papir, na koje je odtampana slika, sa specijalnimbojama ikoja treba da se prbaci na povrinu plastike. Papir se stavlja na komad i zagreva, bojapostaje tena i prelazi na plastiku.

Uslojavanje (plastifikacija)

Plastini film se stavlja na povrinu komada, zatim se zagreva i pritisa valjkom, pri emu seostvaruju veze izmeu prevlake i osnove. Moe vie slojeva materijala da se odjedanput postavi .Pogodno je za automatizaciju i brzo uslojavanje. Nije potreban poseban atheziv.


47/47

Postoji prevlaenje ekstruzijom i tada je teni materijal termoplastika koja se greje i krozkoju prolazi substrat.

svojstva i primena

Documents