K3 - Polimeri PDF

3. SISTEMATIKA PROIZVODNJE POLIMERNIH MATERIJALA 3.5 PROIZVODNJA POLIMERNIH PROIZVODA 1. Definirajte stanja u proizvodnom lancu od sirovine do gotovog proizvoda. Sirovina -> Tvar -> Materijal -> Proizvod Sirovina – prirodne neprerađene tvari od kojih se različitim postupcima proizvo...

3. SISTEMATIKA PROIZVODNJE POLIMERNIH MATERIJALA 3.5 PROIZVODNJA POLIMERNIH PROIZVODA 1. Definirajte stanja u proizvodnom lancu od sirovine do gotovog proizvoda. Sirovina -> Tvar -> Materijal -> Proizvod Sirovina – prirodne neprerađene tvari od kojih se različitim postupcima proizvodnje priređuju najprije tvari, te zatim upotrebljivi materijali Tvar – materija je sve što ima masu i zauzima fizički prostor. Oblik materije sastavljen od atoma Materijal – tehnički upotrebljiva tvar Proizvod – konačni oblik prerađenog materijala 4. POLIMERI 4.1 REAKCIJE POLIMERIZACIJE 4.1.3 Kopolimerizacija 2. Skicirajte vrste kopolimera. − Naizmjenični − Statistički − Blok − Cijepljeni 4.2 OPĆE STRUKTURNE KARAKTERISTIKE POLIMERA 3. Navedite i skicirajte razlike između strukture kristalastih i amorfnih polimernih lanaca. Amorfni polimerni materijali – struktura makromolekula u čvrstom stanju je ista Kristalasti polimerni materijali – u rastaljenom stanju imaju amorfnu strukturu, a tek kad se hlade prelaze u kristalasto stanje. Ako je hlađenje prebrzo, tada može postati amorfan 4.3 PODJELA POLIMERA 4. Nabrojite podjelu polimera prema postanku i kemijskom sastavu (s primjerima). Prema postanku: − Prirodni – prirodni kaučuk − Sintetski – PVC Prema kemijskom sastavu: − Organski – polistiren − Anorganski – silikon 5. Kako dijelimo polimerne materijale s obzirom na njihovo ponašanje pri povišenim temperaturama? Navedite njihove veze, ponašanje pri povećanju temperature i strukturu. Duromeri: − Makromolekule su povezane kemijskim vezama − Zagrijavanjem se ne mogu omekšati ni rastaliti − Imaju amorfnu strukturu Elastomeri: − Makromolekule povezane kemijskim i fizičkim vezama − Zagrijavanjem se mogu omekšati, ali se ne mogu rastaliti − Imaju amorfnu strukturu − Vulkanizacijom im se ugrađuju primarne veze kako bi postali primjenljivi Plastomeri: − Makromolekule su povezane fizičkim vezama − Zagrijavanjem se mogu omekšati i rastaliti − Mogu biti amorfni, kristalni i kristalasti − Moguće ih je reciklirati Elastoplastomeri: − Na povišenim temperaturama teku poput plastomera, a na niskim se ponašaju poput elastomera − Mogu se taliti zagrijavanjem − Mogu biti amorfni, kristalni i kristalasti 4.4 POLIMERNI MATERIJALI 6. Navedite najvažnija područja primjene polimera (uz primjere). Ambalaža – PET boce, PP filmovi za pakiranje Autoindustrija – PP za dijelove unutrašnjosti automobila Građevinarstvo – PVC okviri za prozor, cijevi, oblozi za žice i kabele 5. TEORIJSKE OSNOVE PROIZVODNJE POLIMERNIH TVOREVINA 5.1 FIZIČKO STANJE POLIMERA 7. Skicirajte termotehničku krivulju za amorfni i kristalasti polimer. Tg – staklište Tf – tecište Tm – talište Td – razgradište 8. Na dijagramu su nanesene vrijednosti omjera rasteznog opterećenja i početne površine epruvete, te razlike trenutne i početne mjerne duljine, svedeno na početnu mjernu duljinu epruvete. Opišite koordinatne osi. Za svaku krivulju navedite tri karakteristične točke na ordinati i jednu na apscisi. Definirajte te točke (simbol, jednadžba, definicija). Kako se zove faktor proporcionalnosti u tom slučaju djelovanja opterećenja i odgovarajućeg produljenja? Rr – granica razvlačenja – naprezanje koje izaziva sila razvlačenja na početnu površinu presjeka epruvete 𝐹𝐹𝑅𝑅 𝑁𝑁 𝑅𝑅𝑅𝑅 = [ ] 𝐴𝐴0 𝑚𝑚𝑚𝑚2 Rx – konvencionalna granica razvlačenja – naprezanje koje izaziva unaprijed dogovorenu vrijednost trajnog istezanja od x %. Određuje se kod materijala koji ne pokazuju granicu razvlačenja. Dogovorena vrijednost kod polimera je 0,1 ili 1% Rm – rastezna čvrstoća – naprezanje koje izaziva maksimalna sila na početnu površinu presjeka epruvete 𝐹𝐹𝑀𝑀 𝑁𝑁 𝑅𝑅𝑀𝑀 = [ ] 𝐴𝐴0 𝑚𝑚𝑚𝑚2 Rp – prekidna čvrstoća – naprezanje koje izaziva prekidna sila na početnu površinu presjeka epruvete 𝐹𝐹𝑃𝑃 𝑁𝑁 𝑅𝑅𝑃𝑃 = [ ] 𝐴𝐴0 𝑚𝑚𝑚𝑚2 ex – istezanje pri konvencionalnoj granici razvlačenja epl – plastično istezanje – količina istezanja pri kojoj se epruveta ne može vratiti u prvotno stanje eel – elastično istezanje – količina istezanja pri kojoj se epruveta može vratiti u prvotno stanje euk = eel + epl – ukupno istezanje Faktor proporcionalnosti -> modul elastičnosti 𝜎𝜎 𝑁𝑁 𝐸𝐸 = 𝜀𝜀 𝑚𝑚𝑚𝑚2 5.5 IZMJENA TOPLINE TIJEKOM PROIZVODNJE POLIMERNIH TVOREVINA 5.5.1 Toplinska svojstva polimera 9. Nacrtajte ovisnost toplinskog svojstva polimera označenog simbolom Cp o temperaturi za jedan amorfni i jedan kristalasti tip. Specifični toplinski kapacitet je količina topline koju treba dovesti jedinici mase da bi temperatura porasla za 1K. Ovisi o vrsti polimera i o temperaturi. 10. Objasnite toplinsko svojstvo koje se označava simbolom l. Toplinska provodnost je količina topline u jedinici vremena što se provodi kroz presjek tijela po jedinici duljine i kelvinu. Predstavlja mjeru za toplinski tok ili prijenos topline kroz tvar 11. Objasnite toplinsko svojstvo koje se označava simbolom h. Specifična entalpija upotrebljava se pri određivanju topline potrebne za zagrijavanje polimera. Nije čista veličina stanja jer ovisi o toplinskoj prošlosti materijala 7. POSTUPCI PRAOBLIKOVANJA 7.1 KONTINUIRANI POSTUPCI PRAOBLIKOVANJA 12. Objasnite kalandriranje. Kalandriranje je kontinuiran postupak pravljenja beskonačnih trakova praoblikovanjem visokoviskoznog kapljastog polimera njegovim propuštanjem između parova valjaka kalandra pri čemu valjci pritišću polimer. Tvorevina (kalandar u obliku trake) nastaje očvršćivanjem procesima geliranja i hlađenja (npr. PVC), hlađenja (npr. PS) ili umreživanja (npr. kaučuk) 13. Skicirajte podjelu kalandara prema rasporedu i broju valjaka u slogu. 14. Objasnite ekstrudiranje i skicirajte jednopužni ekstruder. Ekstrudiranje je postupak kontinuiranog praoblikovanja protiskivanjem kapljastog polimera kroz mlaznicu. Istisnuti polimer očvršćuje u tvorevinu geliranjem i/ili hlađenjem, odnosno polimeriziranjem i/ili umreživanjem te sušenjem. Ekstrudat se slaže ili namotava. Ekstrudiranjem se proizvode beskonačni proizvodi ili poluproizvodi (cijevi, štapovi, filmovi, folije, ploče, ostali šuplji ili puni profili, vlakna, izolacije ili plaštevi kabela). Ekstrudiraju se najčešće plastomeri, kaučukove smjese, elastoplastomeri i duromeri. 7.2 CIKLIČKI POSTUPCI PRAOBLIKOVANJA 15. Objasnite srašćivanje u kalupu. Cikličko praoblikovanje čvrstih čestica (prahova) njihovim povezivanjem u kalupnoj šupljini pri povišenoj temperaturi. Kalup se napuni prahom, zatvara i zagrijava do staljivanja praha, a nakoh hlađenja vade se gotovi proizvodi. Kalup se pritom rotira u najmanje dvije osi. Postoje nasipno i rotacijsko srašćivanje. 16. Objasnite nasipno srašćivanje. Primjenjuje se za izradu šupljih tvorevina. Kalup se napuni do vrha polimernim prahom i zagrijava uz dvoosnu vrtnju, prah se staljuje uz stijenke kalupa, a nestaljeni prah se izbacuje iz unutrašnjosti kalupa. Zagrijavanje se potom nastavlja da bi površina izratka postala glatkom Materijali: PE i PTFE 17. Objasnite rotacijsko kalupljenje. Tijekom rotacijskog srašćivanja, zagrijani kalup s prahom se vrti u različitim smjerovima i prah se staljuje na njegovim stijenkama. Primjenjuje se za izradu šupljih tijela velikog obujma Materijali: PE, PP, PVC, PA, PC i duromeri 18. Objasnite izravno prešanje. Ciklički postupak praoblikovanja u kojem se polimer u obliku praha (duromeri), pripremka (duromeri i elastomeri) ili granulata (plastomeri) stavlja u otvorenu kalupnu šupljinu. Nakon zatvaranja kalupa uz djelovanje tlaka i topline, materijal postiže potrebnu smičnu viskoznost za postizanje obličja kalupne šupljine. Tvorevina očvršćuje polireakcijom i umreživanjem (duromeri), umreživanjem (elastomeri) ili hlađenjem (plastomeri) i postaje podobna za vađenje iz kalupa. Otpresak ima srh koji se odstranjuje naknadnom obradom. 19. Objasnite posredno prešanje. 20. Objasnite injekcijsko prešanje. Ciklički postupak praoblikovanja ubrizgavanjem polimerne tvari potrebne smične viskoznosti iz jedinice za pripremu i ubrizgavanje u temperiranu kalupnu šupljinu. Tvorevina postaje polireakcijom i/ili umreživanjem, geliranjem i/ili hlađenjem podobna za vađenje iz kalupne šupljine. Materijali: svi (plastomeri, duromeri, elastomeri, elastoplastomeri) 21. Navedite razliku izravnog i posrednog prešanja. Nedostaci izravnog prešanja: − Nemogućnost točnog doziranja − Potreba za otplinjavanjem kalupne šupljine Prednosti koje posredno prešanje poboljšava: − Postižu se bolja svojstva i povisuje dimenzijska stabilnost uz skraćeni ciklus − Moguće je uklapanje osjetljivih metalnih dijelova − Srh je manji 8. POSTUPCI PREOBLIKOVANJA 22. Objasnite toplo oblikovanje. Ciklički postupak obrade polimera preoblikovanjem poluproizvoda tijekom kojeg se mijenja oblik pripremka zagrijavanjem u kalupu. Konačni oblik proizvoda postiže se hlađenjem. Pripremak se dobiva nekim od postupaka praoblikovanja. Materijali: plastomeri i elastoplastomeri Postupci toplog oblikovanja: Savijanje, pritiskivanje, razvlačenje, mješoviti postupci 8.2 PUHANJE ŠUPLJIH TIJELA 23. Opišite ekstruzijsko puhanje. Postupak u kojem pripremak u obliku gipke cijevi izlazi iz ekstrudera. Kad je izašla dovoljna dužina, kalup se zatvara i donji dio prignječi ili zavari. Na drugom dijelu se pripremak odreže i u njega ulazi puhalo, utiskivanjem puhala oblikuje se grlo proizvoda. Kroz puhalo se upuhuje zrak koji širi pripremak do stijenke kalupne šupljine. Nakon hlađenja tvorevina se može izvaditi iz kalupa. Primjenjuje se za proizvodnju plastičnih spremnika. 24. Navedite razlike između ekstruzijskog i injekcijskog puhanja. − U prvoj fazi, pripremak se izrađuje injekcijskim prešanjem umjesto ekstrudiranjem − Puhalo se već nalazi u kalupu za injekcijsko prešanje − Proizvodi injekcijskog puhanja su kvalitetnije površine jer nemaju zavarenih rubova, stoga nema srha ni otpadnog materijala