Identyfikacja tworzyw sztucznych konspekty

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji II-24
Definicje
Laboratorium Tworzyw Sztucznych LL-2
Identyfikacja
tworzyw sztucznych
Polimery - organiczne zwią
związki
wielkoczą
wielkocząsteczkowe, o duż
dużej masie
4
7
czą
cząsteczkowej (10 ÷10 )
zbudowane z duż
dużej iloś
ilości
powtarzają
powtarzających się
się elementó
elementów
budowy (meró
(merów)
Polimer moż
można przedstawić
przedstawić
schematycznie jako łańcuch
powtarzają
powtarzających się
się jednostek
konstytutywnych (meró
(merów):
-A-A-A-A-A-A-[A]n…-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-…
[CH2-CH2]n
Model łańcucha polietylenu (PE)
Tworzywa sztuczne
Najważ
Najważniejsze dodatki do polimeró
polimerów
§ Napelniacze — polepszają
polepszają własnoś
asności mechaniczne, sztywność
sztywność,, odporność
odporność cieplną
cieplną
(wzmacniacze); obniż
obniżają
ają cenę
cenę gotowego wyrobu (wypeł
(wypełniacze),
materiał
materiały uż
użytkowe
otrzymane z polimeró
polimerów,
powstał
powstałe w wyniku
połą
czenia ich z ró
połączenia
różnymi
dodatkami
§ Stabilizatory — poprawiają
poprawiają stabilność
stabilność termiczną
termiczną, przeciwdział
przeciwdziałają
ają degradacji polimeru
pod wpł
wpływem tlenu i promieniowania ultrafioletowego,
§ Zmię
Zmiękczacze (plastyfikatory) — ułatwiają
atwiają przetwó
przetwórstwo oraz zwię
zwiększają
kszają elastyczność
elastyczność
i obniż
obniżają
ają temperaturę
temperaturę zeszklenia materiał
materiału,
§ Barwniki, pigmenty — nadają
nadają wyrobowi barwę
barwę,
§ Antystatyki — eliminują
eliminują elektryzowanie się
się tworzywa przez zwię
zwiększenie jego
przewodnoś
przewodności powierzchniowej,
§ Antypireny — opó
opóźniacze palenia, wywoł
wywołują
ują efekt samogaś
samogaśnię
nięcia tworzywa
(mogą
(mogą też
też zmniejszać
zmniejszać ilość
ilość wydzielanego dymu, wytwarzać
wytwarzać węglowe powł
powłoki
ochronne, zwię
zwiększać
kszać pochł
pochłanianie ciepł
ciepła w materiale)
Oznaczanie tworzyw sztucznych
Podział
Podział tworzyw sztucznych
§ PNPN-EN ISO 10431043-1:2004 Tworzywa
sztuczne. Symbole i skró
skróty nazw. Polimery
podstawowe i ich cechy charakterystyczne
§ PNPN-EN ISO 11469:2003 Tworzywa
sztuczne. Identyfikacja rodzaju tworzywa i
znakowanie wyrobó
wyrobów z tworzyw
sztucznych.
Tworzywa sztuczne
Elastomery
Wulkanizujące
Plastomery
Niewulkanizujące
Termoplasty
Amorficzne
PVC, PS, PC, PPO,
PSU, PMMA
Krystaliczne
PE, PP, PA, PET,
POM, PBT, PI
Duroplasty
Chemoutwardzalne
EP, UP, SI, PUR
Termoutwardzalne
PF, UF
1
§
Termoplasty – w podwyż
podwyższonej temperaturze
przechodzą
przechodzą w stan plastyczny, czyli mię
miękną
kną i dają
dają się
się
§ Elastomery – materiał
materiały, któ
które przy mał
małych
kształ
kształtować
tować. Po ochł
ochłodzeniu twardnieją
twardnieją zachowują
zachowując
napręż
eniach wykazują
naprężeniach
wykazują duż
duże odkształ
odkształcenia
elastyczne, odwracalne.
nadane im kształ
kształty i odzyskują
odzyskują pierwotne wł
własnoś
asności.
Cykl uplastycznienia moż
można powtarzać
powtarzać wielokrotnie.
§ Plastomery – wykazują
wykazują mał
małe odkształ
odkształcenia
(<1%) pod niewielkim napręż
eniem, a
naprężeniem,
poddawane
wzrastają
obciąż
eniu
wzrastającemu
obciążeniu
odkształ
odkształcają
cają się
się plastycznie (nieodwracalnie) aż
aż
do mechanicznego zniszczenia.
§
Duroplasty
–
w
podwyż
podwyższonej
temperaturze
przekształ
przekształcają
cają się
się w produkt usieciowany (nietopliwy i
nierozpuszczalny).
Ponowne
ogrzewanie
moż
może
spowodować
spowodować rozkł
rozkład chemiczny polimeru.
Charakterystyka polimeró
polimerów
Zależ
ystoś
ści wzdł
Zależność
ność moduł
modułu spręż
sprężysto
wzdłużnej od temperatury
przy stał
stałej szybkoś
szybkości rozcią
rozciągania.
Tok postę
postępowania zmierzają
zmierzający
do identyfikacji tworzyw sztucznych
ØOcena wyglą
wyglądu zewnę
zewnętrznego:
przezroczystość
przezroczystość
barwa
rodzaj powierzchni (gł
(gładka/chropowata)
ØOcena podstawowych wł
wł asnoś
asności mechanicznych:
odporność
odporność na zarysowania
odkształ
odkształcalność
calność
ØOznaczanie gę
gęstoś
stości
ØOdporność
Odporność na czynniki chemiczne
Polietylen
§
§
§
§
§
POLIETYLEN -[-CH2-CH2-] ngęstość
stość 0,95 g/cm3;
semikrystaliczny,
semikrystaliczny, barwa mleczna (stopień
(stopień krystalicznoś
krystaliczności dochodzi do 90%);
w temp. pokojowej – stan elastyczny; materiał
materiał o bardzo duż
dużej elastycznoś
elastyczności;
substancja biał
biała, przypominają
przypominająca w dotyku parafinę
parafinę, powierzchnia tworzywa
daje się
się łatwo zarysować
zarysować, lecz jest w odró
odróżnieniu od parafiny zwarta;
§ Zastosowanie:
§
§
§
§
§
§
§
§
folie opakowaniowe i inne opakowania,
rury nadają
nadające się
się zar
zaró
ówno do wody pitnej, jak i do ściek
ciekó
ów,
powłłoki kablowe,
pow
pojemniki i butelki na wodę
wodę oraz chemikalia (za wyją
wyjątkiem pojemnikó
pojemników lub opakowań
opakowań
do mleka i tł
tłuszcz
uszczó
ów zwierzę
zwierzęcych),
artykułły gospodarstwa domowego,
artyku
materiałły elektroizolacyjne,
materia
zabawki,
włókna na bazie polietylenu - najbardziej odporne mechanicznie wł
w łókna chemiczne.
ØPalność
Palność
2
Polipropylen
§ POLIPROPYLEN -[-CH2-CH(CH3)-] n§ gęstość
stość 0,92 g/cm3;
§ materiał
materiał semikrystaliczny,
semikrystaliczny, barwa mleczna (stopień
(stopień krystalicznoś
krystaliczności dochodzi do 95% PP izotaktyczny);
izotaktyczny);
§ w temp. pokojowej – stan elastyczny; mniej elastyczny od PE;
§ powierzchnia daje się
się zarysować
zarysować, charakteryzuje się
się małą
małą ścieralnoś
cieralnością
cią i dobrymi
własnoś
asnościami dielektrycznymi, gł
gładki w dotyku, w odró
odróżnieniu od PE ma wię
większą
kszą
odporność
odporność powierzchni na zarysowania i uszkodzenia, nie ulega korozji
napręż
eniowej, wię
naprężeniowej,
większą
kszą wytrzymał
wytrzymałość na rozcią
rozciąganie i wię
większą
kszą odporność
odporność
termiczną
termiczną;
§ wady - stosunkowo duż
duża kruchość
kruchość w temperaturach poniż
poniżej 0 st.C i wię
większa niż
niż PE
wraż
wrażliwość
liwość na dział
działanie tlenu.
§ Zastosowanie:
w przemyś
przemyśle do wyrobu ró
różnych elementó
elementów maszyn poddawanych wię
większym obciąż
obciążeniom
eniom (wał
(wałki
drukarskie, koł
koła zę
zębate),
Pojemniki, naczynia oraz wyroby wymagają
wymagające łą
łączenia
czenia i wspó
współpracy z elementami metalowymi,
folie,
rury,
obudowy maszyn,
elementy armatury, wykł
wykładziny, pojemniki,
sznury i sieci rybackie.
§
§
§
§
§
§
§
Polistyren
§
§
§
§
§
§
§
§
POLISTYREN -[-CH2-CH(C6H5)-]ngęstość
stość 1,05 g/cm3;
materiał
materiał amorficzny, przeź
przeźroczysty;
w temp. pokojowej w stanie szklistym (twardy, kruchy, bardzo mał
mała
wytrzymał
wytrzymałość na zginanie), fizjologicznie oboję
obojętny;
przy upadku pró
próbki na twardą
twardą powierzchnię
powierzchnię wydaje char. wysoki dź
dźwię
więk;
łatwo formowalny, o duż
dużej stał
stałości wymiaró
wymiarów, co umoż
umożliwia stosowanie go w
precyzyjnej aparaturze pomiarowej, cechuje się
się małą
małą nasią
nasiąkliwoś
kliwością
cią wody,
dobrymi wł
własnoś
asnościami dielektrycznymi, niezmiennymi w szerokim zakresie
czę
częstotliwoś
stotliwości, a takż
także dużą
dużą odpornoś
odpornością
cią na dział
działanie wię
większoś
kszości cieczy, nawet
silnie korodują
korodujących;
wady - nie odporny jest natomiast na dział
działanie rozpuszczalnikó
rozpuszczalników organicznych,
pod wpł
wpływem światł
wiatła sł
słonecznego żółknie i staje się
się jeszcze bardziej kruchy,
ulega mocnemu elektryzowaniu (modyfikacja antystatykami);
antystatykami);
Zastosowanie:
§
§
§
§
§
Poli(chlorek winylu)
§
§
§
§
§
POLI(CHLOREK WINYLU) -[-CH2-CHClCHCl-]ncięż
ki, gę
ciężki,
gęstość
stość 1,40 g/cm3;
polimer amorficzny;
w temp. pokojowej – stan szklisty (kruchy – bez dodatkó
dodatków !);
wykazuje bardzo dobrą
dobrą wytrzymał
wytrzymałość mechaniczną
mechaniczną i dobre wł
własnoś
asności
dielektryczne, odporny na dział
działanie wię
większoś
kszości rozpuszczalnikó
rozpuszczalników (rozpuszcza
się
ę
lub
pę
ę
cznieje
w
cykloheksanonie,
,
tetrahydrofuranie,
,
dwusiarczku
wę
si
p
cykloheksanonie tetrahydrofuranie
węgla);
§ wady - rozkł
rozkłada się
się pod wpł
wpływem temperatury i światł
wiatła, do osią
osiąg. optymalnych
właściwoś
ciwości musi być
być modyfikowany, gł
głównie plastyfikatorami i stabilizatorami;
§ Zastosowanie:
§ twardy polichlorek winylu (winidur):
§ materia
materiałł elektroizolacyjny,
§ surowiec do wyrobu pł
płytek podł
podłogowych, pł
płyt gramofonowych,
§ rury,
§ elementy armatury,
§ elementy budowlane np
np.. framugi drzwi i ramy okienne,
§ przedmioty codziennego uż
użytku, przyboró
przyborów kreś
kreślarskich,
§ do impregnacji tkanin i papieru.
§ Mi
Mię
ękki polichlorek winylu (igelit)
§ wyk
wykłł adziny podł
podłogowe i tapicerskie,
§ pow
powłłoki ochronne,
§ sztuczne skó
skóry,
§ rurowe membrany z PCW ssłłużą do ultrafiltracyjnego oczyszczania wody i ściek
ciekó
ów
Poli(metakrylan metylu)
§
§
§
§
§
POLI(METAKRYLAN METYLU) -[-CH2=C(CH3)COOCH3-] ngęstość
stość 1,20 g/cm3;
polimer amorficzny, przeź
przeźroczysty (szkł
(szkło organiczne, pleksi);
w temp. pokojowej – stan szklisty (kruchy, mał
mała wytrzymał
wytrzymałość na zginanie);
sztywny, odporny na dział
działanie czynnikó
czynników atmosferycznych, kwasó
kwasów, zasad,
ozonu, wę
węglowodoró
glowodorów alifatycznych oraz niskich temperatur, ulega dział
działaniu
węglowodoró
glowodorów aromatycznych, ketonó
ketonów, estró
estrów.
§ wady - nieodporny na wysokie temperatury, kruchy (to powoduje, że coraz
częś
ciej zastę
częściej
zastępowany jest przez poliwę
poliwęglan);
§ Zastosowanie:
§
§
§
§
§
§
§
Poliwę
Poliwęglan
§
§
§
§
§
POLIWĘ
POLIWĘGLAN
gęstość
stość 1,20 g/cm3;
materiał
materiał amorficzny, przeź
przeźroczysty;
w temp. pokojowej – stan szklisty;
doskonał
doskonała wytrzymał
wytrzymałość mechaniczna i udarność
udarność,, duż
duża sztywność
sztywność,, odporność
odporność
na podwyż
podwyższone temperatury, bardzo dobre wł
właściwoś
ciwości dielektryczne,
§ Zastosowanie:
§
włókna,
§
folie,
§
rury, wyroby drąż
drążone,
one,
§
w przemyś
przemyśle elektronicznym, w medycynie,
§
do produkcji cz
częś
ęści
ci maszyn i urzą
urządze
dzeń
ń, któ
którym stawiane ssą
ą du
duż
że wymagania wytrzymał
wytrzymałościowe,
§
na przedmioty codziennego uż
użytku.
(styropian) – do opakowań
opakowań i pł
płyt termoizolacyjnych,
galanteria techniczna, obudowy ró
różnych urzą
urządze
dzeń
ń mechanicznych,
w przemyś
przemyśle elektrotechnicznym i radiotechnicznym,
rury kwasoodporne,
opakowania oraz przedmioty gospodarstwa domowegodomowego - grzebienie, zabawki i inne.
klosze świate
wiatełł sygnalizacyjnych,
soczewki,
szyby okienne, lotnicze i samochodowe,
urzą
urz
ądzenia sanitarne,
naczynia stoł
stołowe,
sztuczna biż
biżuteria i in. wyroby codziennego uż
użytku,
odpowiednio barwiony znajduje zastosowanie w protetyce dentystycznej.
dentystycznej.
Poliamid
§
§
§
§
POLIAMID 6 -(-NHNH-(CH2)5-COCO-)gęstość
stość 1,15 g/cm3;
polimer semikrystaliczny,
semikrystaliczny, barwa brudnoż
brudnożółta, mleczna;
w temp. pokojowej – stan szklisty (jednak na skutek absorpcji wody wykazuje
znaczną
);
znaczną elastyczność
elastyczność);
§ dobra wytrzymał
ystoś
ści, twardość
wytrzymałość na rozcią
rozciąganie, wysoki moduł
moduł spręż
sprężysto
twardość,,
odporność
onych zasad, utleniaczy;
odporność na ścieranie; ulega dział
działaniu kwasó
kwasów, stęż
stężonych
§ wady - poliamidy absorbują
absorbują do kilku procent wody;
§ Zastosowanie:
§
§
§
§
§
§
§
§
§
§
włókna,
lekkie tkaniny,
niełłamliwe artykuł
nie
artykuły codziennego uż
użytku,
artykułły techniczne, któ
artyku
którym stawiane ssą
ą wysokie wymagania wytrzymał
wytrzymałościowe,
kołła zę
ko
zębate,
produkcja cz
częś
ęści
ci silnikó
silników elektrycznych naraż
narażonych na dział
działanie wysokich temperatur,
armatura wodocią
wodociągowa,
galanteria,
powłłoki fluidalne na metale,
pow
ręczniki, ubiory sportowe, konfekcja, dywany.
3
Gęstość
stość – metody oznaczania
Cechy zewnę
zewnętrzne tworzyw sztucznych (przykł
(przykłady)
Metoda oznaczania
Postać
Postać
Tworzywo
więk przy
dźwię
upadku
szklisty
<0,3
odkształcalność
calność
odkształ
śliski
gładka
duża
duż
Gęstość
stość
[g/cm3]
twardość,,
twardość
rysowanie
paznokciem
dotyk
powierzchnia
dowolna
PS
niewielka
PP
przezroczystość
przezroczystość
barwa
PE
mał
mała,
łatwe, rysa
wyczuwalna
duż
duża,
powrotna
b. niski
mał
mała,
trudne, rysa
wyczuwalna
mał
mała,
powrotna
niski
duż
duża,
brak rysy
bardzo
mał
mała,
powrotna
wysoki
Tworzywa spienione
Polietylen, polipropylen,
polipropylen, poliizobutylen, kopolimery styrenu z
butadienem, z akrylonitrylem
1,0 – 1,2
Polistyren, poliamidy, poli(metakrylan metylu),
metylu), poli(octan
winylu), poliestry nienasycone, poliwę
poliwęglany
1,2 – 1,3
Poliuretany, octan celulozy, poli(alkohol winylowy),
poli(chlorek winylu) plastyfikowany,
plastyfikowany, epoksydy lane
1,3 – 1,4
Azotan celulozy, fenoplasty lane, ew. z napeł
napełniaczem org.,
fenoplasty warstwowe tkaninowe, poli(chlorek winylu)
1,4 – 1,7
Aminoplasty z napeł
napełniaczami org., poliformaldehyd, fenoplasty
warstwowe papierowe, poli(chlorek winylu) z napeł
napełniaczami
mineralnymi
1,7 – 2,0
Tworzywa wzmacniane wł
włóknem szklanym (np. poliestrowe,
epoksydowe)
Nazwa
tworzywa
Polistyren
(PS)
Masa
pró
próbki
[g]
Pomiar obję
objętoś
tości
i masy
stosuje się
się do oznaczania gę
gęstoś
stości tworzyw
polimerowych uformowanych w postaci prę
prętów,
1 - 180
belek, rur (pró
(próbki o dowolnym, prawidł
prawidłowym
kształ
kształcie geometrycznym)
Hydrostatyczna
polega na poró
porównaniu masy jednostkowych
obję
objętoś
tości pró
próbki badanego tworzywa i cieczy o
znanej gę
gęstoś
stości (np
(np.. wody destylowanej).
0,2 - 5
Piknometryczna
polega na obliczeniu stosunku masy pró
próbki do
jej obję
objętoś
tości, czyli obję
objętoś
tości cieczy immersyjnej o
znanej gę
gęstoś
stości wypartej przez pró
próbkę
bkę.
1-5
Flotacyjna
Istotą
Istotą metody jest sporzą
sporządzenie kilku
roztworó
roztworów o ró
różnych, znanych gę
gęstoś
stościach a
nastę
następnie zanurzenie badanej pró
próbki w każ
każdym
z tych roztworó
roztworów. Gę
Gęstość
stość cieczy, z któ
którą
badane tworzywo jest w ró
równowadze jest
zarazem gę
gęstoś
stością
cią tworzywa.
Badanie zachowania tworzyw w pł
płomieniu
Rodzaj tworzywa
0,9 - 1,0
>2,0
Opis metody
Własnoś
asności mechaniczne
Wyglą
Wygląd
pł omienia
Nazwa
Zachowanie w
tworzywa
pł omieniu
Polietylen
(PE)
Po zapaleniu pali
się
się sam, kapią
kapiące
płoną
onące krople
Polipropylen Po zapaleniu pali
się
się sam, kapią
kapiące,
(PP)
Zapach po
zgaszeniu
pró
próbki
Niebieski środek
płomienia
palonej parafiny
j.w.
j.w.
j.w,
j.w, z nutą
nutą
aromatyczną
aromatyczną
płoną
onące krople
Poli(chlorek
winylu)
(PVC, PCW)
Pali się
się w pł
płomieniu, Żółty, zielony po
gaś
brzegach, biał
gaśnie poza nim,
białe dymy,
pró
ew. zielone iskry
próbka zwę
zwęgla się
się
chlorowodoru,
charakterystyczny
kwaś
kwaśny
Niektó
Niektóre laminaty o duż
dużej zawartoś
zawartości wł
włókna szklanego,
tworzywa z cięż
kimi napeł
ciężkimi
napełniaczami nieorganicznymi
Zachowanie
w pł
pł omieniu
Po zapaleniu
pali się
się sam,
pró
próbka zwę
zwęgla
się
się
Wyglą
Wygląd
pł omienia
Świecą
wiecący,
silnie kopcą
kopcący
Zapach po
zgaszeniu
pró
próbki
Charakterystyczny
słodkoodko-kwiatowy
Poli(metakrylan Po zapaleniu
metylu)
pali się
się sam,
(PMMA)
pieni się
się
Świecą
wiecący, trzeszczą
trzeszczący Typowy, owocowy
Poliamid
(PA)
Po zapaleniu
pali się
się sam,
pieni się
się (trudno
zapalny, jeś
jeśli
pochł
pochł. wodę
wodę)
Świecą
wiecący niebieskawy Nieprzyjemny,
podobny do
z żółtym brzegiem,
palonego biał
kapie, tworzą
białka
tworzą się
się
pęcherze i cią
ciągną
gną się
się
nitki
Poliwę
Poliwęglan
(PC)
Samogasną
Samogasnący,
cy,
pró
próbka zwę
zwęgla
się
się, pieni się
się
Świecą
wiecący, kopcą
kopcący
4