3. ROZDĚLENÍ PLASTŮ TERMOPLASTY, REAKTOPLASTY; MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ; KAUČUKY Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
ROZDĚLENÍ POLYMERŮ POLYMERY Kaučuky Termoplasty Reaktoplasty ELASTOMERY PLASTY
TERMOPLASTY jedná se o polymerní materiály, které při zahřívání přecházejí do plastického stavu, do stavu vysoce viskózních nenewtonovských kapalin, kde je lze snadno tvářet a zpracovávat různými technologiemi. Do tuhého stavu přejdou ochlazením pod teplotu tání T m (semikrystalické plasty), resp. teplotu viskózního toku T f (amorfní plasty). Protože při zahřívání nedochází ke změnám chemické struktury, lze proces měknutí a následného tuhnutí opakovat teoreticky bez omezení. Jedná se pouze o fyzikální proces.
REAKTOPLASTY jedná se o polymerní materiály, dříve nazývané termosety, které rovněž v první fázi zahřívání měknou a lze je tvářet, avšak jen omezenou dobu. Během dalšího zahřívání dochází k chemické reakci prostorovému zesíťování struktury, k tzv. vytvrzování. Výrobek je možno považovat za jednu velkou makromolekulu. Ochlazování reaktoplastů probíhá mimo nástroj, neboť zajištění rychlého ohřevu formy pro vytvrzení a následné rychlé ochlazení materiálu by bylo obtížné. Tento děj je nevratný a vytvrzené plasty nelze roztavit ani rozpustit, dalším zahříváním dojde k rozkladu hmoty (degradaci).
TERMOPLASTY A REAKTOPLASTY Skupina Změna vlastností Příklad plastů Využití Termoplasty (tepelně tvárné) Působením tepla měknou a působením chladu opět tuhnou, mění se vratně Polystyrén PVC Organické sklo Spotřební průmysl Reaktoplasty (tepelně tvrditelné) Působením tepla dochází k chemické reakci a plasty se vytvrzují, mění se nevratně do netavitelného a nerozpustného stavu Kartit Umakart Epoxidy Skelné lamináty Strojírenství Doprava Chemický průmysl Polyestery
TERMOPLASTY A REAKTOPLASTY Termoplasty při zahřívání měknou, taví se a po ochlazení získávají zpět své původní vlastnosti. Opakovaný ohřev nezpůsobuje změnu jejich struktury. Do této skupiny patří převážně lineární polymery, např. PE, PS. Reaktoplasty = Termosety při prvním ohřevu přejdou do plastického stavu, další ohřev způsobí vytvrzení plastu. Dochází k vytvoření 3D struktury. Dále již nelze měnit jejich tvar ohřevem. Jde např. o fenolformaldehydové polymery (Bakelit), aminoplasty atd.
KAUČUKY, PRYŽE A ELASTOMERY jedná se o polymerní materiály, které rovněž v první fázi zahřívání měknou a lze je tvářet, avšak jen omezenou dobu. Během dalšího zahřívání dochází k chemické reakci prostorovému zesíťovaní struktury, probíhá tzv. vulkanizace. U elastomerů na bázi termoplastů nedochází ke změnám chemické struktury, proces měknutí a následného tuhnutí lze opakovat teoreticky bez omezení, probíhá zde pouze fyzikální děj.
MECHANICKÉ VLASTNOSTI Mechanické vlastnosti polymerů jsou odrazem jejich: Chemického složení Velikosti a tvaru makromolekul Nadmolekulární struktury (amorfní, krystalické) Ale také závislosti na teplotě a na čase
MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ Termín mechanické vlastnosti představuje soubor určitých číselných hodnot s určitou statistickou spolehlivostí. Termínem mechanické chování se označují průběhy těchto hodnot v závislosti na čase, teplotě, zkušební rychlosti, případně složení materiálu. Mechanické chování plastů závisí především na jejich struktuře. Strukturu můžeme definovat na různé úrovni. Počínaje molekulární, nadmolekulárních, přes fázové uspořádání, až po mikroskopické poruchy.
MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ Křivka napětí deformace Mechanické vlastnosti polymerů jsou velmi rozdílné a silně závislé na teplotě (Plasty)
MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ Pevnost (křehkost) je vlastnost látek odolávat vnějším silám. Také pevnost plastických hmot je závislá na vnějších podmínkách, i když lom nastává mimo oblast viskoelastického chování. Chování při porušení se řídí statistickými zákony o počtu a rozložení malých vad, které jsou zdrojem vznikajících a šířících se lomových trhlin. Skutečná pevnost polymerů je z důvodů mikrodefektů až o dva řády nižší než teoretická pevnost vypočtená z vazebných sil.
MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ Dále se u plastů zkoumá pružnost, tvrdost a tvárnost. Pružnost studuje vztah mezi deformacemi těles a vnějšími silami. Z hlediska pružnosti rozeznáváme pružná tělesa (elastická tělesa), která se působením vnější síly deformují, ale po odstranění této síly se vrací do původního stavu a nepružná tělesa (plastická tělesa), která se po odstranění vnější síly nevrátí do původního stavu.
MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ Tvrdost (měkkost) je vlastnost, vyjadřující odolnost tělesa proti vnikání cizí tělesa do jeho povrchu. Zkoumá se podobně jako u kovů. Tvárnost je míra schopnosti měnit tvar působením vnější síly při plastické deformaci bez porušení celistvosti materiálu. Tvárnost úzce souvisí s vnitřní stavbou látky, jejím chemickým složením, teplotou tvárného materiálu a druhem tvářecího procesu.
MECHANICKÉ CHOVÁNÍ PLASTŮ Protože jsou plasty velmi závislé na teplotě, zkoumají se všechny tyto vlastnosti za různých teplot. Kromě těchto vlastností je také důležité znát u plastů jejich teploty zeskelnění a teploty vzniku viskózního toku. Mechanické chování plastů má jednu zvláštnost, je závislé od času namáhání. Pro chování plastů, při působení vnější zatěžující síly, existuje rovnocennost čas - teplota. Dlouhé časy namáhání působí podobně jako vyšší teploty a naopak.
HODNOCENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ Zkoušky probíhají stejně jako u kovů na zkušebních vzorcích Příprava zkušebních těles: 1) přímo ze zkoušených materiálů příprava vulkanizací, lisováním, vstřikováním, odléváním v příslušných formách s tvarem zkušebního tělesa 2) z hotových výrobků nebo polotovarů vysekáváním nebo frézováním
LITERATURA MACEK, K., ZUNA, P. A KOL. Nauka o materiálu. ČVUT. 1999. 209 s. ISBN 80-01-01507-6 MLEZIVA, J. Polymery struktura, vlastnosti a použití. Sobotáles: Praha. 1993. ROZDĚLENÍ PLASTŮ [online]. Dostupné na: http://www.ksp.tul.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/skripta_tk p/sekce_plasty/01.htm#012 [cit. 2014-05-27]. PLASTY [online]. http://www.ateam.zcu.cz/download/plasty.pdf [cit. 2014-05-27].