Podstawy nauki o materiałach

Podstawy nauki o materiałach 

Porównanie struktur i własności wybranych 

polimerów konstrukcyjnych © Copyright by L.A. Dobrzański, IMIiB, Gliwice 2006


Polimer jest to materiał utworzony z cząsteczek o 

charakterystycznej, łańcuchowej budowie. Złożony jest z 

powtarzających się jednostek chemicznych, zwanymi 

jednostkami strukturalnymi albo powtarzalnymi lub merami. 

Strukturę chemiczną polimeru, zwanego makrocząsteczką, 

można zapisać w postaci: 

...-A-A-A-A-A-A-... lub: 

-(-A-)n- 

gdzie: 

A - oznacza mer, 

n - liczbę merów w makrocząsteczce (stopień polimeryzacji). 




PODZIAŁ POLIMERÓW 

Podział polimerów ze 

względu na pochodzenie: 

Podział polimerów ze 

względu na własności 

reologiczne: 

Naturalne 

Syntetyczne 

Naturalne modyfikowane 

Elastomery 

Duroplasty 

Plastomery 




Samoistnie występujące w 

przyrodzie, wytwarzane w 

100% przez organizmy żywe; 

są to m.in. celuloza, białko, 

kwas nukleinowy, skrobia, 

kolagen. 

Obrazy dyfrakcyjne protein 




Całkowicie wytworzone przez człowieka, pochodzą w 100% z syntezy 

chemicznej zaczynającej się od prostych monomerów. Z najważniejszych 

zalet polimerów syntetycznych należy wymienić nieograniczone możliwości 

wzrostu produkcji z tanich i łatwo dostępnych surowców chemicznych, 

małą gęstość, dobrą zdolność izolacyjną względem ciepła, elektryczności 

i wody, dużą wytrzymałość mechaniczną oraz odporność na 

czynniki biologiczne i chemiczne. 

Surowcami do produkcji syntetycznych polimerów są węgiel, 

gaz ziemny, ropa naftowa, azot z powietrza, wodór z wody, wapienie. 

Syntetyczne związki wielkocząsteczkowe są podstawowymi składnikami 

trzech ważnych grup materiałowych: 

§ polimerów konstrukcyjnych, 

§ kauczuków syntetycznych, 

§ włókien syntetycznych. 




otrzymywane z polimerów naturalnych, które zostały 

sztucznie zmodyfikowane chemicznie, zwykle w celu zmiany 

ich własności użytkowych, np.: octan celulozy, białko 

modyfikowane, skrobia modyfikowana. 




Są to polimery, które przy małych naprężeniach 

wykazują duże odkształcenia. Charakteryzują się 

dużą sprężystością postaci, gdyż ich 

temperatura zeszklenia 

znajduje się poniżej 

temperatury 

pokojowej. 




Są to polimery, które pod wpływem naprężeń nie odkształcają się 

elastycznie. Gdy poddawane są wzrastającemu obciążeniu odkształcają 

się plastycznie (trwale) aż do mechanicznego zniszczenia, ponieważ ich 

temperatura zeszklenia jest wyższa niż temperatura pokojowa. 

Tworzywa 

termoutwardzalne 

Duroplasty 

Plastomery 

Tworzywa 

chemoutwardzalne 

Termoplasty 




Polimery można otrzymywać poprzez: 

- polimeryzację 

- poliaddycje 

- polikondesacje 




Polimeryzacja to reakcja, w wyniku, której związek 

chemiczny o małej masie cząsteczkowej zwany monomerem 

lub mieszaniną kilku takich związków reagują same z sobą 

aż do wyczerpania wolnych grup funkcyjnych w wyniku, 

czego powstają cząsteczki o wielokrotnie większej masie 

cząsteczkowej od substratów, tworząc polimer bez 

wydzielenia się produktów ubocznych. Najczęściej 

stosowanymi monomerami są związki organiczne, 

zawierające w swojej cząsteczce wiązanie podwójne. 




Polimeryzacja addycyjna (poliaddycja) jest to reakcja polimeryzacji, w których łączenie 

monomerów ma charakter reakcji łańcuchowej bez powstawania żadnych produktów 

ubocznych. Rozróżnia się polimeryzację addycyjną rodnikową, jonową (anionową, 

kationową) oraz koordynacyjną. 

Przykład reakcji polimeryzacji addycyjnej 

LEGENDA 

... + + + ... → ... 

atom węgla 

atom wodoru 

atom chloru 




Polimeryzacja kondensacyjna (polikondensacja) jest to reakcja polimeryzacji, 

w której monomery tworząc polimer tracą małe cząsteczki takie jak woda. 

Jest to proces syntezy polimeru polegający na reakcji cząsteczek związków 

chemicznych ze sobą, zawierających reaktywne grupy, przy czym 

wydzielają się małocząsteczkowe produkty uboczne, jak np. woda. 

Reakcja polikondensacji jest reakcją stopniową przebiegającą 

wolno, a często prowadzącą do ustalenia się stanu równowagi, 

który można przesunąć na korzyść powstawania polimeru przez 

usuwanie ze środowiska reakcji powstającego małocząsteczkowego 

produktu ubocznego. Metoda polikondensacji znalazła duże 

zastosowanie do syntezy poliestrów, poliamidów, polisulfonów, 

fenoplastów, aminoplastów i silikonów. 




Polimery ze względu na budowę fizyczną dzielą się na: 

LINIOWE 

ROZGAŁĘZIONE 

USIECIOWANE 




są to polimery, w których łańcuchy główne są proste 

i nie mają rozgałęzień innego rodzaju jak 

grupy boczne monomerów 

z dwoma aktywnymi wiązaniami 

np.: wysokociśnieniowy polietylen lub teflon. 




są to polimery, w których łańcuchy główne są w ten czy inny sposób 

rozgałęzione - wyróżnia się tutaj: 

Polimer bocznołańcuchowy - w którym, krótkie boczne łańcuchy są 

regularnie bądź nieregularnie rozmieszczone wzdłuż głównego łańcucha; 

Polimer rozgałęziony wielokrotnie - w którym występuje wiele 

wielokrotnych rozgałęzień, tak żeniedasię już wyróżnić głównego 

łańcucha; 

Polimer gwiazdkowy - w którym z jednego centralnego punktu 

wybiega kilka do kilkunastu "ramion" będących zwykłymi liniowymi 

łańcuchami; 

Dendrymer-są to polimery rozgałęzione wielokrotnie, ale w bardzo 

regularny sposób, tworzące struktury podobne do fraktali; 




są to polimery, które tworzą przestrzenną ciągłą sieć, 

tak, żeniedasię już w nich wyróżnić pojedynczych cząsteczek, 

zbudowane są z merów mających więcej niż dwa aktywne wiązania. 

Taka struktura zapobiega mięknięciu 

tych materiałów podczas podgrzewania. 

Są to polimery utwardzalne (duroplasty). 







Polistyren 

Poliamid 

Polipropylen 

Polimetakrylan metylu 

Poliwęglan 

Polietylen 

Poli(chlorek winylu) 

Poliacetal 

Politereftalan etylenu 

Polieteroeteroketon 

Polisiloksan 




Cechy czystego polistyrenu: 

�kruchy; 

�przeźroczysty; 

�doskonałe właściwości dielektryczne; 

�duża rozszerzalność cieplna; 

�wrażliwość na działanie 

promieniowania nadfioletowego; 

�na powierzchni polistyrenu łatwo 

gromadzi się elektryczność statyczna. 

Wkładki dystansowe z 

polistyrenu z przeznaczeniem 

dla producentów stolarki 

okiennej PVC oraz drewnianej 

TWORZYWA POLISTYRENOWE SŁUŻĄ DO PRODUKCJI: 

� rur kwasoodpornych, 

� manipulatorów, 

�części samochodów, 

�zabawek, 

�opakowań, 

�galantrii, 

�wyrobów codziennego użytku, 

�piankowych materiałów termoizolacyjnych stosowanych 

w budownictwie i chłodnictwie (np. styropianu). 




Kopolimer styren/akrylonitryl (SAN) – otrzymuje się w procesie polimeryzacji 

rodnikowej styrenu z dodatkiem akrylonitrylu w ilości 20÷30%. 

SAN jest tworzywem : 

� o niskiej udarności, 

� o niewielkim wydłużeniu przy zerwaniu, 

� odpornym na działanie czynników 

atmosferycznych, 

� łatwy w przetwórstwie. 

Stosowane są do produkcji: 

� elementów dla przemysłu 

motoryzacyjnego 

i elektronicznego, 

� do wyrobów przedmiotów 

domowego użytku, 

� opakowań. 




Terpolimer ABS – utworzony z trzech składników (styren, akrylonitryl, butadien). 

Metody wytwarzania ABS: mieszanie mechaniczne polibutadienu z kopolimerem SAN 

lub dwuetapowy proces polegający na polimeryzacji butadienu i kopolimeryzacji 

pozostałych składników. 

Komplet detali do montażu elementów kabin 

prysznicowych ABS 

Część wykonana z ABS 

Koło kosiarki do 

trawy 




Struktura poliamidu 6,6 z zawartością 

25% włókna szklanego 

Tuleje, rury i inne elementy 

wykonane z Nylatronu i Ertalonu 

H H 

N (CH ) C N (CH ) C 

Poliamidy (standardowe, specjalne, 

wysoko gatunkowe) – płyty, rury, wałki 

Granulat PA 


polimerów konstrukcyjnych © Copyright by L.A. Dobrzański, IMIiB, Gliwice 2006 

2 5 

O 

2 5 

O 

n


Zdjęcie struktury 

lewarka z PA 66 

cieplnie 

stabilizowanego 

Zdjęcie struktury pręta o 

średnicy 15 mm z PA 66 

Zdjęcia struktury spawanych 

części z POM i PA66 

Zdjęcie struktury zbiornika 

chłodnicy z PA 66 




Obudowa wiertarki 




Samochodowy 

kolektor 




Rolka toczna z PA 6 

Tuleja redukcyjna z PA 66 

Koło podziałowe sterujące z 

Płaski filtr z PA 

Uchwyt z PA 66 CF 20 

Kołnierz zaworu z PA 6 

Pierścień uszczelniający z PA 6 

Korpus mocująco – ustalający z PA 6 

Porównanie PA 6G + MoS2 struktur i własności Uchwyt skrobaka wybranych 

z PA 6 GF 30 



Próba palności gumy 

silikonowej 

Stojan elektrycznego silnika 

klasy H z izolacją silikonową 

Pokrywanie izolatora 

trwałą powłoką z 

kauczuku silikonowego 

Transformator z olejem 

silikonowym 




Zestaw do narkozy z 

wykorzystaniem kauczuków 

Uszczelki z gum 

silikonowych 

wulkanizujących na gorąco 


silikonowych typu LSR 



Płyta CD z PC 

Elementy wykonane z PC 

Konstrukcja tablicy 

rozdzielczej ze stopu 

polimerowego PC + ABS 

Oszklenie szklarni z PC 

Oprawki okularów z PC 




Obudowa 

lampy 

Obudowa telefonu 

komórkoweo ze 

stopu polimerowego 

PC + ABS 

Zawór bezpieczeństwa aparatu 

oddechowego 

Obudowa ksero z PC 

Porównanie Obudowa struktur drukarki z PC i własności wybranych 



Gałki, pokrętła, uchwyty, rękojeści 

do maszyn i urządzeń z 

Polipropylen napełniony włóknem szklanym 

(powiększenie 600x) 

Granulat PP 

Podkładki wyrównujące do szybkiego 

montażu z polipropylenu 

Porównanie polipropylenu struktur i własności wybranych 



Struktura ziaren poli(chlorku winylu) 




Rurki i wałki z PMMA 




Zdjęcie struktury śruby z materiału POM czarny 


elementu wykonanego 

z POM 

Zdjęcie struktury łańcucha 

przekaźnika z POM 


klamki okiennej z 

POM kolorowego 




części włącznika 

światła z POM 


Zdjęcia struktury 

przekładni z POM 

naturalnego 


przekładni z POM 

Zdjęcie struktury części 

blokady bezpieczeństwa z 

POM czarnego 




Sworzeń z PEEK 

Koło zębate z PEEK 

O 

C O O 

Zębnik transportujący z 

PEEK MT (kolorowy) 

Krzywoliniowa szyna ślizgowa 

PEEK PVX (czarny) 


polimerów konstrukcyjnych © Copyright by L.A. Dobrzański, IMIiB, Gliwice 2006 

n








Rury z poliamidów z wnętrzem z PE 

Ślimaki z PE 10 




Fragment wieńca zębatego 

sortującego z PE - 500 

Porównanie Zespół linii rozlewniczej struktur z PE i własności 10 

wybranych 












SINTIMID 

TECALOR 

TECAPEEK 

TECASON 

TECETRON 

TECAFLON 

Wytrzymałość [MPa] 

0 50 100 150 

TECALOR-(PI) Poliimidy termoplastyczne 

SINTIMID-(PAI) Poliamidoimidy 

TECAPEEK-(PEEK) Polieteroketony 

TECETRON-(PPS) Polisiarczki fenylenu 

TECAPEI-(PEI) Polieteroimidy 

TECASON-(PSU) Polisulfony 

TECAFLON-(PTFE) Polimery fluorowe 

TECALOR 

SINTIMID 

TECAPEEK 

TECAFLON 

TECETRON 

TECASON 

Temp użytkow ania 

0 100 200 300 400 




120 

100 

80 

0 

C 60 

40 

20 

0 

Max temperatura pracy ciągłej 

PA 6 PA 12 PA 66 PS SAN PET 




SAN 3500-3900 

SAN 3500-3900 

PVC-C 3400-3600 

PMMA 3100-3300 

PS 3100-3300 

POM-H 3000-3200 

POM-R 2800-3200 

PA 66 2700-3200 

PA 6 2600-3200 

PEEK 3000 

PVC-U 2700-3000 

PBT 2500-2800 

PC 2300-2400 

PET 2100-2400 


PA 12 

polimerów konstrukcyjnych 

1300-1600 

© Copyright by L.A. Dobrzański, IMIiB, Gliwice 2006


PC 30-75 

PS 30-70 

PP 50-65 

PA 66 60 

SAN 40-50 

PMMA 40-50 

SAN 40-50 

POM-H 38-50 

PVC-U 35-50 

PA 12 45 

PET 25 

PEEK 20 




PEEK 343 

PTFE 327 

LCP 280 

PA 66 223-260 

PA 6 220-223 

PET 220-223 

PA 12 173-183 

POM-H 175 

PP 160-163 

PE 10 130-135 

PE 130 

0 C 



0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0 

1 

1,6 

1,4 

1,2 


1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0 

Gęstość (g/cm3) 

PS SAN ABS PA 6 PA12 PA 

66 

PC PE 

80 

PE 

100 

Gęstość (g/cm3) 

PP PVC- PVC-PMMAPOMPEEKPET 

PBT LCP 

Porównanie struktur 

U 

i własności 

C 

wybranych

Podstawy nauki o materiałach

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?