Technická univerzita v Liberci, Katedra strojírenské technologie
VIP
Termoplasty Polyetylén - PE výroba : vysokotlakou polymerací – rozvětvený (LDPE, dříve rPE) - měkký nízkotlakou polymerací - lineární (HDPE, dříve lPE) – tvrdý Charakteristika - semikrystalický plast s nižší pevností a tuhostí ale s velkou houževnatostí, stupeň krystalinity 60% (LDPE) až 80% (HDPE), spotřebitelský ale i konstrukční plast, ρ = 920 – 960 kg/m3, Tg = ca. -80oC Výrobky - misky, lahve, sudy, vaničky, trubky, folie, desky, palivové nádrže (HDPE). Vzhled - vzhledem i omakem se podobá parafinu, je mléčně zakalený dá se rýpat nehtem, je lehčí než voda. Vlastnosti - mechanické nižší, σy = 15 (LDPE) - 30 MPa (HDPE). E = 100 - 800 MPa, značný kríp. Tm = 110 - 135°C a teplota použití je 80 - 100°C. Je hořlavý, odkapává. Elektroizolační a dielektrické vlastnosti jsou velmi dobré. Má nízkou odolnost proti UV záření a vlivům povětrnosti. Nenavlhá, má velmi dobrou chemickou odolnost proti kyselinám, zásadám a solným roztokům. Odolává alkoholům a rozpouštědlům, neodolává chlorovaným uhlovodíkům a částečně benzinu. Nedá se lepit. Dá se modifikovat velkou řadou přísad plnidly, omezovači šíření plamenů, kaučukem, činidly pro zesítění struktury a antioxidanty.
Polypropylen - PP PE + PP se nazývají polyolefiny. Charakteristika - je semikrystalický (stupeň krystalinity ca. 50%), středné pevný, tuhý a houževnatý materiál, ρ = 904 – 910 kg/m3. Tg = ca. -15 až -10oC. Lze ho použít i na některé technické výrobky.Často se plní vyztužujícím plnivem,hlavně skleněnými vlákny,které zlepšují jeho mechanické vlastnosti. Výrobky - lopatky ventilátoru, komponenty klimatizační jednotky, přístrojové desky, nárazníky, víka zavazadlového prostoru, vrtule, bubny a kryty praček, injekční stříkačky, folie, vlákna Vzhled - mléčně zakalený, lehčí než voda, tužší než PE, nelze rýpat nehtem. Vlastnosti - středně pevný a tuhý materiál σy = 26 - 38 MPa, E = 1100 - 1600 MPa (mechanickými vlastnostmi předčí PE). Rázová pevnost je dobrá, ale kolem 0°C prudce klesá, což je teplota Tg . Vykazuje kríp. Tm = 160-170°C teplota použití je do 130°C. Dá se vyvařovat. Je hořlavý, odkapává, elektroizolační a dielektrické vlastnosti jsou nepatrně horší než ú PE. Neodolává povětrnosti. Chemické odolnost dobrá jako u PE. Nenavlhá. Velmi dobře se dá barvit, nedá se lepit. Výrobky se vyznačují větší průhledností, než PE. Polypropylén má výhodnou kombinaci ceny a užitných vlastností, v poslední době je nárůst spotřeby v důsledku nových kopolymerů a kompozitů, podléhá však oxidaci, pod bodem mrazu homopolymer křehne, vlastnosti závisí na poměru a uspořádání monomerů, obvykle se používá ve své izotaktické, vysoce krystalické formě. Dá se modifikovat velkou řadou přísad plnidly (např. talkem, skelnými vlákny, apod.), kaučukem (reaktorová modifikace polypropylenu s elastomerem za účelem poklesu Tg je aplikována k výrobě nárazníků). • Izotaktický PP: čím vyšší podíl podíl izotaktické složky – kolem 90- 95% (vždy je ve struktuře malý ataktický podíl), tím lepší konečné vlastnosti. Možnost ovlivnit použitým katalyzátorem, podíl ataktické složky potom kolem 1%. • Ataktický PP: pružný, měkký, plastické tmely, jinak odpadový produkt • Syndiotaktický PP: vysoce průzračný, vyšší houževnatost, vysoká cena Kompozity PP - pro změnu vlastností a možností použití, snížení ceny, zvýšení užitných vlastností: 1. PP s minerálním plnivem – vápenec, talek, křída, kaolin apod., velikost částic 10 µm, vlastnosti závisí na dispegaci plniva, s rostoucím podílem plniva roste modul pružnosti, snižuje se anizotropie smrštění, výhodná nukleační činidla, klesá tažnost, houževnatost je rozdílná při nízkých (vyšší) a normálních teplotách (spíše nižší) - hranicí je obvykle 20 %, snižuje se cena, rozhraní je vlastně defektem.
2. PP s kaučukem – zvýšení houževnatosti za nízkých teplot (až do – 60 oC), posun Tg v důsledku přidání kaučuku s velmi nízkou teplotou Tg, použití EPM, EPDM (odstraněn problém s vulkanizací), je nutné vytvořit disperzní globulární systém s rovnoměrnými částicemi kaučuku (kolem 1 µm), klesá krystalinita, klesá modul pružnosti, mechanické vlastnosti. 3. PP vyztužený vlákny (krátká vs. dlouhá vlákna)– zvýšení mechanických vlastností, rozměrové přesnosti, ale i změna anizotropie a orientace, houževnatost jako u částicového plniva, závisí na množství, orientaci vláken, na soudružnosti. 4. PP binární – vyztužený jak plnivem, tak zvýšení houževnatosti i elastomerem, pevný i houževnatý PP.
Styrénově polymery - PS ,SB,ABS,SAN, ASA Charakteristika - amorfní plasty, jsou tuhé, pevné, ale bez přísad křehké a čiré. ρ = ca. 1050 kg/m3. Tg = ca. 80 až 100oC Výrobky: PS - spotřební výrobky, krabice na potraviny, víka přístrojů, hračky, hřebeny, kostry cívek pro radiotechniku, folie pro kondensátory. Používá se ve standardní formě nebo jako pěnový. SB - skříňka magnetofonů. Manipulační bedny, zásuvky k psacím stolům, desky pro tvarování, kelímky ABS - součástky automobilů – přístrojové desky, kryty a kliky dveří, mřížky chladiče, pouzdra reproduktorů, domácí přístrojů, trubky, desky, nábytkářský průmysl. SAN - nádoby mixerů, odrazová a koncová světla automobilů. Zabudováním akrylonitrilu do styrénového řetězce se značně zlepší mechanické vlastnosti. Polární charakter akrylonitrilu se projevuje ve zhoršení dielektrických vlastností a ve vyšší absorpci vody. ASA - severoameričtí výrobci automobilů nyní začínají tento materiál používat pro vnější aplikace, jako jsou mřížky větracích otvorů pod předním sklem. Aplikace SAN v automobilech zahrnují měřidla na přístrojové desce a knoflíky. Verze s vyztužením pomocí skleněných vláken byla použita automobilkou Opel pro pouzdra světlometů. Vzhled - tuhý, tvrdý, lesklý povrch, těžší než voda, bez přísad čirý. Vlastnosti - mechanické vlastností závisí na složení kopolymeru. PS σM = 32 - 60 MPa, E = 3200 MPa – nízká rázová houževnatost. SB σM = 20 - 50 MPa, E = 2000 - 3000 MPa – lepší rázová houževnatost ABS σM = 30 - 50 MPa, E = 1800 - 2000 MPa – velmi dobrá rázová houž. SAN σM = 70 - 80 MPa, E = 3600 MPa – lepší rázová houževnatost téměř nevykazuje kríp, použití do 70°C. Je hořlavý. Chemicky odolává kyselinám, zásadám, tukům, olejům, alkoholu. Neodolává rozpouštědlům, uhlovodíkům a korozi za napětí. Dá se dobře barvit, potiskovat i lepit. ABS vlivem slunečního světla křehne, takže tento materiál vyžaduje vrstvu černé barvy, aby splňoval specifikace pro odolnost vůči UV záření.
Polyvinylchlorid - PVC Charakteristika - je amorfní termoplast s vyšší pevností a tuhostí, s nižší tažností a rázovou a 3 o vrubovou houževnatostí, hlavně za nízkých teplot. ρ = ca. 1300 - 1400 kg/m . Tg = ca. 80 C Výrobky: Neměkčený - trubky pro dopravu kapalin, desky, kelímky, obaly na potraviny, izolační materiál, obložení dveří a stropu automobilů, kryty přístrojů. Měkčený - odléváním pasty hračky, folie, desky, koženky, podlahová krytina, dopravní pásy. Vzhled - nažloutlý, tuhý, tvrdý, průsvitný, měkčený - ohebný a tažný. Vlastnosti - vyšší pevnost a tuhost σM = 45 - 65 Mpa, E = 2900-3400 MPa. Má malý sklon ke krípu. T = 83°C. Teplotní odolnost je nízká, 70-80°C, trvale 60°C. Hoří obtížně, je samozhášivý. Elektroizolační vlastnosti jsou velmi dobré, dielektrické horší – vlivem polárních atomů chlóru. Odolnost vůči povětrnosti a korozi za napětí je lepší než u PE, PP. Není navlhavý. Chemická odolnost já velmi dobrá vůči kyselinám, zásadám, alkoholům, olejům a tukům, horší vůči rozpouštědlům a uhlovodíkům. Dá se dobře lepit a barvit, ale je hůře zpracovatelný - nízká tekutost a degradace.
2
Fluoroplasty - PTFE (polytetrafluoretylén) obsahují v molekule Fluor - výrazné vlastnosti, vazba C-F je velmi pevná. ρ = ca. 2100 kg/m3. Tg = ca. -80 oC Charakteristika - semikrystalický plast podobný PE, H je nahrazen F.mechanické vlastnosti závisí na stupni krystalinity, je měkký, povrch se snadno poškrábe, nejdražší plast. Výrobky: PF4 - spékáním prášku se vyrábějí těsnící kroužky.membrány, ložiska, ucpávky, z disperzí povlaky. PF3 - vstřikováním a vytlačováním součásti chemie, aparatur, membrány, trubky, folie. Vzhled - hmota voskovitého omaku, mléčně zakalená, nejtěžší plast. Vlastnosti mechanické vlastnosti závistí na stupni krystalinity a teplotě, σM = 30 - 40 MPA, E = 400 - 1600 MPa. Vykazuje kríp, rázová odolnost dobrá. Má výborné kluzné vlastnosti. Tepelné vlastnosti jsou vynikající, Tm = 327°C. Teplota použití je 250-300°C. Je zcela nehořlavý. Elektrické vlastnosti jsou jedny z nejlepších a chemická odolnost je vynikající. Neexistuje chemická sloučenina, která by jej rozpouštěla. Dobře odolává stárnutí a povětrnosti, nedá se lepit.
Polymetylmetakrylát - PMMA bloková polymerace - desky, polotovar pro tvarování suspenzní polymerace - vstřikovací a vytlačovací typ Charakteristika - je amorfní termoplast, tuhý a velmi pevný s nízkou tažností. Je to konstrukční plast. Má především výborné optické vlastnosti (dokonalá čirost), jeho výroba se však omezuje, protože je zdlouhavá a tím i nákladná. ρ = 1100 - 1200 kg/m3. Tg = ca. 85 oC Výrobky – kryty přístrojů, světlometů a ostatních světel, použít jej lze pro stropní okna aut, ochranné kryty pro svářeče, zalévací hmota Dentacryl (kapalný monomer + práškový polymer + iniciátor), vstřikované a vytlačované výrobky technického charakteru. Vzhled - dokonale čirý, tuhý, tvrdý, lesklý povrch Vlastnosti - dobré mechanické vlastnosti σM = 70-80 MPa, E = 3000 - 3300 MPa, malý sklon ke krípu. T = 80°C, teplotní odolnost 65 - 75°C. Je hořlavý, plamen šumí. Elektroizolační vlastnosti jsou velmi dobré,ale dielektrické ztráty jsou vysoké. Má velmi dobrou odolnost proti vlivu povětrnosti a UV záření. Mírně navlhá a má sklon ke korozi za napětí. Chemicky odolává slabým kyselinám a zásadám a nepolárním rozpouštědlům. V polárních rozpouštědlech se rozpouští a dobře lepí. Má velmi dobré optické vlastnosti. Po zapálení pomalu hoří, hlavně na hranách.
Polyamidy - PA v řetězci obsahují amidovou skupinu -NH-CO-, výroba polykondenzací nebo polyadicí, známe více druhů polyamidů: PA6 poly(6-hexanlaktam) - je houževnatý termoplast, tvořený lineárními makromolekulami s obsahem krystalického podílu v rozsahu 25 až 45 %, PA66 poly(hexamethylénadipamid) - oproti PA6 má asi o 20 % lepší mechanické vlastnosti a menší navlhavost, a PA11 poly(11-aminounderkanamid), PA12, které tvoří přechod k polyolefínům, protože mají z polyamidů nejnižší hustotu (1040 kg/m3) a navíc absorbují méně vody, než PA66 a je méně citlivý na změny vlhkosti. ρ = 1050 - 1200 kg/m3. Tg = ca. 30 oC (PA6) - 60 oC (PA11). Charakteristika – semikrystalický (až 60% SK), vláknotvorný plast, tuhý pevný, tažný, s výraznou mezí kluzu, vysokou rázovou houževnatostí a dobrou odolností proti nárazu. Je to konstrukční plast. Výrobky - ložiska, ozubená kola, lopatky ventilátorů, armatury, součásti praček, folie, vlákna, panely karosérií (vyztuženo skelnými vlákny), vodící pouzdra zdvihátek ventilů, spínače startérů. Vzhled - nažloutlá až nahnědlá barva, mléčně zakalený, tuhý. Vlastnosti - mechanické vlastnosti závisí na obsahu monomeru, vlhkosti a stupni krystalinity, σM = 40-30 MPa, E = 600-1400 MPa, má sklon ke krípu. Je hygroskopický, absorbce vody se dá snížit plnivy (skelná vlákna) nebo zvýšenou nukleací, po vysušení ztrácí houževnatost a tažnost. Má vysokou odolnost proti otěru a nízký součinitel tření za sucha. Tm = 200 - 250°C Trvalá teplotní odolnost je 80°C, za nepřístupu vzduchu 110°C. Obtížně hoří a po vyjmutí z plamene zhasíná. Elektroizolační vlastnosti jsou dobré, navlhnutím se snižují; dielektrické ztráty jsou vysoké. Odolnost 3
proti UV záření a vlivu povětrnosti je nižší a neodolává korozi za napětí. Odolává slabým zásadám, uhlovodíkům a rozpouštědlům. Také tukům a olejům. Neodolává kyselinám, silným zásadám a horké vodě. Zpracovatelnost a barvitelnost je dobrá.
Polyformaldehyd – polyoxymethylen (polyacetát) - POM Charakteristika - je to semikrystalický termoplast s vysokým stupněm krystalinity (až 85%), je velmi tuhý a pevný - konstrukční plast. Stupeň krystalizece se snižuje kopolymerací. Struktura (sférolity) by měla být jemnozrnná, potom je POM houževnatější, což se ovlivňuje nukleárními činidly. Vyrábí se polymerací formaldehydu. ρ = 1400 kg/m3. Tg = 50 oC - 60 oC Výrobky - vstřikováním a vytlačováním se vyrábějí technické výrobky, kloubové čepy řízení, vačky, ozubená kola, trubky, lahve pro aerosolové balení, folie, desky. Vzhled - bílý, neprůhledný, pružný, tuhý, pevný, houževnatý Vlastnosti - je velmi tuhý a pevný σM = 70 MPa, E =2800 - 3500 MPa, s vysokou rázovou houževnatostí. Součinitel tření za sucha je nízký a otěruvzdornost je velmi dobrá. Kríp je menší než u PA. Tm = 175°C, trvalá teplotní odolnost je 85 - 95°C, ve vodě 85°C. Hoři zvolna. Elektroizolační vlastnosti jsou velmi dobré, dielektrické ztráty jsou dosti nízké. Odolnost proti UV záření a povětrnostním vlivům je nižší. Navlhavost je zanedbatelná. Chemická odolnost je dobrá vůči slabým kyselinám, zásadám, alkoholům, olejům, benzinu a organickým rozpouštědlům. Špatná vůči silným kyselinám, oxidačním činidlům a horké vodě. Zpracovatelnost je horší než u PA, barvitelnost dobrá.
Polykarbonát - PC Charakteristika - amorfní termoplast, středně tuhý s vyšší pevností, není vhodný pro styk s potravinami, konstrukční plast. ρ = 1200 - 1300 kg/m3. Tg = 140 oC - 170 oC Výrobky - díly s vysokou rázovou odolností, jako jsou panely karosérií, střešní lampy a dveřní osvětlení, zadní brzdová světla. Novinkou je aplikace na boční okna automobilů. Dále se používá na tělesa holicích strojků, vysoušečů vlasů, šicích strojů, telefony, přední a zadní stěny televizorů, zásuvky, pravítka, trojúhelníky, kryty kapesních kalkulaček. Vzhled - čirý, nažloutlý, lesklý povrch. Vlastnosti mechanické vlastnosti poměrně dobré σM = 55 70 MPa, E = 2000 -2500 MPa. Rázová a vrubová houževnatost je vysoká, kríp je malý, mez únavy a otěry vzdornost je nízká. Teplota použití je do 100°C a ve vodě do 70°C. Nesnadno se zapálí. Elektroizolační vlastnosti jsou velmi dobré, dielektrická ztráty jsou nízké. Odolnost proti UV záření, vlivu povětrnosti a proti korozi za napětí je nižší. Navlhavost je velmi nízká - částečně polární charakter je příčinou navlhavosti, která sice neovlivňuje mechanické vlastnosti polymeru, ale při teplotě zpracování způsobuje jeho degradaci a rychlé zhoršení vlastností. Chemicky odolává slabým kyselinám, benzinu, olejům, neodolává zásadám, většině rozpouštědlům, uhlovodíkům a horké vodě. Barvitelnost je dobrá. Ke speciálním typům patří PC plněné krátkými skleněnými vlákny v množství až 40%. Tím se zvýší modul pružnosti až na 10000 MPa, a pevnost v tahu až na 120 MPa a ještě se sníží sklon ke krípu. Na druhé straně klesá houževnatost a zhoršuje se zpracovatelnost.
Lineární polyuretan - PUR Charakteristika - amorfní termoplast charakteru tuhé pryže. Dobrá ohebnost i za mrazu. Výrobky- těsnící kroužky, manžety, membrány, lyžařské boty, podpatky, kladky, ozubená kola, řemeny. Vzhled - jen přírodní nažloutlá barva, neprůhledný až slabě průsvitný Vlastnosti - záleží na typu (tvrdší - měkčí), σM = 40 - 55 MPa E = 10 - 600 MPa. Tvrdost 36-60 Shore D (tj. 85-98 Shore A). Tažnost a rázová houževnatost jsou vysoké jako u kaučuků. Kaučukovité chování PUR je v rozsahu teplot -40 - +120°C. Otěruvzdornost je vysoká T = 180°C, trvalá teplotní odolnost je 80°C. Teplotní roztažnost je velká. Elektroizolační vlastnosti jsou dobré, dielektrické ztráty jsou vyšší. Hoří, ale neodkapává. Je navlhavý. Odolnost proti UV záření a vlivu povětrnosti je dobrá. Chemicky odolává pohonným směsím, olejům, neodolává kyselinám, zásadám, alkoholům, uhlovodíkům a horké vodě. Zpracovatelnost je dobrá, nebarví se. 4
Reaktoplasty Fenoplasty- PF Charakteristika - fenol-formaldehydová pryskyřice s různými plnivy. Výrobky: Samotná pryskyřice- modely, bižuterie,galanterie, kování na nábytek. Lisovací hmota - technické součásti pro elektrotechniku, vypínače, jističe, stínidla, kliky dveří a oken, krabičky. Vzhled - pryskyřice čirá, žlutohnědé zabarvení, výlisky neprůhledné, tuhé, tvrdé, křehké, tmavé barvy charakteristický vzhled "bakelitu"! Vlastnosti - mechanické vlastnosti záleží na typu plniva. σM = 20 - 30 MPa, E = 6000 - 15000 MPa. Tažnost a vrubová houževnatost jsou nízké. Tvarová stálost za tepla podle Martanse je 125 - 135°C. Trvalá teplotní odolnost je do 100°C. Teplotní roztažnost je nízká. Hoří těžko a po vyjmutí z plamene zhasíná. Elektroizolační vlastnosti jsou dobré, dielektrické ztráty jsou vysoká. Odolnost proti UV záření a vlivu povětrností je dobrá, stejně tak i při korozi za napětí. Navlhavost závisí na plnivu. Chemicky odolává alkoholům, rozpouštědlům uhlovodíkům, benzinu a olejům. Neodolává silným kyselinám zásadám a horké vodě. Nejsou vhodné pro styk s potravinami. Barvy jsou tmavé.
Melaminové plasty - MF Charakteristika - melamin - formaldehydová pryskyřice s různými plnivy. Výrobky - elektroizolační součásti, kryty měřících přístrojů, součásti jističů a spínačů, regulační knoflíky, zásuvky a zástrčky, rukojeti, držadla nádobí, součásti kancelářských strojů, vrstvené hmoty v etážových lisech - umakart - nábytkářský průmysl . Vzhled - výrobky v různých barvách, neprůhledné, pěkný povrchový vzhled. Vlastnosti - mechanické, elektrické a fyzikální vlastnosti jsou velmi podobné jako u PF. Odlišnosti: Trvalá teplotní odolnost je do 110°C, navlhavost je mírně vyšší. Chemická odolnost je podobná jako u PF, ale MF navíc odolávají horké vodě a mohou přijít do styku s potravinami. Zpracovatelnost je horší než u PF, modifikuje se zlepšením tekutosti. Dobře se barví.
Aminoplasty - močovinoformaldehydová pryskyřice - UF Charakteristika - močovinoformaldehydová pryskyřice plněná bavlněnými vlákny či bělenou celulózou. Výrobky - pohárky, krabice na potraviny, kryty vysoušeče vlasů, kempinkové nádobí, lepidla. Vzhled - pryskyřice nažloutlá, výlisky neprůhledné, světlé barvy, větší tuhost než PF. Vlastnosti pryskyřice křehká, snáší nízké E = 10 000 MPa, zdravotně nezávadná, ostatní jako PF.
teploty,
lisovací
hmota
tvrdá
Polyesterové skelné lamináty - PESL Charakteristika - polyesterová pryskyřice,která je rozpouštěna ve vhodném monomeru, katalyzátoru a urychlovači. Plnivo jsou skleněná vlákna. Lisovací hmota Premix. Výrobky - laminováním nádrže na dopravy kapalin, sportovní potřeby, součásti v dopravě a letectví, židle. Lisováním kryty, podstavce, stojany, tepelně namáhané elektroizolační součásti v sériové výrobě, Vlastnosti - mechanické vlastnosti jsou v širokém rozmezí, dle druhu suroviny a plniva, jeho délky a tvaru. Lamináty σM = 130 - 550 MPa, E = 12000 - 35000 MPa Premixy σM = 20 - 30 Mpa, E = 4000 - 1500 Mpa Tvarová stálost .podle Martenz je 125 - 200°C, trvalá teplotní odolnost je 110 - 130°C Má velmi dobré 5
elektroizolační a dielektrické vlastnosti. Hoří pomalu. Velmi dobrá je odolnost proti UV záření, vlivu povětrnosti a proti korozi za napětí. Navlhavost je podle typu materiálu nízká až střední. Chemicky odolává slabým kyselinám, alkoholům, benzinu a olejům. Neodolává zásadám a chlorovaným uhlovodíkům. Zpracovatelnost je dobrá, smrštění malé.
Epoxidové hmoty - EP Charakteristika - lisovací hmoty jsou epoxidové pryskyřice s různými plnivy, jinak laky, lepidla, kompozity, Výrobky - pryskyřice kvalitní lepidla, licí pryskyřice, zalévací hmota v elektrotechnice, lisováním výrobky z lisovací hmoty podobné Primexu. Kompozity v letectví a astronautice. Vzhled - pryskyřice nažloutlá až nahnědlá. Vlastnosti - mechanické vlastnosti se mění plnivem, výborné mají kompozity s uhlíkovým vláknem. Lisovací hmoty na bázi kompozitu se proti PF, UF, HF vyznačují vysokou zabíhavostí a malým smrštěním. Výlisky vynikají rozměrovou stálostí, dobrou tepelnou odolností a vysokou pevností. σM = 50 - 80 MPa, E = 5000 - 10000 MPa. Mají vynikající elektroizolační vlastnosti a poměrně dobrou chemickou odolnost. Teplota použiti do 100°C, modifikovaná lepidla 150 - 170°C.
6
TERMOPLASTICKÉ
ELASTOMERY
Termoplastické elastomery (TPE) patří do skupiny mladších polymerních materiálů a jsou obvykle založeny na dvoufázových systémech s termoplastickou a elastomerní fází. Za běžné teploty mají vlastnosti podobné pryži, ale zpracovávají se jako termoplasty, odtud jejich název termoplastické elastomery. Pružné (elastomerní) vlastnosti lze u polymerních materiálů docílit blokovou kopolymerací tvrdých a měkkých bloků (SBS, SEBS, SEPS, …) nebo tzv. blendy-směsi termoplastu s částečně nebo vůbec nezesítěným kaučukem (např. EPDM/PP). V případě blokové kopolymerace tvoří tvrdé segmenty tzv. termoplastické domény (uzly sítě), které fungují jako fyzikální zesíťované prostory (viz obr.1d). Domény v TPE jsou daleko větší než chemické vazby tvořící uzly sítě v klasických pryžích. Domény tvrdé fáze proto působí v TPE i jako plnivo a mohou mít příznivý vliv na mechanické vlastnosti, zejména při větších deformacích. Hlavní rozdíl mezi termoplastickými elastomery a pryžemi (vulkanizujícími elastomery) je tedy ve vlastnostech uzlů sítě, které jsou u termoplastických elastomerů fyzikální povahy, zatímco u vulkanizujících elastomerů povahy chemické. Uzly sítě termoplastického elastomeru tvoří obvykle určité množství nemísitelných termoplastických domén, dispergovaných v kontinuální elastomerní fázi. Z hlediska zpracování jsou vlastnosti termoplastických elastomerů výhodné, neboť přechod z taveniny do pevného, elastického stavu je rychlý, vratný a nastává pouhým ochlazením taveniny. Při výrobě pryží musí kaučukové směsi k dosažení potřebných užitných vlastností projít složitým vulkanizačním procesem a navíc děj je nevratný. Běžné elastomery nemohou být recyklovány, neboť síťující vazby vážou celý polymer v jednu makromolekulu a zabraňují tomu, aby se materiál roztavil. V případě TPE jde o nekovalentní nebo sekundární síťové vazby mezi polymery. Při zahřátí se vazby rozpadají, tvrdé bloky měknou a materiál je schopen toku a může tak přecházet vratně do tekutého stavu a naopak. Vlastnosti termoplastických elastomerů závisí jak na vlastnostech elastomeru, tak i na poměru tvrdé a měkké fáze. Protože měkké i tvrdé domény mohou být vytvořeny polymery různého složení, struktury, vlastností a různého stupně vzájemné mísitelnosti (ovlivňující zpracovatelnost termoplastického elastomeru), existuje mnoho materiálů, které lze na základě jejich vlastností řadit mezi termoplastické elastomery. Dle typu polymerní tvrdé fáze existují TPE na bázi amidové, esterové, olefinové, styrénové nebo uretanové. Podle fyzikálních vlastností lze TPE rozdělit do třech tříd: směsi kaučuků a termoplastů, měkké a tvrdé blokové kopolymery. Termoplastické elastomery se vyznačují vynikajícími vlastnostmi, které nabízejí mnoho oblastí jejich použití v automobilovém, elektrotechnickém, stavebním, spotřebním průmyslu, apod. K těmto vlastnostem patří zejména vysoká odolnost proti otěru, vysoká odrazová pružnost, dobrá dynamická zatížitelnost, odolnost vůči olejům, tukům, rozpouštědlům, kyselinám, zásadám a detergentům, dobrá odolnost proti ozónu, UV-záření, povětrnostním vlivům, apod.
a)
c)
b)
etylén- d) butylénová síť
domény polystyrénu
Struktura polymerů (a-amorfní termoplast, b- semikrystalický termoplast, c- elastomer, d – termoplastický elastomer na příkladě SEBS)
První oblastí, v níž se termoplastické elastomery staly komerčně důležitými, byla náhrada vulkanizovaných kaučuků: tlumící vložky, dorazy dveří, dorazy k víku u přístrojové desky, apod.. Díky své vysoké houževnatosti byly některé typy termoplastických elastomerů použity i k náhradě termoplastů. Jsou určeny rovněž k vícekomponentním aplikacím (2K vstřikování, koextruze) s náročnými termoplastickými složkami jako např. PA, ABS, PC, PS, PMMA.
7
Název
termoplastický elastomer
Způsob výroby:
polymerace
Zkratka
TPE
Nadmolekulární struktura: semikrystalický
Fyzikální vlastnosti: hustota: 920- 960 kg.m-3
stupeň krystalinity:
smrštění 1,4-1,8%
Mechanické vlastnosti: modul pružnosti:
7 - 230 MPa
pevnost v tahu:
Teplotní a tepelné vlastnosti: teplota zeskelnění:
minus 40 oC
teplota tvarové stálosti:
teplota tání:
165 oC
sušení:
70 oC / 2h
Elektrické vlastnosti: dobré dielektrické a elektroizolační vlastnosti Chemická odolnost: odolává kyselinám, zásadám a za normální T organickým rozpouštědlům Zkouška plamenem: barva plamene:
dým: Ostatní
vynikající odolnost proti rázu Oblasti použití vstřikování, válcování, vytlačování Možnosti spojování lepení, svařování
8
ostatní:
ASA ABS PA PVC EP, PF PO M PBT PC PEI PET PE PM M A PPS PPO PPA PP PTFE PUR P U R (p ro R I M ) UP *
* * *
* *
*
* *
* *
*
*
*
*
*
*
* *
*
* * *
* *
*
*
*
* * *
*
*
*
*
* 9
* *
* *
*
*
*
*
*
*
*
* *
*
* *
*
*
* *
*
* *
*
* *
*
*
*
* *
*
* *
*
*
* * * *
* * * *
*
* * *
* *
* *
*
mechanismus ovládání oken
podběhy blatníky
části vodního čerpadla
těsnění
prvky pod kapotou
volant
zvuková izolace
sedadla
přístrojová deska
zpětná zrcátka
okolí volantu
světla a jeho součásti
vnitřní vybavení
kryty přístrojů
části potrubí
součásti zapalování
výplň sedaček
mřížka
řadící páka
palivové potrubí
držák palivové nádrže
přední maska
palivová nádrž
elelktrické komponenty
vnější kliky
přístrojová deska, prvky
součásti karburátoru
systém chlazení
nárazník
součásti brzd
palubní deska
kostra palubní desky
držáky, kličky
Technická univerzita v Liberci, Katedra strojírenské technologie VIP
APLIKACE PLASTŮ V AUTOMOBILOVÉM PRŮMYSLU
* *
* *
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Katedra strojírenské technologie
PŘEHLED ZÁKLADNÍCH TERMOPLASTŮ, REAKTOPLASTŮ A TERMOPLASTICKÝCH ELASTOMERŮ Luboš Běhálek „Vlastnosti a inženýrské aplikace plastů“
Liberec, 2006
