Polymerní materiály používané v polygrafii 2. Vlastnosti polymerů

1. Polymerní materiály používané v polygrafii 2. Vlastnosti polymerů Licenční studium „Moderní technologie v polygrafii“ 2006/2007 prof. RNDr. Marie Kaplanová, CSc.

2. l0 l0 Dl s s Merchanické vlastnosti: ideální elastická deformace • dokonale vratná a okamžitá, „kovová“ • mezi napětím a relativní deformací je přímá úměrnost, vyjádřená Hookeovým zákonem E – Youngův modul pružnosti G– smykový modul pružnosti e = Dl/l0 ZFP9

3. s s0 t e s t Ideální elastická deformace Hookeův model kovová pružina ek = D0 s0 ZFP9

4. Ideální viskózní tok • toková deformace • při konstantním napětí deformace s časem roste • deformace je nevratná, plastická • rychlost deformace je úměrná působícímu napětí v souhlase s Newtonovým zákonem ZFP9

5. s s0 t ep s t Ideální viskózní tok Model píst pohybující se ve viskózní kapalině o viskozitě   ZFP9

6. Viskoelastická (zpožděně elastická) deformace • pro viskoelastické chování je charakteristická časově zpožděná reakce na okamžité působící vnější napětí (retardace deformace, relaxace napětí) • časová závislost deformace je složitou funkcí, charakteristickou pro stav polymeru • časově proměnný charakter deformace je určen krípovou funkcí Dv(t) (časově závislá tahová poddajnost) ZFP9

7. s s0 t ev e sv t t t Viskoelastické chování creep relaxace napětí e0 sv= Ev(t)e0 ev= Dv(t)s0 krípová funkce časově proměnný modul pružnosti ZFP9

8. Celková relativní deformace celková relativní deformace e při působení konstantního napětí s0 + + elastická viskoelastická plastická e = ek+ ev + ep ZFP9

9. Pět oblastí viskoelastického chování lineárních amorfních polymerů • deformační chování polymerů při různých teplotách lze charakterizovat měřením modulu pružnosti v závislosti na teplotě • protože viskoelastické chování je spojeno s časově proměnným modulem pružnosti, při teplotních závislostech musíme porovnávat jen hodnoty E měřené ve stejném časovém intervalu od začátku deformačního namáhání polymeru • průběh E(T)t= konst.závisí na chemické struktuře polymeru, molekulové hmotnosti, referenční době měření a dalších podmínkách ZFP9

10. PMMA Tg Tf t = 10 s Pět oblastí viskoelastického chování lineárních amorfních polymerů ZFP9

11. Mechanické zkoušky • mechanickými vlastnosti polymerů rozumíme komplex vlastností, které polymery vykazují pod vlivem vnějších mechanických sil • účinkem působení těchto sil jsou deformační změny, jejichž velikost a charakter závisí na stavu polymeru a způsobu jeho namáhání • mechanické vlastnosti polymerů zjišťujeme pomocí deformačních zkoušek, v nichž vyhodnocujeme vliv čtyř proměnných veličin: relativní deformace e,g napětí s,t čas t teplota T ZFP9

12. Typy deformačních zkoušek dynamické statické harmonické s,e ~ sint, cos t viskoelastické creep e = f(t)T,s relaxace napětí s = f(t)T,e neharmonické (cyklické) pracovní křivky s = f(e)T,t termomechanické e = f(T)t,s speciální (pevnost ve smyčce a uzlu, únavové zkoušky) ZFP9

13. Pracovní (tahové) zkoušky s = f(e)T,t Instron 5542 měření závislosti napětí na deformaci při konstantní rychlosti deformace Instron 5800 ZFP9

14. Pracovní (tahové) zkoušky s = f(e)T,t mez pevnosti horní mez kluzu dolní mez kluzu mez pružnosti mez tažnosti, tažnost oblast pružné deformace tga1 = E1 pracovní křivka amorfního polymeru ZFP9

15. plocha pod křivkou = trhací práce, měrná deformační práce Pracovní (tahové) zkoušky s = f(e)T,t ZFP9

16. Tvar pracovní křivky amorfních polymerů závisí na teplotě (ve vztahu k Tg a Tf) PVC Tg= 70°C rychlosti deformace) ZFP9

17. Tvar pracovní křivky polymeru závisí na polymeračním stupni (A: 1 500, B: 2050, C:2 600) na historii vzorku (např. na dloužení vláken; l = l/l0 stupeň dloužení ) ZFP9

18. Měření pracovních křivek na „trhačkách“ INSTRON ZFP9

19. Vlastnosti elektricky nevodivých polymerů • elektrické izolanty, dielektrika • elektrické vlastnosti jsou studovány: • ve stacionárním poli (měrná objemová a povrchová vodivost, elektrostatická indukce náboje na povrchu, dielektrická pevnost) • ve střídavém elektrickém poli (komplexní dielektrická konstanta, dielektrický ztrátový faktor) • elektrické vlastnosti polymerů závisí: • na chemické struktuře, • fázovém stavu, • přítomnosti a vlastnostech aditiv ZFP9

20. Polarizace polymerních dielektrik • vložením dielektrika do elektrického pole, začne na elektricky nabité částice působit síla – intenzita elektrického pole • elektricky nabité částice v polymeru nejsou volně pohyblivé, ale mohou se do jisté míry (spolu se segmentem řetězce) posouvat ve směru působící síly - kladnéve směru intenzity, záporné proti směru intenzity elektrického pole • elektrické pole uvnitř dielektrika se tím zeslabí • tento jev nazýváme dielektrickou polarizací ZFP9

21. – + + – – + + – – – + – + + + – + – – + – + + – + – + – – + + – – – – + + + + – – + – + – + – + + – Polarizace dielektrika ZFP9

22. Elektrostatický náboj – triboelektrický jev • u polymerů s velmi malou měrnou vodivostí (< 10-6 S/m) lze pozorovat elektrostatické nabíjení povrchových vrstev vyvolané mechanickým třením: triboelektrický jev • statický povrchový náboj je jen pomalu odváděn do objemu vzorku díky malé objemové vodivosti polymeru • elektrostatický potenciál na povrchu nevodivého materiálu může dosahovat vysokých hodnot (řádově až 106 V) ZFP9

23. Triboelektrický jev Triboelektrický jev závisí na chemickém složení materiálů, kvalitě a velikosti třecích ploch, na rychlosti vzájemného pohybu, na teplotě a vlhkosti. ZFP9

24. Triboelektrický jev • při vzájemném tření dvou polymerů se obvykle nabíjí kladně ten, který má vyšší relativní dielektrickou konstantu • při tření vzorků téhož polymerů dochází rovněž k nabíjení povrchů, přičemž polarita závisí na vlastnostech jejich povrchových vrstev • podle polarity triboelektrickým jevem nabíjejících se povrchů různých materiálů jsou sestavovány triboelektrické řady ZFP9

25. Triboelektrická řada ZFP9

26. Statická elektřina • potlačení triboelektrického jevu v polymerech: • zvýšení povrchové vodivosti polymerů (antistatické přípravky, aviváž, povrchově aktivní látky) • zvýšení objemové vodivosti polymerního materiálu (elektricky vodivé příměsi, aditiva) • uzemnění kontaktních míst, kde dochází ke vzniku povrchového náboje na strojích • likvidace statického náboje pomocí ionizačních tyčových elektrod nebo jiných zařízení • statická elektřina v polygrafické výrobě pozitivní vliv(elektrostatická podpora tisku, stohování,…) negativní vliv(statické nabíjení papíru, problémy potisku polymerních materiálů,…) ZFP9

27. Statická elektřina v polygrafické výrobě • při pohybu papíru nebo polymerních fólií (vzájemném nebo vůči částím tiskového stroje nebo dokončovacího zařízení) dochází ke vzniku povrchového statického náboje • nabité archy papíru se podle polarity povrchu buď lepí k sobě nebo vzájemně odpuzují • velikost statického náboje závisí také na vlhkosti ovzduší odstranit elektrostatický náboj z pohybujícího se materiálu = dodat materiálu částice opačné polarity a tím náboj neutralizovat ZFP9

28. Statická elektřina v polygrafické výrobě • elektrody pro kompenzaci statického náboje obsahují emisní hroty, které emitují kladně nebo záporně nabité ionty směrem k vybíjenému materiálu • pro napájení se využívá buď střídavého napětí u elektrod ionizačních nebo stejnosměrného napětí pro elektrody kompenzační • ionizační elektrody musí být nejdále ve vzdálenosti 20 mm od materiálu, kompenzační do vzdálenosti 100 mm • pokud tuto vzdálenost nelze dodržet, používají se elektrody se vzduchovými tryskami, kde proudící vzduch napomáhá transportu emitovaných iontů z hrotů elektrod směrem k materiálu ZFP9

29. Statická elektřina v polygrafické výrobě • kromě emisních hrotů se používají také vybíjecí hroty pasivní (bez napětí), které jsou uzemněny; pasivní hroty mohou snížit elektrostatický náboj nejvýše o 20 % • ionizační elektrody jsou napájeny vysokým střídavým napětím 5 kV, 50 Hz, účinná ionizace nastává až pro hodnoty napětí vyšší než 2,5 kV při dané frekvenci jsou časové intervaly (100x za vteřinu), kdy k ionizaci nedochází)  na rychle se pohybujícím pásu papíru (pro rychlost nad 10 m/s) jsou „pruhy nevybitého povrchu“ musí se použít elektrody se stejnosměrným zdrojem ZFP9

30. Použití elektrostatické podpory tisku • nakladače a vykladače archových strojů (ionizační foukací hlavy a tyčové elektrody) • snášení a skládací stroje (cílené nabíjení zaručuje odstranění vzduchových kapes, pevnější strukturu stohu) • v systémech odprašování po tisku • podpora vlhčení pásu papíru v rotačkách po sušení za horka před dalším zpracováním • u sítotiskových strojů napomáhá odstraňování prachu z potiskovaného materiálu • zlepšení přenosu tiskové barvy odstraněním povrchového náboje na polymerních fóliiích před tiskem (koronový výboj, elektrostatická úprava) ZFP9