PLASTIDE FÜÜSIKALISED OMADUSED

1. PLASTIDE FÜÜSIKALISED OMADUSED

2. POLÜMEERIDE FÜÜSIKALISED OMADUSED • Madalmolekulaarsetel ainetel esineb 3 agregaatolekut: tahke, vedel ja gaasiline. Agregaatolekut iseloomustab aine molekulide soojusliikumise laad ja pakkimistihedus. Samal ajal eristatakse nendel ainetel 3 faasi: kristalliline, vedel ja gaasiline. Aine faasi määrab aine struktuur s.t. molekulide asetus aines. Gaasiline agregaatolek ja gaasiline faas langevad praktiliselt kokku. Tahkes agregaatolekus olevad ained võivad olla aga nii kristallilises kui ka vedelas faasis. Kristallilisele faasile on iseloomulik molekulide või aatomite korrapärane paigutus. Vedelas faasis oleval ainel aga puudub korrapärane kristallvõre. Samas võib vedelas faasis oleva aine molekulide või aatomite pakkimistihedus olla sama suur kui kristallilises faasis. Et molekulid (või aatomid) on tihedalt üksteise vastas, siis puudub neil võimalus oma asendit meelevaldselt muuta ja seetõttu ei saa ka aine muuta oma kuju nagu vedelik. Sellist olekut nimetatakse amorfseks olekuks ja ainet amorfseks aineks. • Vedelas faasis on siis ained oma sulamistemperatuuri ületavatel temperatuuridel ning amorfsed ained. Vedelas agregaatolekus on ainult need vedelas faasis olevad ained, mille temperatuur on kõrgem sulamistemperatuurist.

3. Vedela aine üleminekul tahkeks võib toimuda kristalliseerumine s.t. üleminek kristallilisse faasi (faasisiire) või klaasistumine, mille korral faasisiiret ei toimu, vaid vedelik läheb amorfsesse olekusse. Madalmolekulaarsete ainete kristalliseerumine toimub alati kindlal temperatuuril. Sellest temperatuurist madalamal on aine kristallilises faasis, kõrgemal vedelas faasis. Klaasistumine ilmneb vedeliku allajahtumisel. Viimasega kaasneb viskoossuse suurenemine ja soojusliikumise energia vähenemine. Kui viskoossus tõuseb väärtuseni 1013P, mis vastab tahke aine viskoossusele, siis loetakse vedelik tahkunuks ja klaasistunuks. Temperatuuri, mille korral amorfse aine viskoossus on 1013P, nimetatakse seepärast klaasistumistemperatuuriks. Klaasistumisel asenduvad vedeliku omadused tahke aine omadustega. Omaduste muutumine ei toimu aga hüppeliselt nagu kristalliseerumisel, vaid sujuvalt teatavas temperatuuri vahemikus. Klaasistumistemperatuuriks loetakse keskmist temperatuuri sellest vahemikust. Kõrgmolekulaarsetel ainetel sealjuures polümeeridel on keemistemperatuur väga kõrge ja üldjuhul kõrgem nende ainete lagunemistemperatuurist. Seetõttu ei ole polümeere võimalik viia gaasilisse olekusse.

4. Polümeeri termiline käitumine • Määrav on polümeersete molekulide kuju (lineaarne, hargnenud, ristseotud) • Liigitatakse – termoplastid; termoreaktiivid; elastomeerid (kummid); termoplastsed elastomeerid (elastoplastid).

5. TERMOPLASTID • Lineaarsed või hargnenud polümeerid – pöörduvalt kuumenemisel pehmenevad ja jahtumisel tahkenevad. • Lahustuvad ja jõu mõjul roomavad, sõltuvalt struktuuri korrapärasusest kas amorfsed või poolkristallilised. • Amorfsed termoplastid: • Ebakorrapärane struktuur • näited: PMMA,PS,PVC,kopolümeerid, tavaliselt läbipaistvad (lisanditeta) • Sõltuvalt T kas klaasiolekus (olek kasutamisel), kummiolekus või sulas olekus. • Iseloomulik on klaasistumistemperatuur (klaasiolekust kummiolekusse ja vastupidi (15-30 kraadi) • Üleminek kummiolekust viskoosseks sulamiks on sujuv veeldumine

6. Poolkristallilised (kristalliinsed) termoplastid: regulaarne keemiline ja ruumiline struktuur koosnevad kristallidest, mis on eraldatud amorfse osaga näited: HDPE, LDPE, PP, PET iseloomulik kristallide sulamistemperatuur, üleminekutemperatuur (10-20 kraadi), vastupidine protsess – kristallumine (15-30 kraadi) kristalliinsus mõjutab omadusi: suurem tihedus, tugevus, jäikus, kõrgem pehmenemistemperatuur, väiksem läbipaistvus.

7. TERMOREAKTIIVID – RISTSEOTUD POLÜMEERID • Ruumilise võrestikstruktuuriga tiheda ristseotusega polümeerid. • Ristsidumine keemilise reaktsiooniga on pöördumatu ja toimub kõvenemisel koos toote vormimisega. • Põhiomadused: ei pehmene ega sula kuumutamisel lahustis ainult punduvad Jäigad ja haprad ebaregulaarse struktuuriga kuumusekindlamad, ei rooma, taluvad pikaajalist koormust taaskasutamine pole võimalik

8. Elastomeerid ja kummid • Tunnuseks on suur taastuv entroopia – elastne deformatsioon. • Põhitunnused: • Väga kõrge molekulmass (mõni miljon) • Väga painduv, keerdunud, kuid kergesti sirgeks tõmmatav • Väga madala üleminekutemperatuuriga (kuni 100 kraadi) • Amorfne polümeer • Kummi on harvalt ristseotud elastomeer- termoreaktiivne (ei pehmene), ristsidumine (vulkaniseerimine) likvideerib täielikult ahelate libisemise (plastsuse) ja annab täieliku kummielastsuse. • Kummi jäigastub, kui ristsidemeid on palju • Soojendamisel tõmbub kokku

9. Termoplastsed elastomeerid • Molekulaarse struktuuri aluseks on plokk-kopolümeerid. • Termoplastsus – kõrgemal temp. kõvad termoplastsed plokid pehmenevad ja saab vormida kui termoplaste. • Kasutamise temp. Tahkunud kõvad plokid armeerivad struktuuri (ristsidumine), pikad elastomeersed plokid annavad kummielastsuse. • kasutamine: vormitooted, sulamliimid, rõhutundlikud liimid jne.

10. Polümeerid võivad olla ainult vedelas või tahkes agregaatolekus, viimasel juhul kas kristallilises faasis või amorfses olekus. • Tavaliselt polümeerid ei ole perfektselt kristallilised ja sisaldavad ka amorfset osa. Seetõttu tuleks polümeeride korral kasutada mõistet kristalliinsus. • Kristalliseerumisvõimelt jagunevad plastid: kristalliinsed, mille korral kristalliinse osa määr ulatub kuni 95% ja amorfsed, mille korral kristalliinne osa täielikult puudub või on väike

11. KRISTALLIINNSUS JA AMORFSUS • Kristalliinsete plastide korral polümeeride pikad makromolekulid võivad paigutuda osaliselt seaduspärasteks moodustisteks, mida nimetatakse kristalliitideks. Iga kristalliit toimib ruumilise tervikuna mehaaniliste jõudude rakendumisel plastile. Väljaspool kristalliite olev polümeer on amorfses olekus. • Vastavalt kristalliitide paigutusele eristatakse mitsell- ja lamellkristallisust. Sferuliidid on kuni 1 mm läbimõõduga kristalliitidest tekkinud moodustised, milles lamellkristalliidid on jaotunud sferuliidi raadiuse suunas. • Kristalliitide moodustumine sõltub polümeeride makromolekulide ehitusest: sirgahelaga ilma kõrvalrühmadeta kristalliseeruvad kergesti; kõrvalrühmad ja nende asetus mõjutab kristalliinsuse astet eriti suurel määral. Plastide mehaanilised omadused sõltuvad suurel määral kristallisatsiooniastmest. • Plast on amorfne kui tema polümeeri makromolekulide paiknemisel ei ole korrapärasust: molekulid on üksteisest läbipõimunud. Kuuma amorfse plasti jahutamisel muutub ta esmalt vedelikulaadsest ainest kummilaadseks ning edasisel jahutamisel jäigaks klaasitaoliseks aineks.

12. POLÜMEER Polüeteen Polütetrafluoroeteen Polüpropeen Polüetüleentereftalaat Polüamiid polüisobutüleen Kristallisatsiooniaste % 95 88 80 60 50 20 KRISTALLISATSIOONIASTE

13. TERMOMEHAANILISED KÕVERAD • Plastide mehaanilisi omadusi kirjeldab hästi deformatsiooni sõltuvus temperatuurist konstantse koormuse korral. Graafiliselt esitatuna nimetatakse neid sõltuvusi termomehaanilisteks kõverateks. • Polümeerse materjali lihtsustatud termomehaanilisel kõveral eristuvad kolm piirkonda, mis vastavad aine järgmistele olekutele: klaasjas ehk kristalne olek elastne olek plastne ehk voolav olek Klaasistumistemperatuur – temperatuur, mille juures plastid lähevad klaasjast olekust elastsesse olekusse. Voolamistemperatuur – temperatuur, mille korral plastid lähevad elastsest olekust voolavasse olekusse. Enamik plastitöötlusmeetodeid baseerub plasti vormimisel tama plastses ehk voolavas olekus.

14. TEHNILISED OMADUSED • Mehaanilised omadused • Venituskatse ehk tõmbeteim • Tõmbepinge purunemisel • Tõmbedeformatsioon • Tõmbeelastsusmoodul ehk Youngi moodul • Survekatse • Tugevus • Charpy meetod • Izod meetod • Väsimus • Väsimuspiir • väsimustugevus • Kõvadus • Rockwelli meetod • Shore meetod • Hõõrdumine • Kulumiskindlus

15. Termofüüsikalised omadused • soojus/külmakindlus • soojusjuhtivus • soojuspaisumine • Elektrilised omadused • eri-ja pinnatakistus • dielektriline läbitavus • Optilised omadused • läbipaistvus • Keemiline vastupidavus • Süttivus ja tulekindlus • Toksikoloogilised omadused

16. TEHNOLOOGILISED OMADUSED • Tehnoloogilised omadused ilmnevad plastide töötlemisel ning seetõttu omavad olulist kaalu töötlemismeetodite ja tingimuste valikul: • Voolavus • Sulaineks (MFR) • Niiskus ja lenduvainete sisaldus • Termofüüsikalised omadused • Temperatuurijuhtivus M2/sek • Erisoojus J/kgK • Soojusjuhtivus W/mK • Termostabiilsus • Oksüdatiivne degradatsioon • Termotundlikud plastid (PVC,PA) • Vähetermotundlikud plastid (PE,PP,PS,PMMA,PC) • Mehhaanilistest mõjudest tingitud degradatsioon • Hüdrolüüs • Granulomeetriline koostis • Tehnoloogiline kokkutõmme

17. REOLOOGIA • Reoloogia on teadus, mis uurib viskoossete vedelike voolamise ja deformatsiooni küsimusi. • Ideaalne vedelik ei paku vastupanu nihkejõududele • Njutoniaalne vedelik – vedelik, mille viskoossus ei sõltu voolamise kiirusest ning mille voolamist kirjeldab Newtoni seadus viskoosse voolamise kohta – nihkekiirus on võrdeline nihkepingega. • Reaalsed vedelikud – vedelikud, mille näiv viskoossus sõltub voolamise kiirusest ehk nihkepinge ja nihkekiiruse sõltuvus ei ole lineaarne: • Plastilised vedelikud, mille voolamise tekitamiseks peab olema mingi algpinge • Pseudoplastilised ja diletantsed vedelikud, mille nihkepinge ja nihkekiirusesõltuvus ei ole lineaarne kuid see ei sõltu nihkepinge mõjumise ajast • Taksotroopsed ja reopleksed vedelikud, mille nihkepinge ja nihkekiiruse mittelineaarne sõltuvus omab ka ajalist sõltuvust • Plastid käituvad pseudoplastiliste vedelikena.

18. Viskoossete vedelike voolamist kirjeldavad hästi: • Voolamiskõverad – nihkepinge logaritmiline sõltuvus nihkekiirusest • Viskoossuskõverad – näivviskoossuse logaritmiline sõltuvus nihkekiirusest • Nihkekiiruse väärtused • Vaba voolamine 1 • Rotatsioonivalu 10-50 • Pastade pumpamine 100 • Segamine 1000 • Pseudoplastsevoolamise põhjused: • Makromolekulide orientatsioon voolamise suunas, mis vähendab takistust • Nihkepingete suurenedes toimub makromolekulide struktuuriliste agregaatide lagunemine, millega kaasneb takistuse vähendamine • Viskoossus sõltub: • Temperatuurist • Molekulivahelistest jõududest • molekulaarmassist