Mtil li iMateriale polimericeşi compozite - TSOCM · • ambalaje, recipienti pentru industria...

1

M t i l li i iMateriale polimerice şi

compozite

Conf dr ing Paul StănescuConf.dr.ing. Paul Stănescu

Tel: 021.402.2710

e-mail: [email protected]

2 ore curs+2 ore lab / sapt

Laborator – 7 şedinţe de câte 4 ore –alternativ, la 2 săptămâni

Prezenţa obligatorie

Evaluare:

25% laborator (25 puncte)25% lucrare (25 puncte) - Luni XX noiembrie50% examen (50 puncte)

2

De ce polimeri ?

Polimerii si aplicatiile acestora

• ambalaje, recipienti pentru industria alimentarã

3


• constructii


• automobile (autovehicule)

4



• Ambarcatiuni usoare

5


• industria aeronauticã si aerospatialã


• electronicã si electrotehnicã

6


• medicinã


• material sportiv

7


• banii nostri de toate zilele

Str Gheorghe Polizu, nr 1-7, Corp A, etj 1

8

De ce polimeri ?

- o foarte mare varietate → proprietăţi diferite (chiar contrare)aplicaţii în toate domeniile de activitate

- preţuri şi proprietăţi comparabile cu restul materialelor, lagreutăţi foarte reduse

- temperaturi de topire inferioare / în general solubili în solvenţiadecvaţi → prelucrare facilă prin diferite metode → se poateobţine orice formă a produsului final

Dezavantaje

- sursă importantă de poluare a mediului

- (tendinţa – biodegradabil / reciclare)

- combustibile (majoritar)

Polimer ?

din greacă: polis – mai multe / meros - părţi

Polimeri = molecule mari (macromolecule) formate prin legareaPolimeri molecule mari (macromolecule) formate prin legareaîmpreună, prin legături covalente, a unui mare număr de moleculemici (monomeri).

Unitate structurală = gruparea de atomi care se repetă de-alungul lanţului polimer (în cele mai multe cazuri este identică cumonomerul)

Grad de polimerizare = numărul de unităţi structurale dintr-ocatenă polimeră.

n M → (US)n

n A + n B → (US)n

9

Structura chimică

Pe lângă unitatea structurală (componenta majoritară) cateneleconţin grupe terminale, ramificaţii, grefe, catene reticulate,defecte de catenă, etc.

Toate acestea sunt determinate în principal de procesul de sintezăşi influenţează comportamentul chimic al polimerului

Atomi ce se regăsesc în structura polimerului:

în catena principală

Monomeri posibili

Doar molecule susceptibile a se lega cu cel puţin alte două molecule (a se înlănţui)

H2C CH2 H2C CH

CH3

H2C CH

Cl

H2C CH H2C CH

OCOCH3

CH2 CH

X

n

H2C CH CH CH2 H2C CH C CH2 H2C CH C CH2 CH2 CH C CH2 n

a) Molecule cu dublă legătură C=C – se pot înlănţui între ele

2 2 2 2

CH3

2 2

Cl

2 2

X

n

!!! Nu toate moleculele cu dublă legătură C=C polimerizeazăCl2C CCl2 F2C CF2

NU DA

Formulele au caracter informativ – nu trebuie reţinute

10

Monomeri posibili

b) Molecule polifuncţionale - cel puţin două funcţiuni capabile să reacţioneze între ele

- o singură moleculă cu două funcţiuni diferite

n H2N─R─COOH → ─(NH─R─CO)n─ + n H2O

- două molecule diferite, fiecare cu două funcţiuni (de obicei identice)

n H N─R─NH + n HOOC─R’─COOH →n H2N R NH2 + n HOOC R COOH →

─(NH─R─NH─CO─R’─CO)n─ + 2n H2O


Clasificare polimeri

1. Domeniul de utilizare (în strânsă legătură cu proprietăţile)

a) Materiale plastice = în sensul în care se pot utiliza camateriale de construcţii, ca şi înlocuitori pentru metale, lemn,piatră, sticlă, materiale ceramice

b) Cauciucuri = comportament mecanic viscoelastic diferit –proprietăţi elastice (elastomeri)

c) Fibre = doar anumiţi polimeri (sortimente ale acestora) sepretează filării (tragerii în fire)

d) Adjuvanţi – în general dispersii sau soluţii: adezivi, lacuri şivopseluri, aditivi (mai puţin cunoscuţi)

11

De ce tipuri diferite de materiale polimerice?

Mărimea care le diferenţiază: energia de coeziune = suma forţelor fizice de atracţie dintre macromolecule.

ÎÎn cazul compuşilor cu moleculă micăenergia de coeziune = energia necesară trecerii dintr-o stare de

agregare în alta (λtopire, λvaporizare).

În cazul polimerilorenergia de coeziune → corespunde unui segment de catenă cu

lungimea de 5Å = energie de 5Å (E5Å)lungimea de 5Å energie de 5Å (E5Å)

Valorile E5Å pentru polimeri:• - 1-2 kcal/mol - elastomer• - 2-5 kcal/mol - material plastic• - >5 kcal /mol - fibra


2. Modul de obţinere

a) Polimeri naturali :

◘ Ca atare:- cauciuc natural- celuloza (lemn, bumbac)

◘ Sintetizaţi de “vieţuitoare”:- mătase – vierme de mătase (Gly-Ser-Gly-Ala)

păianjenli i l i i i i

b) Sintetici: - identic natural- diferiţi de cei naturali

- poliesteri termoplastici - microorganisme

c) Artificiali: - au ca bază polimeri naturali, modificaţi chimicFormulele au caracter informativ – nu trebuie reţinute

12


3. Funcţie de comportarea termică:

a) termoplastici - polimeri solizi la temperatura ambiantã (în domeniul de utilizare) care pot fi topiţi prin încãlzire şi resolidificaţidomeniul de utilizare), care pot fi topiţi prin încãlzire şi resolidificaţi prin rãcire, fără a fi în pericol de reticulare.Aceste cicluri topire/solidificare pot fi repetate (teoretic) la infinit. Acesti polimeri pot fi reciclati.

PE, PP, PVC, PS, PET, PA, PC

b) termoreactivi (răşini polimerice) - polimeri ce reticulează la cald sau în prezenţa unui agent de reticulare, transformându-se într-un material insolubil şi infuzibilNu pot fi reciclati.

răşini poliesterice nesaturate, epoxidice, vinil esterice


4. Masa moleculară

a) Oligomeri – în general M < 10000 g/mol

b) Polimeri – M ridicată, putînd ajunge la 106 g-mol

5. Compoziţie

a) Homopolimeri – polimeri alcatuiţi dintr-un singur tip de

unitate structurală (provin de la un singur monomer)unitate structurală (provin de la un singur monomer)

b) Copolimeri – polimeri alcătuiţi din două sau mai multe tipuri

de unităţi structurale (provin de la doi sau mai mulţi monomeri)

13


6. Forma catenei (pentru homopolimeri)

a) liniari – fuzibili şi solubili

b) ramificaţi – fuzibili şi solubili

c) reticulaţi (tridimensionali) – infuzibili şi insolubili


7. Dispunerea comonomerilor (pentru copolimeri)

a) copolimer statistic – dispunere aleatoare a unităţilor

b) copolimer alternant – dispunere alternativă a unităţilor

c) copolimer bloc – dispunere succesivă a unităţilor de acelaşi tip

d) copolimer grefat – catene laterale din unităţi de acelaşi tip

14


8. Funcţie de structura lanţului macromolecular:

- izomerie geometrică – în cazul prezenţei C═C în catenă d bi i d l i di i i- de obicei de la monomeri dienici

► izomer cis – de aceeşi parte a planului dublei legături

► izomer trans – de o parte şi de alta a planului dublei legături



9. Funcţie de cristalinitatea polimerului:

a) amorfi - lanţurile macromoleculare au) f ţo aşezare total dezordonată.

b) (parţial) cristalini - polimeri ce conţinzone cristaline într-o proporţie mai maresau mai mică.Zonele cristaline = reprezintă zone înpcare catenele macromoleculare suntaşezate ordonat.

zona cristalinazona amorfa


15

Masa moleculară

Compuşii organici cu masă moleculară mică→ specii unitare,

cu aceeaşi structură şi masă moleculară.

Polimerii → amestec de macromolecule având în general aceeaşi

structură chimică, dar care diferă prin masa lor moleculară

În cazul polimerilor se lucrează cu o masă moleculară medieÎn cazul polimerilor se lucrează cu o masă moleculară medie,

reprezentând o medie, după diverse criterii, a maselor

moleculare ale macromoleculelor ce compun polimerul respectiv.

Masa moleculară

Masă moleculară medie numerică – ţine cont de fracţia

numerică a fiecărui tip de macromolecule

w M

Tiin

N

wMxM

xi = fracţia numerică a macromoleculelor cu grad de polimerizare i, în ansamblul tuturor macromoleculelor

Mi = masa moleculară a macromoleculei cu gradul de polimerizare i

u.s.

nn

m

MGP

Masă moleculară medie gravimetrică – ţine cont de fracţiaMasă moleculară medie gravimetrică ţine cont de fracţia

masică a fiecărui tip de macromolecule

yi = fracţia masică a macromoleculelor cu grad de polimerizare i, în ansamblul tuturor macromoleculelor

iiw MyMu.s.

ww

m

MGP

16

Distribuţia maselor moleculare

DMM (polidispersitatea) polimerului = împrăştierea pe dimensiuni a macromoleculelor ce formează polimerul respectiv.

wM

► I=1 – polimer format numai din

macromolecule de aceeaşi lungime.

► I mic, aproape de 1 – moleculele

n

w

M

MI

ie d

e m

asa

distributie ingusta

distributie larga

sunt aproximativ identice

► Cu cât I este mai mare, cu atât

polimerul conţine macromolecule

de mai multe dimensiuni.masa moleculara

frac

ti distributie larga

Relaţia structură - proprietăţi

• Relaţia între caracteristicile moleculare şi proprietăţile

polimerilor în faza solidă, în topitură sau în soluţie este complexă.

• Practic este imposibil de a alege parametrii de influenţă

astfel încât toate proprietăţile urmărite să fie maxime → în

general îmbunătăţirea unei proprietăţi duce la deprecierea alteia.

• soluţii de compromis, de optim, prin alegerea unui pachet de proprietăţi echilibrate pentru care se stabilesc valorile optime ale parametrilor de influenţă.

17


izic

e Pro

Masa moleculară

optimă

Masa moleculară

Prop

riet

ăţi f

iocesabilitate

proprietăţile fizice - nu neapărat liniar(modulul şi rezistenţele mecanice)

masa molecularăprelucrabilitatea polimerului(cresc viscozităţile în soluţie şi topitură)


ta m

ecan

ica

B

C

masa moleculara

rezi

sten

t

A

B

(A) – masa moleculară minimă ≈ 1000 g/mol(B) – punct critic – polimerul începe să manifeste suficientă rezistenţă pentru a fi folositor (5000 – 10000 g/mol)rezistenţă pentru a fi folositor (5000 10000 g/mol) (C) – valoare limită pentru respectiva proprietate

► Proprietăţile depind mai mult de moleculele cu M mare, a cărorfracţie numerică este redusă, dar fracţia gravimetrică e mare.► Mw este un indicator mult mai bun pentru proprietăţile aşteptate

Mtil li iMateriale polimericeşi compozite - TSOCM · • ambalaje, recipienti pentru industria...

Documents

Transcript of Mtil li iMateriale polimericeşi compozite - TSOCM · • ambalaje, recipienti pentru industria...