PJ 10 Kunststoffen - deel 1materiaalleer1em.weebly.com/uploads/1/7/1/5/17150642/pj...Kunststoffen...

Kunststoffen

Departement TG Geel - Paul Janssen1

Kunststoffen

Diesel & stookolie70%

Motorbenzines13%

Verven, aceton,...3%

KUNSTSTOFFEN

4%

grondstoffen voor chemie7%

Benzine20%

andere10%

aardolie100%


Kunststoffen

Geschiedenis

– 1859 Patent cellulose – gebruikt voor koffers - GB

– 1909 Baekelant – fermolformaldehyde (bakeliet) – BE

– 1939 LDPE op productieschaal – GB

– 1955 patent op HDPE

– 1957 PP op productieschaal

De eerste kunststoffen werden aangemaakt op basis van natuurlijke grondstoffen (hout en plantenweefsel, katoen, melkeiwit,…).

Basisproduct voor de aanmaak van kunststoffen is aardolie.


Kunststoffen

Kunststoffen of polymeren

Poly = veel = som van “monomeren”

Vb. polyethylene = ethyleen-ketting

Toevoeging van hulpstoffen

Kleurstoffen, vulstoffen (talk), weekmakers, brand-vertragers,…


Kunststoffen

Naamvorming

• Naam van het monomeer

“poly” + naam van het monomeer

Polycarbonaat Polytetrafluoretheen

• Lettercodering (internationaal gekend)

PC PTFE

• Handelsnaam (merknaam)

Lexan Teflon


Kunststoffen

Nadelen t.o.v. metalen

– Thermische uitzetting tot 10x of meer

– Slapper

– Mechanische eigenschappen verminderen als de

temperatuur stijgt (visco-elastisch gedrag)

– Smelten bij relatief lage temperatuur bij thermoplasten

(Tg = glasovergangstemperatuur)

– Brandbaar

– Relaxeren => vormverandering na langdurende belasting


Kunststoffen

Voordelen t.o.v. metalen

– Lage dichtheid

– Corrosievast

– Bestand tegen veel chemische stoffen

– Elektrisch en thermisch isolerend

– Gemakkelijke vormgeving

– Onbeperkte inkleurmogelijkheden

– Lager energiekostenpakket (vrijere vormgeving)

Vb. spuitgieten


Kunststoffen

Vorming van macromoleculen

De vorming van macromoleculen (polymeren) kan op 3 manieren gebeuren

1. Polymerisatie

2. Polycondensatie

3. Polyadditie


Kunststoffen

Polymerisatie

– Monomeer => polymeer

moleculen worden als een ketting achter elkaar gekoppeld

– Bepaalde druk en temperatuur nodig om te binden

– Geen vorming van bijproducten

– vb: C2 H4 (etheen) => ( C2 H4 ) n (polyetheen)

met n = 500 - 3000

Departement TW Geel - LM 9

Kunststoffen

Polycondensatie

– 2 verschillende of identieke stoffen bij elkaar brengen

– Er ontstaat water als bijproduct (af te voeren)


Kunststoffen

Polyadditie

– 2 verschillende stoffen bij elkaar brengen.

– Volgorde van de atomen in de moleculen zijn gewijzigd

t.o.v. het monomeer

– Er ontstaan geen nevenproducten

– Meestal is er een katalysator en hoge druk/temperatuur

nodig


Kunststoffen

Moleculair gewicht

• Wordt bepaald door:

– de lengte van de polymeerketen

– atomen in de keten

• Bepaalt de eigenschappen van de kunststof

Vb. HDPE heeft heel andere eigenschappen dan LDPE

• De ketenlengte van een polymeer is een gemiddelde waarde

(ketens verschillen van lengte)

• Bepalen van moleculair gewicht vereist speciale apparatuur


Kunststoffen

Als het moleculair gewicht toeneemt dan:

• neemt de treksterkte toe• Neemt de buigsterkte toe• slechter te verwerken (gieten, persen, vormen,…)


Soorten kunststoffen

Indeling volgens de macromoleculaire opbouw


THERMOPLASTEN THERMOHARDERS ELASTOMEREN

KUNSTSTOFFEN


Indeling volgens de chemische samenstelling



Thermoplast Elastomeer Thermoharder

lineair of vertakt grote mazen nauwe mazen

2D structuur 2D en 3D structuur 3D structuur

geen verbindingen verbindingen veel verbindingen


Thermoplasten

• Lineair of vertakte ketens

• Geen verbindingen tussen ketens

• Zijn telkens opnieuw plastisch vervormbaar

• Vast => week bij temp. stijging => plastisch (Tglas)

• Uitgebreide mogelijkheden tot vormgeving

=> spuitgieten en extruderen

• Zijn de meest gebruikte ‘plastics’ (± 85%)

• Vb. polyethyleen (PE), polyamide (PA), polyacetaal (POM),…

• Kan AMORF zijn of KRISTALLIJN


Thermoharders (harsen)

• Driedimensionaal netwerk, nauwe mazen

• Sterke verbindingen tussen ketens

• Starre structuur

• Enkel te verwerken als ze in smeltfase zijn

• Zijn niet terug verwerkbaar (smelten niet meer)

• Bij temp. stijging => gaan ontbinden (degradatie)

• Bestand tegen hogere temperatuur

• Vb. Bakeliet, Melamineformaldehyde (MF)


Thermoharders (harsen)

Voorbeeld – “Duroplast”

– Mengsel van katoen en phenolhars

– Duroplast werd voornamelijk gebruikt door de “VEB SachsenringAutomobilwerke Zwickau” omwille van het gebrek aan staal in Oost-Duitsland

– De buitenbeplating van de Trabantbestaat uit Duroplast.


Elastomeren of rubbers

• 3D netwerk, met grote mazen

• Met verbindingen tussen ketens

• Zijn reeds week bij kamertemperatuur

• Rubberelastisch (veren terug)

• Hogere elasticiteit te verkrijgen door vulkaniseren, d.i. het behandelen met zwavel.

• Zijn niet terug verwerkbaar

• Bij temp. stijging => verschroeien

• Vb. Ethyleen-propyleen-Dieeen monomeer (EPDM)


Thermisch gedrag van polymeren

Tg = glasovergangstemperatuur (verwekingspunt)


Chemische opbouw van kunststoffen

Polymeerchemie - voornaamste bouwstenen

C, H, O, Cl en N => de bouwstenen zijn organische elementen (organische chemie)

C: 4 covalente bindingen

H: 1 covalente binding

O : 2 covalente bindingen

N: 3 covalente bindingen

Cl: 1 covalente binding



Enkele koolstof-waterstof verbindingenNota: dit zijn zeer korte ketens => gasvorm


H C C C C H

H H H H

H H H H

H C C C H

H H H

H H H

H C H

H

H

H C C H

H H

H H


In plaats van enkele binding => dubbele binding


H C C H

H H

H H

H C C C H

H H H

H H H

C C

H H

H H

C C C H

H H H

H HCH3


H vervangen door een ander element (groep)


C C

H Cl

H H

C C

H H

H H

C C

H CH3

H H

polyetheen

Polypropeen: PP

Polyvinylchloride: PVC


Granulaten


Kunststoffen

Polyetheen (Polyethylene) - PE

• LDPE • HDPE

Departement TW Geel - P Janssen 28

Kunststoffen

Polyetheen PE - toepassingen

LDPE

– “Zachte” supermarktzakjes

– Isolatie elektrische draden

– Flessen voor chemische

producten

– Verpakkingszakken

– Diepvrieszakken

– Krimpfolie

HDPE

– “Krakende”

supermarktzakjes

– Emmers

– Harde zwarte buizen voor

buiten (water)

– Opruimbakken

– Flessenkratten

– Afdichtingmateriaal


Kunststoffen

Eigenschappen

LDPE

– lage dichtheid PE

• 0,91 - 0,93 kg/dm³

– hoge druk procédé

– zachte PE

– molecuulmassa:

• tss 20.000 - 25.000

– smelttemp: 110°C (Tg)

– lage wrijvingscoefficient

– niet maatvast

– niet lijmbaar (…)

HDPE

– hoge dichtheid PE

• 0,94 - 0,96 kg/dm³

– lage druk procédé

– harde PE

– molecuulmassa

• tss 500.000 - 1 miljoen

– smelttemp: 136°C (Tg)

– lage wrijvingscoefficient

– niet maatvast

– niet lijmbaar (…)


Kunststoffen

Polypropeen (Polypropylene) - PP


Kunststoffen

Polypropeen (Polypropylene) - PP

Toepassingen

• Huishoudartikelen, opslagtanks voor zuren• Trekkabels (skiërs)• Ziekenhuisbenodigdheden (spuitjes,…)• Kunststofscharnieren (ingegoten)

Algemene eigenschappen

• Zeer lage dichtheid (0,9 - 0,915 g/cm³)• Werktemperatuur tot 130°C• Wordt bros beneden 0°C• Buitengewoon goed bestand tegen chemicaliën• Grote weerstand tegen buigvermoeidheid

Taak

Huishoudbewaardozen worden dikwijls gemaakt uit polypropeen. Verklaar aan de hand van de materialentabel waarom.


Taak

Voor heupprotheses is er in de loop van de jaren een evolutie geweest van toegepaste materialen om uiteindelijk tot een titanium-legering te komen. Wat zijn de redenen om voor onderstaande materialen te kiezen? (gebruik de materialentabel en de tabel i.v.m. de invloed van de legeringmaterialen bij staal)

1) RVS 316 (Fe+Cr+Ni)

2) Cr+Co+Mo

3) Ti+Al+V


Taak

Zoek tegen volgende week enkele samples met onderstaande kenmerken:


PJ 10 Kunststoffen - deel 1materiaalleer1em.weebly.com/uploads/1/7/1/5/17150642/pj...Kunststoffen...

Documents

Transcript of PJ 10 Kunststoffen - deel 1materiaalleer1em.weebly.com/uploads/1/7/1/5/17150642/pj...Kunststoffen...