Materiale polimerice avansate. © UPB
1
Curs 3:
- Materiale compozite - generalitati
- Matrici polimerice
- Agenti de armare - fibre
Materiale polimerice avansate
Materiale compozite - generalitati
Materiale polimerice avansate. © UPB
2
Materiale compozite
Materiale compozite:
- sistem complex, alcătuit din mai multe materiale de natură diferită
- au apărut din necesitatea de a obţine noi materiale cu performanţe
mecanice și/sau termice ridicate
Materiale compozite
Naturale
BambusOaseLemn Muşchi
Sintetice
Metalice PolimericeCeramice
- sunt alcătuite din 2 sau mai multe materiale distincte d.p.d.v. fizic (cu o
dispersare controlata a unui material în celălalt)
- au proprietăţi superioare componentelor individuale (realizarea unui MC
trebuie să fie justificată prin creșterea a cel puțin unei proprietăți)
Materiale compozite polimerice
Compozitele polimerice sunt materiale alcătuite, în principiu, din:
- agent de reticulare (întărire) – necesar de obicei în cazul matricilor
termoreactive – duce la întărirea răşinii polimerice lichide (printr-o
reacție chimică) şi obţinerea produsului final. Sunt situații, chiar în
cazul polimerilor termoreactivi când reactia de reticulare se face prin
simplă încălzire, fără a mai fi necesar agentul de reticulare.
- matrice polimerică - poate fi un polimer termoplastic sau termoreactiv –
faza continuă
- agentul de ranforsare (armare) sau de umplutură - dispersat omogen în
matricea polimerică, dar nu se dizolvă în aceasta – faza discontinuă
Caracteristica de bază a compozitelor polimerice: proprietăţi mecanice
specifice foarte ridicate (raportul rezistenţă/greutate) → materialele
compozite performante întrec cele mai bune oţeluri
Materiale polimerice avansate. © UPB
3
Materiale compozite polimerice
Clasificare după forma, dimensiunea şi distribuţia fazelor în MC:
- fibre continue (lungi) în matrice
- fibre scurte în matrice
- particule dispersate în matrice
- structuri lamelare
- reţele interpenetrate
- multicomponente: fibre, particule
- interfaţa influențează proprietăţile materialului compozit
- interfaţa dintre componente poate fi identificată prin metode fizice
Nu numai componentele MC sunt importante, ci şi interfaţa dintre ele
Matrici polimerice
Polimeri cu
performanţe medii
Termoplastici Termoreactivi Elastomeri de uz general
Polipropilena (PP) Fenoplaste
Butadien-stirenic (SBR)
Polibutadienic (PBR)
Poliizoprenic (PIZR)
Policloroprenic (Neopren)
Răşini fenol-
formaldehidice (FFR)
Răşini ureo-
formaldehidice (UFR)
Răşini melamino-
formaldehidice (MFR)
Materiale polimerice avansate. © UPB
4
Matrici polimerice
Polimeri cu "înalte performanţe", dar
cu termostabilitate redusă
Termoplastici Termoreactivi Elastomeri
Poliamide (PA)
Policarbonaţi (PC)
Poliesteri saturaţi (SPE)
Poliacetali (PAC)
Poliesteri nesaturaţi (PEN)
Răşini epoxidice (ER)
Răşini vinil-esterice (VER)
Poliuretani
Matrici polimerice
Polimeri termostabili cu
performanţe ridicate
Termoplastice Termoreactivi Elastomeri
Polifenilensulfură (PPS)
Polisulfone (PS)
Poli(eter-eter)cetone (PEEK)
Polietercetone (PEK)
Polifenilensulfone (PPS)
Polietersulfone (PES)
Poliamidimide (PAI)
Poliimide (PI)
Polistirilpiridine (PSTP)
Siliconici
Materiale polimerice avansate. © UPB
5
Matrici termoreactive
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
m
n
OH
OO
CCOO
CH3
CH2 CH
OO
CCOO
CH3
CH2 CHCC
O O
OHO
CH3
CH2 CH
RPN = în catena principală grupe esterice –COO– şi duble legături C=C .
Aceste dublele legãturi permit reticularea rãşinii cu ajutorul unor monomeri
de polimerizare (uzual stiren)
- rãşina se livreazã sub formã de soluţie în stiren (monomer) → conţinut de
35-40% monomer în produsul livrat
- pentru a preveni gelifierea în timpul depozitãrii se introduc inhibitori
(hidrochinonã, fenoli substituiţi etc.), în cantitate de 50-100 ppm.
Materiale polimerice avansate. © UPB
6
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Reticularea (întărirea) RPN
În urma copolimerizãrii rãşinii cu monomerul vinilic se obţine un produs
tridimensional total insolubil şi infuzibil.
A
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
Cat
Cat
Cat
Cat
III
B
A
R
R
R
R
R R R R
R
R
R
R
R
R
R
- procesul de reticulare (întãrire) are loc în prezenţa iniţiatorilor:
- peroxizi (la temp. ridicată)
- sistemelor redox de iniţiere (la temp. camerei, ex: peroxid de metil-
etil-cetonă / naftenat sau octoat de cobalt)
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Proprietăţile RPN depind de:
- compoziţia chimică a răşinii → factor hotărâtor care influenţează
proprietăţile funcţie de scopul urmărit
- masa moleculară - creşte masa moleculară → cresc proprietăţile
mecanice şi duritatea, rezistenţa la temperatură şi la agenţi chimici
- gradul de nesaturare (numărul de duble legături) → determină densitatea
reticulării → creşte gradul de nesaturare → cresc proprietăţile
mecanice şi duritatea, rezistenţa la temperatură
Materiale polimerice avansate. © UPB
7
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Tipuri de RPN
-(n+m) H2O
HO OH
CH3
CH2 CH++
(n+m+1)(m+1)n
OO
C
O
C
C
O
C
O O
m
n
OH
OO
CCOO
CH3
CH2 CH
OO
CCOO
CH3
CH2 CHCC
O O
OHO
CH3
CH2 CH
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Domenii de utilizare a RPN
Poliesterii nesaturaţi se pot utiliza sub forma nearmată sau ranforsaţi cu fibre
de sticlă (în general).
Poliesteri nearmaţi:
- lacuri pentru mobilă
- butoane
- chituri / masticuri
- aditiv în mortare şi betoane
- înlocuiri de lemn
Materiale polimerice avansate. © UPB
8
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Domenii de utilizare a RPN
Construcţii:
- plăci plane / ondulate (pentru acoperişuri sau elemente de faţadă)
- articole sanitare
- mobilier urban
- cabine telefonice
- barăci de şantier
- panouri de semnalizare
- prefabricate pentru piscine etc.
Poliesteri nesaturaţi armaţi cu fibre de sticlă:
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Domenii de utilizare a RPN
Poliesteri nesaturaţi armaţi cu fibre de sticlă:
Electrotehnică şi electronică:
- cutii, şeminee pentru cabluri, cabine izolante
- izolatori
- antene
- suporturi pentru circuite imprimate
Rezervoare, cisterne, conducte:
- cisterne pentru îngrăşăminte lichide
- silozuri (pentru materiale pulverulente, cereale, furaje etc.)
- containere marine
- conducte pentru staţii de epurare
- fose septice
- conducte pentru ventilaţie, pentru transportul produselor chimice
Materiale polimerice avansate. © UPB
9
Răşini Poliesterice Nesaturate (RPN)
Domenii de utilizare a RPN
Poliesteri nesaturaţi armaţi cu fibre de sticlă:
Transporturi:
- piese de caroserie pentru automobile şi autovehicule sportive
- bare de protecţie pentru autovehicule
- cabine pentru camioane şi tractoare
- caroserii utilitare (camioane izoterme, frigorifice)
- telecabine
Industria nautică şi sportivă:
- ambarcaţiuni sportive
- accesorii (geamanduri, pontoane, rame etc.)
- undiţe de pescuit
Răşini epoxidice
Poliepoxizii (răşini epoxidice) sunt răşini termoreactive ce conţin în
moleculă două sau mai multe grupări reactive epoxi
CH2
O
OC
CH3
CH3
O CH2 CH2CH
OH
OC
CH3
CH3
O CH2
O
n
CH2CH2 OC
CH3
CH3
OH2C CH
O
CH2HC
O
Reticularea: deschiderea ciclurilor epoxidice → produs reticulat,
tridimensional, insolubil şi infuzibil.
- cu amine (la temp. ambiantă sau ridicată)
- cu anhidride (la temp. ridicată)
Materiale polimerice avansate. © UPB
10
Răşini epoxidice - proprietăţi
Proprietăţile răşinilor epoxidice depind de:
- structura chimică
- masa moleculară
- gradul de reticulare
