1. Što su to nanokompoziti? Koja su prednosti nanokompozita u odnosu na klasične

kompozitne materijale? Gdje se primjenjuju i zašto?

- Višefazni (kompozitni) materijal u kojem je barem jedna komponenta submikronskih dimenzija

(< 1 μm, a najčešće manja i od 100 nm)

- Potpuno novi materijal (hibrid) kojem komponente/strukture nanometarskih dimenzija daju

posebna svojstva koja ne posjeduju klasični (mikro)kompoziti ili komponente zasebno.

Prednosti u odnosu na klasične kompozitne materijal:

- 40% veća rastezna čvrstoća

- 68% veći rastezni modul elastičnosti

- 60% veća savojna čvrstoća

- 126% veći savojni modul elastičnosti

- Za 90 °C povišena temperature postojanosti oblika (HDT)

Primjena:

- Automobilska industrija: visoka čvrstoća, smanjenje mase, boje

- Brodogradnja: visoka čvrstoća, smanjenje mase, boje

- Tenis: loptica – poboljšanje nepropusnosti

- Pakiranja: poboljšavanje nepropusnosti, visoka čvrstoća, smanjenje mase pakiranja

- Tekstilna industrija: visoka čvrstoća i trajnost, antibakterijske čarape

- Kozmetika: kontrolirano otpuštanje aktivnih komponenata

2. Što su to polimerni nanokompoziti? Koja su tipična nanopunila kojim se ojačavaju

polimerni nanokompoziti?

Polimerni nanokompoziti su hibridni višefazni materijali kod kojih su punila ili ojačavala

nanometarskih dimenzija raspršena u polimernoj matrici.

Tipična nanopunila:

- Slojasta (lističasta) punila

(prirodne i umjetne gline, grafit ....)

- Vlaknata ojačavala

(ugljikove nanocjevčice, ugljikova nanovlakna ...)

- Nanočestice

(čađa, nanočestice SiO2 ...)

3. Koje vrste polimernih nanokompozita na bazi slojastih silikatnih punila postoje s

obzirom na raspršenost ojačala u polimernoj matrici? (skica).

4. Koje vrste priprava polimernih nanokompozita poznajete? Opišite, navedite te

skicirajte glavne faze interkalacije polimera (pretpolimera) iz otopine.

Vrste priprava:

- Interkalacija polimera ili pretpolimera iz otopine

(PAA, PCL, PLA, PE-HD)

- Polimerizacija in situ

(PA6, PS, PMMA, PET, epoksidi)

- Interkalacija iz taljevine

(PS, PA6, PEO, PP, PE ...)

Interkalacija = umetanje

Interkalacija polimera (pretpolimera) iz otopine:

1. Faza: Bubrenje silikata u otapalu

2. Faza: Umetanje polimernih lanaca između slojeva gline (interkalacija)

5. Interkalacija iz taljevine, koje su prednosti ove metode priprave nanokompozita u

odnosu na ostale? Koji parametri utječu na konačna svojstva nanokompozita

dobivenih ovom metodom.

Postupak mehaničkog miješanje polimera s modificiranim punilom iza čega slijedi toplinska

obrada (temperiranje) najčešće uz intenzivno mehaničko deformiranje smjese (npr. u dvopužnom

ekstruderu) pri temperaturama iznad mekšanja polimera.

Prednosti:

- Ne rabe se otapala

- Pri pripremi moguće je upotrebljavati postojeće industrijske postupke i opremu za preradbu

polimera (ekstrudiranje, gnjetenje, injekcijsko prešanje)

Na konačna svojstva nanokompozita utječu:

1. Temperatura preradbe (temperaturni profil)

2. Konstrukcijski oblik i raspored pužnih elemenata

3. Frekvencija vrtnje pužnih vijaka

4. Geometrija pužnog vijka (omjer L /D)

5. Vrsta modifikatora MMT

6. Kakav utjecaj ima dodavanje nanoojačala na mehanička svojstva polimera a kakav

na gorivost polimernih materijala.

Efekti koji se postižu dodatkom nanoojačala:

- Povećanje tvrdoće

- Povećanje krutosti (modula elastičnosti)

- Smanjenje istezljivosti (materijal postaje krhkiji)

A na gorivost utječe tako što je ona smanjena.

7. Skicirajte i objasnite promjenu svojstva propusnosti na plinove slojastog

nanokompozita u odnosu na čisti polimerni materijal.

Zbog svog slojastog oblika smanjena je propusnost plinova. To se dešava zbog toga što plinovi

nailaze na „prepreke“ koje stalno treba zaobilaziti i dugo mu treba da prođe, dok kod čistih

polimernih materijala nema toliko tih „prepreka“ i plin može lako proći s jednog kraja na drugi.

8. Nabrojite prednosti spajanja lijepljenjem u odnosu na ostale tehnologije spajanja

- Moguće je spajanje dijelova od različitih vrsta materijala (polimeri/metali ...)

- Moguće je spajati i materijale koji nisu pogodni za spajanje klasičnim postupcima (kompoziti,

porozni materijali, posebne legure ...)

- Onemogućen nastanak katodne korozije metalnih dijelova koji se spajaju

- Istovremeno brtvljenje na mjestu spoja

- Dobra dinamička svojstva spoja (postojanost na zamor, prigušivanje vibracija)

- Smanjen utrošak materijala zbog manje mase

- Nema unošenja topline na mjestu spoja

- Mogućnost spajanja velikih površina

- Mogućnost preciznog spajanja vrlo malih površina

- Mogućnost spajanja vrlo tankih dijelova i dijelova bitno različitih debljina

- Jednostavno automatiziranje postupka spajanja

- Vrlo ekonomičan način spajanja za pojedinačnu proizvodnju, male serije i reparaturu

9. Nabrojite nedostatke spajanja lijepljenjem u odnosu na ostale tehnologije spajanja

- Relativno niska udarna žilavost i čvrstoća ljuštenja spoja

- Ljepila na polimernoj bazi podložna su puzanju

- Opasnost od popuštanja spoja zbog nejednolikog toplinskog rastezanja dijelova koji se lijepe

- Nužna je pažljiva priprema površina koje se lijepe

- Potrebno je osigurati dobru adheziju ljepila na podlogu

- Pri povišenim temperaturama čvrstoća spoja znatno opada

- Otežano rastavljanje spojeva bez razaranja

- Postupak lijepljenja nije moguće pouzdano kontrolirati

- Povećana opasnost za zdravlje i sigurnost pri lijepljenju

10. Navedite glavne karakteristike najznačajnijih skupina konstrukcijskih ljepila

EPOKSIDNA LJEPILA (1K i 2K)

- Visokočvrsta ljepila, posebice za metale i keramiku

- Očvršćivanje je moguće ubrzati zagrijavanjem

- Uporabne temperature do 120 oC (posebni tipovi do 200 oC)

METAKRILATNA LJEPILA (1K i 2K)

- Povišene čvrstoće i žilavosti

- Pogodna za lijepljenje krutih materijala (staklo, keramike ...)

- Poboljšana svojstva čvrstoće na ljuštenje

- Pogodna za lijepljenje materijala različitih toplinskih rastezljivosti (metal – staklo)

CIJANOAKRILATNA LJEPILA (1K)

- Za lijepljenje manjih površina (trenutačno lijepe)

- Krhka i kruta ljepila

- Uporabne temperature do 100 oC (iznimno do 200 oC)

POLIURETANSKA LJEPILA (1K i 2K)

- Žilava i elastična ljepila

- Pogodna za veće površine lijepljenja i zračnosti spojeva

- Pogodna za lijepljenje materijala različitih toplinskih rastezljivosti (metal – staklo)

11. Navedite koji parametri utječu na čvrstoću lijepljenog spoja.

SVOJSTVA LJEPILA

- Adhezijska svojstva

- Kohezijska svojstva

- Vrsta i sadržaj otapala i/ili omekšavala u ljepilu

SVOJSTVA SUBSTRATA

- Slobodna (površinska) energija

- Površinska hrapavost

- Čistoća površine

- Mehanička svojstva (krutost, granica razvlačenja)

KONSTRUKCIJSKO OBLIKOVANJE SPOJA

- Debljina sloja ljepila

- Debljina substrata

- Oblik i dimenzije spoja

- Vrsta spoja

POSTUPAK LIJEPLJENJA

- Pritisak

- Temperatura

- Posebni uvjeti okoline (vlaga, UV zračenje ...)

UVJETI OPTEREĆENJA

- Vrsta opterećenja

- Način opterećenja

- Vrijeme

- Temperatura

12. Navedite i skicirajte temeljna pravila oblikovanja lijepljenih spojeva.

- Spoj oblikovati tako da bude smično opterećen

- Izbjegavati opterećenja na ljuštenje i cijepanje

- Osigurati dovoljne površine lijepljenja

- Osigurati dovoljnu krutost podloge

13. Skicirajte i opišite dijagram ovisnosti čvrstoće jednostrukog preklopnog lijepljenog

spoja o debljini sloja ljepila.

Ukoliko imamo optimalnu debljinu sloja ljepila imat ćemo veliku čvrstoću spoja, a ukoliko je taj

sloj ljepila predebel ili pretanak doći će do smanjenja čvrstoće spoja.

14. Skicirajte dijagram ovisnosti čvrstoće jednostrukog preklopnog lijepljenog spoja o

duljini prijeklopa. Napišite i izvedite izraz za optimalnu duljinu prijeklopa