Plastid (4)

Plastid
 Plastideks nimetatakse looduslikke ja sünteetilisi mittemetalseid kõrgmolekulaarseid ühendeid.
Neid suure molekulmassiga keemilisi ühendeid nimetatakse polümeerideks ( ka vaikaineteks).
Polümeeride molekulid koosnevad suurest arvust ühte või mitut tüüpi korduvatest lülidest.
Plastide omadused:

• väike tihedus (kerged),
  
• ei vaja viimistlust,
  
• odavad,
  
• suur korrosioonikindlus ,
  
• enamikel plastidel ka suur hõõrdetegur,
  
• head dielektrikud, isolaatorid ja heli summutavad omadused,
  
• väike kuumuspüsivus, soojusjuhtivus ja hügroskoopsus,
  
• vananevad ja vananedes kaotavad oma omadused.
  

Plastid jaotatakse:

• termoplastsed.
  
• termoreaktiivsed (reaktoplastid)
  

Termoplastid :  korduval kuumutamisel ei muutu  kuju ega koostis. See on tingitud sellest, et nendes plastides on molekulivahelised jõud suured.
Reaktoplastid: temperatuuri (või kõvendi ) mõjul  muutub kuju ja koostis ning kaob plastsus. See on tingitud sellest, et  molekulidevahelised sidemed on nõrgad.
Selleks , et saada teatavate omadustega plaste, lisatakse neile lisaaineid so. täiteaineid:

• kõvendeid, 
  
• plastifikaatoreid,
  
• värvaineid,
  
• stabilisaatoreid
  
• katalüsaatoreid.
  

Täiteained suurendavad plastide tugevust ja muudavad nad odavamaks. Täiteainetena kasutatakse kas orgaanilisi või anorgaanilisi aineid.
Orgaanilised:

• puidujahu,
  
• tselluloos ,
  
• puuvilla jäätmed,
  
• puuvillriie,
  
• paber jne.
  

Anorgaanilised:

• grafiit,
  
• talk ,
  
• kvarts,
  
• klaaskiud ,
  
• klaasriie,
  
• vilgupuru.
  

Täiteainete maht plastides on umbes 70% ja enam.
Plastifikaatorid:

• muudavad materjali elastsemaks,
  
• parandavad töödeldavust ja valuomadusi,
  
• vähendavad haprust.
  

Plastifikaatoritena kasutatakse mitmesuguseid estreid (küllastamata süsivesikuid), kastoorõli jms.
Stabilisaatorid: väldivad plasti vananemist.
Katalüsaatorid: kiirendavad plastide tootmist ( lubi ja magneesium ).
Plaste põhiliselt ei värvita vaid neisse lisatakse värvaineid (roheaine – kroomoksiid, valge -  tinaoksiid).
Kõvendid: kiirendavad vaigu kõvaks muutumist.
TERMOPLASTID 
Polüetüleen ( PE) on neutraalne termoplastne polümeer, mis koosneb ainult vaigust ning on niiskuskindel ja gaasitihe.
See polümeer on poolläbipaistev värvuseta aine, mille  sulamistemp. on saamisviisist olenevalt 105…130ºC.
On heade dielektriliste omadustega ning happe ja leelisekindel. Laguneb kloori ja fluori mõjul.
Polüetüleenist valmistatakse:

• kilet
  
• mitmesuguseid torusid ja voolikuid,
  
• kaablite isolatsiooni
  
• raadiodetaile.
  
• mahuteid
  
• väikestel koormustel töötavaid hammasrattaid.
  

Füsioloogiliselt kahjutu.
TEFLON (PTFE) - polütetrafluooretüleen omab suurepärast keemilist vastupidavust enamusele tuntud keemilistele ainetele ja lahustitele. Temperatuurivahemik -25oC.. +200oC. PTFE kui isemäärimisvõimega ühendit kasutatakse tihti kuulventiilide ja erinevate tihendite juures.
TEFLON on firma DuPont registreeritud kaubamärk.
Polüvinüülkloriid (PVC) on valge tahke aine.
Kui sellest toodetakse torusid, siis nimetatakse teda lihtsalt plastiks. Kui  aga kõva lehena, siis nim vinüülplast.
Omadused:

• head dielektrilised ja plastilised omadused,
  
• väike temperatuurikindlus (laguneb üle 100ºC juures),
  
• püsiv vee, hapete, leeliste, soolade vesilahuste ja naftasüsivesinike suhtes.
  

Plastifikaatorite abil saab polüvinüülkloriidist valmistada mitmesuguste omadustega materjale.
Antud materjali on kasutatud juba üle 30 aasta ja on kõige enam kasutatav termoplastiline materjal.
40% plastifikaatorit sisaldav materjal on elastne ja külmakindel.
Polüvinüülkloriid ei põle.
Polüvinüülkloriidist valmistatakse happeaku anumaid ja separaatoreid.
Kasutatakse veel  kaablijuhtmete isoleermaterjalina ja metalltorude kaitseks korrosiooni eest, valmistatakse torusid jms.
PVC torusid ühendatakse lahustuva liimiga, keermete või äärikutega.
Töötemperatuur on kuni +60oC.
Polüpropüleen (PP) - antud materjal on kaalult kerge ja üldiselt keemiliselt vastupidav, kuid võrreldes PVC-ga on PP füüsikalised omadused veidi nõrgemad kuid keemiline vastupidavus alustele ja hapetele on parem. 
 
Polüamiid ( PA ) - kapron , nailon , perlon , dederon , aniid , niplon . 
Polüamiidi, millele on lisatud 3…5%    grafiiti  kannab eelpoolseid nimetusi .
Kapron on mitu korda kulumiskindlam kui teras ja mõned värviliste metallide sulamid .
Omadused:

• kapron on antifriktsioonne materjal,
  
• väike soojusjuhtivus,
  
• on hästi lõiketöödeldav,
  
• saab liimida ja keevitada, 
  
• ei ole väävelhappekindel ja lahustub fenoolides ning trikloroetaanis.
  

Detailide valmistatakse survevalu teel.
Polüamiidkiudainest valmistatakse rehvikoorti, filtrimaterjali, kalavõrku, köit, tekstiile.
Aromaatsete polüamiidkiudainete temperatuurikindlus on 350…600ºC.
Polüester - See on sünteetiline kiudaine, millel suur temperatuurikindlus.
Sellest valmistatakse riiet, mis kulumis- ja valguskindel kuid vähevastupidav kuumale leelisele. Seda riiet nimetatakse lavsaaniks, dakroniks, elaaniks, terüleeniks.
Polüesterniidist valmistatakse trikotaažitooteid.
Tehnilise polüestri kiust valmistatakse nööri, veorihmu, konveierilinte, köisi, filtreid jne.
Polüakrülaat - See sünteetiline polümeer on tahke läbipaistev termoplastne materjal, mis lahustub orgaanilistes lahustites . Sellest toodetakse polümetüülmetakrülaati.
Polümetüülmetakrülaadist ( PMMA ) - valmistatakse valguskindlat orgaanilist klaasi, kilet, läätsesid.
Omadused:

• väga hea läbipaistvus,
  
• püsiv vees, leelistes, hapete vesilahustes, bensiinis ning õlides.
  
• kahjustub kontsentreeritud väävel-, lämmastik- ja kroomhappes.
  
• lahustub benseenis, dikloroetaanis, propanoonis.
  

Lahuste abil saab tekitada materjalide pinnale läbipaistvat lõhnatut värvkatet.
Fluorplast (PVDF, PTFE ) – Värvus valge.PVDF  on fluorplast, mille head mehaanilised, soojuslikud ja elektrilised omadused on ühendatud eriti hea keemilise püsivusega.
PVDF on fluorosüsinikpolümeer, millel on sulatatavatest fluorosüsinikpolümeeridest kõrgeim tõmbetugevus ning lisaks ka hea abrasiivkulumiskindlus ja keemiline vastupanu
Polüstüreen ( PS ) - Polüstüreen on suhteliselt jäik polümeer. Ataktiline polüstüreen on läbipaistev ja värvuseta. Veekindel, aga lahustub mitmetes orgaanilistes lahutitest (nt. atsetoonis).
Amorfse polüstüreeni tihedus on 1050 kg/m3.
Polüstüreen on efektiivselt vahustatav.
Erinevate plastesemete, sh. plastnõude valmistamiseks.
Vahtpolüstüreeni (styrofoam) kasutatakse laialdaselt termoisolatsioonis, löögienergiat summutava pakkematerjalina.
 
Tabel 1. Põhiliste termoplastide omadused
Plast
Omadused
Tihedus
kg/m3
Rm N/mm2
A
%
Polüetüleen (PE)
kõrgtihe (HDPE)
madaltihe ( LDPE )
Polüpropüleen (PP)
Polüvinüülkloriid (PVC)
plastifitseerimata (UPVC)
plastifitseeritud (PPVC)
Fluorplast (PTFE)
Polüstüreen (PS)
Orgklaas (PMMA)
Polükarbonaat (PC)
Polüamiid (PA)
960
920
905
1470
1375
2175
1070
1100
1200
1020...
1150
22…38
1…16
27…40
24…62
7…56
17…30
35…84
50…75
60…70
40…90
20…1300
90…650
30…200
2…40
200…450
75…450
1…4,5
5…8
50…120
40…150
TERMOREAKTIIVID
Aminoplast ( MF, UF) - Spetsiaalsete ainete vesilahused segatakse seadmetes vajalikes suhetes kokku ja segu muudetakse suruõhu abil vahuks, mis pritsitakse seintes olevatesse tühemikesse.
See soojustusvaht koosneb miljonitest väikestest suletud õhumullidest. Tahkudes muutuvad need pehmeks, valgeks, vett mitte imavaks materjaliks - aminoplastiks.
See materjal loodi 1958. a.
Fenoplastid ( PF ) - Need plastid koosnevad täiteainest ja sideainest, milleks fenoolformaldehüüdvaigud. Täiteainena on kasutusel pulbrit või kiudmaterjali.
Puuvillriidest ja vaigust koosnevat lehtmaterjali nimetatakse tekstoliidiks.
Paberikihtidest ja vaigust koosnevat materjali nimetatakse getinaksiks.
Veel valmistatakse klaasriidest ja vaigust klaastekstoliiti. Osa vaikaineid kõvenevad kõvendi toimel osa õhu käes seistes.
Suure hõõrdeteguriga plaste saadakse asbesti ja vaigu segudest.
Tänapäeval asbesti kasutamine ei ole lubatud.
Pidurilintidele lisatakse tugevduseks ka messingtraati.
Fenoplastid võivad olla veekindlad, kuumuskindlad, happekindlad, suure löögisitkusega ning elektrit mittejuhtivad materjalid.
Epoksüplast (EP) – kahekomponentne, kõvendi abil saadakse näit.
heade omadustega liim .
Tabel 1.2 Põhiliste termoreaktiivide omadused
Plast
Omadused
Tihedus
kg/m3
Rm N/mm2
A
%
AU
J/m2
Epoksü-plast (EP)
Klaasplast (EP+klaas-kiud)
Fenoplast (PF)
Aminoplast (UF, MF)
1850
1900…2200
1275
1550
60
II 2100
 950
# 200
35…55
40…90
4
5,2…7
0,5
8…10
1…1,5
II – piki kiudu,  - risti kiudu, # - orienteerimata kiuga
ELASTOMEERID
Kummi - Kummi on kõrgelastne materjal, mille põhiline koostisosa on vulkaniseeritud kautšuk.
Omadused:

• Suhteline (pöörduv) deformatsioon kuni 1000%,
  
• tihedus 870-930 kg/m3,
  
• hea elektriisolaator ( eritakistus 1012 ... 1015 m).
  

Saamine:
Saadakse kautšuki vulkaniseerimisel (protsessi leiutas Charles Goodyear 1839), sõltuvalt lähtekautšuki omadustest saadakse mitmeid eriomadustega kummisorte.
Lähteainenena kasutatav kautšukitaimede (tätsaim brasiilia hevea , Hevea brasiliensis) lateks koaguleeritakse esmalt happega, töötluse tulemusena saadakse kõrge molekulmassiga (70 000 ... 2 500 000) looduslik kautšuk.
Vulkaniseerimise käigus väävli manulusel tekkivad polümeeri molekulide vahele 2-10 väävli aatomi pikkused ristsidemed, muutes oluliselt materjali elastseid omadusi.
Vulkaniseerimisel suure hulga väävliga saadakse mitteelastne nn. kõvakummi e. eboniit.
Lisandina sisaldab kummi täiteaineid ( tahma või valgetahma (ränidioksiid), plastifikaatoreid, stabilisaatoreid, pigmente jms.).
Current sources
Close to 21 million tons of rubber were produced in 2005 of which around 42% was natural. Since bulk of the rubber produced is the synthetic variety which is derived from petroleum, the price of even natural rubber is determined to a very large extent by the prevailing global price of crude oil. Today Asia is the main source of natural rubber, accounting for around 94% of output in 2005. The three largest producing countries ( Indonesia , Malaysia and Thailand) together account for around 72% of all natural rubber production .
[edit] Cultivation
A tree woman in Sri Lanka in the process of harvesting rubber.
Rubber latex is extracted from Rubber trees . The economic life period of rubber trees in plantations is around 32 years – 7 years of immature phase and about 25 years of productive phase.
Kasutamine:

• Autorehvid,
  
• veekindlad riided ja jalanõud,
  
• kummikindad,
  
• elektrijuhtmete isolatsioon ,
  
• kustutuskummi.
  

Sünteetiline kautšuk - Tänapäeval on looduslike kautšukite kõrval kasutusel ka sünteeskummid (elastomeerid), mis võimaldavad materjali omaduste laiemat varieerimist.
See on eetrite ja estrite reaktsioonisaadus. Tihedus 1210 … 1250 kg/m³ . Sünteetilisel kautšukil on suur kulumiskindlus, elastsus ja tõmbetugevus.
Omadused:

• Väike kuumuskindlus ( kuni 130ºC ),
  
• külmakindlus - 35ºC,
  
• veekindlus,
  
• happe- ja leelisekindlus.
  

Sellest kautšukist valmistatakse jalatseid, taldu, kaablikatet, tihendeid, kiirguskaitseriietust.
Polüuretaan - sünteetiline kiud, mida kasutatakse kangaste töötlemisel või vahtmaterjali valmistamisel.
Valmistatakse ka veermikudetaile autodele, mis on väga vastupidavad, aga 5-8 korda kallimad kui samad kummist detailid.
Silikoon - räniorgaaniline polümeer, mida kasutatakse lakkide, värvide, isoleermaterjalide jms. valmistamiseks ning teatavate plastmasside sideainena.
Plastide töötlemine
Plastide tootmine ja töötlemine oleneb plasti tüübist ja toote konstruktsioonist.
Termoplaste peamiselt valatakse, vormitakse ja töödeldakse ekstruuderiga.
Termoreaktiive pressitakse , valatakse ja vormitakse.
Mõlema puhul kasutatakse ka lõiketöötlemist (trei­mist, freesimist, saagimist, puurimist).
Keevitamist on võimalik rakendada ainult termoplastide puhul.
Tehnoloogiliselt olulised omadused, mis mää­ra­vad plastide töödeldavuse on:

• sulavoolavus/sulaviskoossus,
  
• niiskusesisaldus ,
  
• termostabiilsus,
  
• kompaundi koostis (segu terviklik koostis, mis on töötlemisvalmis ja sisaldab juba kõiki vajalike lisandeid),
  
• kahanemine.
  

Enamik plastide töötlemise protsesse koos­neb järgnevatest operatsioonidest:

• soojendamine pehmenemiseni,
  
• vormimine ,
  
• jahutamine ( tardumine ),
  
• toote eraldamine.
  

Plastid ja auto
Plastide osakaal auto massist ca 15% ( mahust palju enam).
Peamised kasutuskohad:

• siseviimistlus
  
• esiosa detailid( põrkeraud, võre jms.)
  

Arengusuunad :

• Mootoridetailid
  
• Keredetailid, mis parandavad passiivset ohutust
  
• Esiosa moodulid
  

Klaas
Omadused:

• Suur tihedus,
  
• soodne hind,
  
• hästi sulatatav ja töödeldav,
  
• vastupidav pind
  
• optilised omadused
  

Autotehnikas kasutatakse põhiliselt kereelemendina. Kleebitud kujul tugevdab kere .
Isoleerib , võib vähendada päikese UV kiirgust.
Klaas koosneb 75% ulatuses kvartsliivast ja naatriumsulfaadist ning kaltsiumist.
Komponendid sulatatakse ca. 1600 o C juures koos vana klaasiga kokku. Jahutatakse aeglaselt tinaga täidetud vannis. Klaas võtab vanni kuju. Painutamiseks kuumutatakse uuesti ca 600 o C –ni. Jahutatakse kiiresti ventilaatoritega ( karastatud klaas).
Sellist klaasi kasutatakse külje- ja tagaklaasina. Purunemisel ei teki terava servaga kilde!
Tuuleklaas on mitmekihiline . Pärast iga kuumutamist jahutatakse aeglaselt. Klaaside vahel kile. Kui kogu õhk on klaaside ja kile vahelt eemaldatud , muutub see läbipaistvaks. Ohutuse pärast toodetakse tuuleklaase üle 30 a. nii.
Kile võib olla toonitud (2007.a. seisuga üle 500 väga õhukese kile variandi paksusega 0,01 mkm. Samuti võib vahel olla soojenduselement.