מבוא להנדסת פלסטיקה - מחברת קורס - קובץ PDF

‫‪V2‬‬
‫מבוא להנדסת פלסטיקה – מחברת קורס‬
‫קטגוריות פולימרים‬
‫קבוצות טיפוסיות בפולימרים‪:‬‬
‫פולימירים קשיחים וצפידים (‪)Glassy polymer‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫אין להם נקודת כניעה‪.‬‬
‫אין להם דפורמציה פלסטית‪.‬‬
‫מודולוס גבוהה (קשיח)‪.‬‬
‫דוגמא‪ :‬פוליסטירן‬
‫חומרים גבישים למחצה (‪)Semi crystalline‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫יש להם נקודת כניעה‬
‫התארכות מאוד גדולה – יכולת ספיגת אנרגיה טובה‪.‬‬
‫דוגמא‪ :‬דלרין‬
‫אלסטומרים (‪)Elastomer‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫רכים‪.‬‬
‫התארכות גדולה‪.‬‬
‫דוגמא‪EPDM :‬‬
‫חומרים מרוכבים (‪)Composites‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫מטריצה פולימרית המחוזקת ע"י סיבים‪.‬‬
‫חוזק גבוהה‪.‬‬
‫משקל נמוך‪.‬‬
‫דוגמא‪GFRP , CFRP :‬‬
‫מושגי יסוד‬
‫חומר אמורפי‬
‫חומר אמורפי ‪ -‬חומר שאין בו פאזה גבישית‪.‬‬
‫בחומר אמורפי קיימים רק שרשראות שביניהם יש קוהזיה חזקה (דבוקות אחת לשניה)‪.‬‬
‫על פני טווח טמפ' השינוי בכח הקוהוזיה איננו לינארי‪.‬‬
‫חומרים אמורפיים מתאימים לעיבוד בחום (‪ )Thermo-forming‬בגלל שיש להם מעבר אחד‬
‫מנוזל למצב מוצק קשיח‪ ,‬אין שלב בצק‪.‬‬
‫בחומרים אמורפיים הסדקים מתקדמים מאוד מהר‪ ,‬ולכן הם שבירים‪.‬‬
‫סדק מתפתח ב ‪ 3‬שלבים‪ :‬איניציאציה (היווצרות הסדק)‪ ,‬פרופגציה (התקדמות הסדק)‪ ,‬טרמינציה‪.‬‬
‫סדקים מתקדמים כל עוד הם חדים מכיוון שמקדם ריכוז המאמצים בקצה הסדק הוא גבוהה מאוד‪.‬‬
‫חומרים אמורפיים הם שקופים‪ ,‬מבריקים‪ ,‬טבי פני שטח מעולה (אין גבישים שיוצרים הפרעות‬
‫אופטיות)‪.‬‬
‫חומרים גבישיים‬
‫פאזה גבישית ‪ -‬מבנה מסודר של אטומים שחוזר על עצמו ויוצר סריג‪.‬‬
‫חומרים סמי‪-‬קריסטלינים‬
‫חומרים שהם בחלקם גבישיים (לא בהכרח חצי גבישיים)‪.‬‬
‫בד"כ קשיחים וחזקים‪.‬‬
‫פאזה גבישית מקנה עמידות כימית‪.‬‬
‫לחומר גבישי קשה לעשות תרמופורמינג בגלל שהגבישים נשארים בחומר גם כשהוא במצב נוזלי‪.‬‬
‫קומפאונד (‪)Compound‬‬
‫קומפאונד – תרכובת ‪ -‬שילוב של מספר חומרים על מנת לקבל תכונות רצויות‪.‬‬
‫לחמורים פלסטיים מוסיפים תוספים שמאפשרים קבלת תכונות נדרשות‪.‬‬
‫דוגמאות לתוספים‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫מעכבי בעירה (‪.)FR‬‬
‫צבע‪.‬‬
‫עמידות בקרינה ‪.UV‬‬
‫סיבי זכוכית (‪.)GF‬‬
‫סיבי פחמן (‪.)CF‬‬
‫חומרים מגמישים‪.‬‬
‫משפרי אימפקט (‪ – )IM‬תוספים שמטרתם לשפר את עמידות החומר בפני חבטות‪ .‬תוספי‬
‫‪ IM‬פועלים במנגנון של עצירת התקדמות סדקים‪ ,‬על ידי כך שהם יוצרים מכשולים אלסטיים‬
‫להתקדמות הסדק‪.‬‬
‫מלאנים (‪– )Fillers‬מינרלים‪ ,‬גיר‪ ,‬סיליקה‪ ,‬טלק ‪-‬מוסיפים על מנת לתפוס נפח (מלאנים)‪,‬‬
‫ובכך לחסוך בחומר ובעלויות‪.‬‬
‫הולכה חשמלית – ניתן להוסיף אבקות מתכתיות או סיבים‪ ,‬שגורמים להולכת חשמל לדוגמא‬
‫למטרת פריקת חשמל סטטי‪.‬‬
‫פולימר (‪)Polymer‬‬
‫פולימר – מאקרו‪-‬מולקולה הבנויה מיחידות חוזרות‪.‬‬
‫פולימרים עשויים ממרכיבים (מונומרים) החוזרים על עצמם‪.‬‬
‫יש פולימרים שנוצרים באופו טבעי (צלולוזה‪ ,‬עמילן‪ ,‬קורי‪-‬עכביש‪ ,‬משי)‬
‫ויש פולימרים סינטטיים‪ ,‬שמקורם בתוצרי נפט‪.‬‬
‫פילמור (‪)Polymerization‬‬
‫פילמור ‪ -‬תהליך שבו מולקולות מונומר מתחברים יחדיו ויוצרים בינהים קשרים ומתקבלים שרשאות‬
‫ארוכות של פולימר‪.‬‬
‫התהליך מתרחש בתוך ריאקטור (מתקן יקר מאוד‪ ,‬גדול מאוד‪ ,‬צריכת חשמל גבוהה‪ ,‬תהליך מסובך)‬
‫התהליך דורש חום‪ ,‬לחץ‪ ,‬וזרזים מיוחדים‪ ,‬בתנאים מבוקרים מאוד‪.‬‬
‫לריאקטור מכניסים חומר שמצב הצבירה שלו הוא גז או נוזל‪ ,‬ולאחר ביצוע התהליך‪ ,‬יוצא מהריאקטור‬
‫פולימר‪.‬‬
‫כאשר מכניסים לריאקטור מונומר יחיד (‪ )Single‬מתקבל הומופולימר‪.‬‬
‫כאשר מכניסים לריאקטור מספר מונומרים‪ ,‬מתקבל קו‪-‬פולימר‪.‬‬
‫זרז‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫הזרז בד"כ בריכוז מאוד נמוך‪.‬‬
‫סוג הזרז מגדיר את הצורה שבו יסתדרו הפולימרים‪.‬‬
‫הזרזים הם מאוד ספיצייפים‪ ,‬וכל זרז מתאים לחומר מסויים‪.‬‬
‫הזרז איננו משתנה את המצב התרמודינמי‪ ,‬אלא רק גורם לאקטביציה של התהליך‪.‬‬
‫תכונות של פולימרים מושפעים מ‪:‬‬
‫מבנה ראשוני – מאיזה מונומרים בנינו את הפולימר‪ ,‬תנאי הסינטזה בריאקטור‪ ,‬דרת פילמור (‪,)DP‬‬
‫מבנה שיניוני – רמת סדר בשרשרת‪ ,‬הסתעפויות‪ ,‬אורך השרשראות‪ ,‬התארגנות במרחב‪.‬‬
‫מבנה ראשוני‬
‫הומו‪-‬פולימר (‪)Homopolymer‬‬
‫הומופולימר ‪ -‬פולימר הבנוי מאותם השרשראות של מונומר אחד בלבד‪.‬‬
‫דוגמא‪ :‬פוליפרופילן (בנוי ממונומר של פרופילן)‪ ,‬פוליאתילן‪ ,‬פוליאמיד‪.‬‬
‫הומופולימרים נוטים (לא כולם) להתגבש ‪ -‬כל הפולימרים הגבישים הם הומופולימרים‪.‬‬
‫קופולימר (‪)Copolymer‬‬
‫קופולימר (‪ – )Copolymer‬פולימר המורכב מ‪ 2‬מונומרים או יותר‪.‬‬
‫קופולימרים מאפשרים השגה של תכונות רצויות עוד בשלב תוצרת הריאקטור‪.‬‬
‫קופולימר רנדומלי (‪)Random copolymer‬‬
‫פולימר המורכב ממספר סוגים של מונומרים (‪ 2‬או יותר)‪ ,‬מבנה אקראי לחלוטין‪.‬‬
‫(‪)ABA-BABB-AAA-BBA‬‬
‫קופולימר מאפשר קבלת תכונות רצויות‪.‬‬
‫בד"כ חומרים אלסטיים מכיוון שחומרים קשיחים דורשים סדר‪ ,‬וסדר דורש שקבוצות מאותו‬
‫סוג יתארגנו‪.‬‬
‫אי‪-‬סדר פוגם ביכולת למצות את הפוטנציאל‪.‬‬
‫רנדום קופילמר הם בד"כ חומרים רכים‪ ,‬אלסטיים‪ ,‬שקופים (מכיוון שהם אינם נוטים‬
‫להתגבש)‪.‬‬
‫רנדום קופולימר הוא בד"כ יותר אלסטי ורך מהמונומרים שמה הוא נוצר‪.‬‬
‫קופולימר מתחלף (‪)Alternate Copolymer‬‬
‫פולימר המורכב ממספר סוגים של מונומרים (‪ 2‬או יותר)‪ ,‬במבנה של בלוקים מסודרים‬
‫לחילופין‪.‬‬
‫(‪)AAA-BBB-AAA-BBB-AAA-BBB‬‬
‫בפועל משפחה זה היא נדירה יותר‪ ,‬ולכן פחות נתייחס אליה בקורס‪.‬‬
‫בלוק קופולימר (‪)Block Copolymer‬‬
‫בלוקים של מונומרים שחוזרים על עצמם במקבצים גדולים (בלוקים)‪.‬‬
‫כל בלוק הוא טהור מבחינת המונומרים שלו‪.‬‬
‫בלוק קופולימר מורכב מהרבה יחידות חוזרות‪ .‬דוגמא‪:‬‬
‫‪ AAA x100   BBB  x200‬‬
‫בין הבלוקים יש קשר כימי ולכן לא ניתן להכין מכל שילוב של מונומרים בלוק‪-‬קופולימר‪.‬‬
‫מבחינת מאמצים החומר מתפקד כמקשה אחת‪ ,‬ואין הפרדות‪.‬‬
‫בזכות השילוב של מספר חומרים ניתן לקבל תכונות רצויות‪ ,‬ולכן חומרים בלוק‪-‬קופולימרים‬
‫הם שימושיים ונפוצים מאוד בתעשייה‪.‬‬
‫הזרז קובע את גודל הבלוקים‪ ,‬ואת הסדר שלהם‪.‬‬
‫דרגת פילמור (‪)Degree of Polarization‬‬
‫דרגת פילמור (‪ - )DP‬מדד לכמות היחידות החוזרות‪.‬‬
‫ככל שכמות השרשראות גדולה יותר (‪ DP‬גבוהה יותר)‪ ,‬הקשר נהיה חזק יותר‪ ,‬והחומר חזק יותר‪.‬‬
‫החומר מתחזק מכיוון שמבחינה סטטיסטית יש יותר הסתברות לחיכוך בין השרשראות‪ ,‬ולכן החיכוך‬
‫הפנימי של השרשאות תורם לחוזק‪.‬‬
‫ככל שה‪ DP‬של החומר הוא גבוהה יותר‪ ,‬כך הצמיגות שלו גבוהה יותר‪.‬‬
‫צמיגות גבוהה היא בעייתית כאשר מעוניינים להזריק את החומר לתוך תבנית‪ ,‬וכאשר הצמיגות היא‬
‫גבוהה מידי‪ ,‬לא ניתן להזריק את החומר כלל‪.‬‬
‫מבנה שיניוני‬
‫מבנה שיניוני ‪ -‬אינטרקציות בין שרשראות הפולימרים‪.‬‬
‫השרשראות בנויים מאטומים שונים‪ ,‬בעלי אלקטרושליליות שונה‪ ,‬ולכן נוצרים כוחות שיניונים חזקים‬
‫בין השרשראות‪.‬‬
‫סוגי הכוחות‪:‬‬
‫קשרי ואן‪-‬דר‪-‬וולס – קשרים חלשים בין מולקולות‪.‬‬
‫ולכן חומרים בעלי קשרי ואן‪-‬דר‪-‬ואלס הם בעלי חוזק נמוך‪ ,‬רכים‪.‬‬
‫דוגמאות‪ :‬פוליאתילן‪ ,‬פוליפרופילן‬
‫קשרים פולריים –‬
‫דוגמאות‪ :‬פוליאסטרים‬
‫קשרי מימן – קשרים חזקים‪.‬‬
‫חומרים בעלי קשרי מימן הם בעלי חוזק בינוני‬
‫דוגמאות‪ :‬פוליאמידים (ניילונים)‬
‫קשרים קווולנטיים – קשרים חזקים מאוד‪.‬‬
‫דוגמאות‪ :‬תרמוסטים‪.‬‬
‫המבנה המרחבי של השרשרת משפיע על תכונות החומר‪.‬‬
‫עיוותים פנימיים פוגמים בפוטנציאל של השרשראות ליצור קשרים שינויינים‪.‬‬
‫כוחות שיניוניים תלוים בסוג החומר ובתהליך הייצור‪.‬‬
‫גיאומטריה של קבוצות צד‬
‫הפרעות מרחביות (סטריות) ‪ -‬הפרעות מרחביות מונעות מהשרשראות להתחבר‪.‬‬
‫סיעוף (‪ – )Branching‬צמתים בשרשראות שמהם יוצא מבנה מסועף‪ ,‬השרשרת מתפצלת לקבוצות‬
‫צד‪.‬‬
‫הסיעוף מתבצע בריאקטור‪.‬‬
‫הסתעפות מורידה את היכולת של החומר להתגבש‪ ,‬ולכן קל להמיס אותו בממסים‪ ,‬קל להדביק אותו‪.‬‬
‫הסתעפות מקטינה את החוזק של החומר‪.‬‬
‫הסתעפות מקטינה את הקשיחות של החומר‪.‬‬
‫ככל ששרשראות הצד ארוכות יותר‪ ,‬הם מקורזלות יותר‪ ,‬והחומר רך יותר‪ ,‬וטמפ' התכה קטנה יותר‪.‬‬
‫קבוצות כימיות גדולות‬
‫כאשר ישנם קבוצות צד העשויות ממולקולות השונות מהשרשרת‪.‬‬
‫קבוצות צד מקורזלות (‪)Coils‬‬
‫שרשראות הצד תופסות נפח ולכן מפריעות לשרשראות הראשיות להתחבר‪.‬‬
‫מקנות גמישות (אלסטיות)‪ ,‬עמידה באימפקט‪.‬‬
‫ירידה בחוזק‪.‬‬
‫חומרים אלסטומרים הם בעלי שרשראות מקורזלות‪ ,‬ולכן הם רכים‪.‬‬
‫קבוצות צד קשיחות (צפידות)‬
‫מקנות קשיחות ועלייה בחוזק‪.‬‬
‫קבוצות צד ארומטיות‬
‫מבנה צפיד בצורת אום (ככה מסמנים אותם)‪.‬‬
‫המולוקולות מקורן בחומר שנקרא בנזן שהוא בעל ריח חריף (ארומטי מאוד)‪.‬‬
‫כאשר הקבוצות הארומטיות נמצאות בפולימרים‪ ,‬הריח כבר לא רלוונטי כי הפולימר אינו‬
‫נדיף‪.‬‬
‫עמידים בחום‪.‬‬
‫מעלים טמפ' התכה‪.‬‬
‫מעלים את החוזק של החומר‪.‬‬
‫מעלים את קשיחות החומר‪.‬‬
‫לדוגמא פוליאסטר ארומטי לעומת פוליאסטר לא‪-‬ארומטי‪:‬‬
‫פוליאסטר ארומטי ‪ - PET‬טמפ' התכה גבוהה‪ ,‬חוזק גבוהה‪.‬‬
‫פוליאסטר לא ארומטי – טמפ' התכה נמוכה ‪ , Tm  30 C‬חוזק נמוך מאוד‪.‬‬
‫כל ההבדל ביניהם הוא בטבעות ארומטיות‪.‬‬
‫דוגמא לחומרים עם קבוצות צד ארומטיות‪ :‬פוליקרבונט‪,ABS ,‬‬
‫גיאומטריה תלת‪-‬מימדית של המולקולות‬
‫טקטיות – הסדר הגיאומטרי התלת‪-‬מימדי של קבוצות הצד‪.‬‬
‫הזרז קובע את הגיאומטרי של השרשראות‪.‬‬
‫איזו‪-‬טקטיק (‪)ISOTACTIC‬‬
‫קבוצות הצד מסודרות באופן אחיד‪.‬‬
‫חזק‪.‬‬
‫סינדיו אטקטי (‪)SYNDIOTACTIC‬‬
‫קבוצות הצד מסודרות לסירוגין‪.‬‬
‫א‪-‬טקטי (‪)ATACTIC‬‬
‫חסר סדר‪.‬‬
‫תרמופלסטיים ‪ /‬תרמוסטיים‬
‫תרמופלסטיים (‪TP )Thermoplastic‬‬
‫תרמופלסטיים ניתנים לעיצוב בחום‪.‬‬
‫תרמו = חום ‪ ,‬פלסטי = עיבוד פלסטי‪.‬‬
‫ניתן להתיך אותם ולהשתמש מחדש‪ ,‬בדומה למתכות‪.‬‬
‫בין המולקולות הענקיות אין קשרים חזקים ולכן באמצעות חום ניתן להרחיק את השרשראות‪.‬‬
‫תרמופלסטים מאופיינים בחוזק‪ ,‬עמידות בכימיקלים‪ ,‬עמידות בחום‪.‬‬
‫חומרים תרמופלסטיים יכולים להיות אמורפים או גבישיים‪.‬‬
‫חומרים תרמופלסטיים אמורפים הם שקופים‪.‬‬
‫תרמופלסטיים נוטים להתגבש (חלקית)‪ ,‬ולכן הם אינם שקופים לגמרי‪.‬‬
‫תרמוסטיים (‪TS )Thermosetting‬‬
‫תרמו= חום ‪ ,‬סט = קבוע‪.‬‬
‫תרמוסטים אינם ניתנים להתכה לאחר שעברו תהליך פולרמיזציה‪.‬‬
‫לא ניתן להתיך תרמוסט ‪ -‬בחשיפה לאש התרמוסט יתפחם אך לא יתנזל‪.‬‬
‫תרמוסטים עמידים בחום עד לטמפ' של ‪200 C‬‬
‫עמידים לשנים ארוכות‪.‬‬
‫תרמוסטים יותר יקרים בהשוואה לתרמופלסטים‪.‬‬
‫חומרים שעוברים תהליך של צילוב הם תרמוסטיים‪.‬‬
‫חומרים תרמוסטים הם אמורפיים (ולכן שקופים)‪.‬‬
‫צילוב (‪)Cross linking‬‬
‫בתהליך הצילוב מייצרים קשרים נוספים חזקים (קו‪-‬וולנטים) בין שרשראות הפולימר ונוצרת רשת‬
‫תלת‪-‬מימדית‪.‬‬
‫הצילוב מתבצע ע"י ריאקציה כימית‪ ,‬בשילוב עם חום‪.‬‬
‫הצילוב מייצר כוחות קו‪-‬וולנטים (כוחות חזקים) בין השרשראות‪.‬‬
‫בזכות הצילוב‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫שיפור עמידות כימית‪.‬‬
‫שיפור עמידות בחום‪.‬‬
‫שיפור עמידות בזחילה‪.‬‬
‫ריאקציית הצילוב מתבצעת בקלות ע"י ערבוב של חומר מצלב‪.‬‬
‫תהליך הצילוב לא דורש תנאי בקרה מיוחדים‪.‬‬
‫צילוב ניתן לבצע גם ע"י הקשייה באור (כמו אצל הרופא שיניים)‪.‬‬
‫צילוב קיים רק בחומר אמורפי (אין חומר גבישי מצולב)‪.‬‬
‫‪ ‬אפוקסי הוא דוגמא לחומר שעובר צילוב‪.‬‬
‫כאשר מערבבים את הקומפוננטטות של האופקסי‪ ,‬אחד מהקופוננטות הוא המצלב‪.‬‬
‫‪ ‬בחומרים אלסטומרים האלסטיות מתאפשרת ע"י צילוב‪ ,‬השרשראות מחוברות אחת לשניה כמו‬
‫קפיצים וזה גרם להחזרה של השרשראות למקום לאחר הסרת הכח (חזרתיות)‪.‬‬
‫‪ ‬צמיגים של רכב הם מצולבים‪ ,‬ולכן הם מחזיקים מעמד לאורך ק"מ רבים‪.‬‬
‫הם אינם מתעייפים אלא רק נשחקים‪.‬‬
‫צמיגים אינם ניתנים למיחזור‪ ,‬מכיוון שהם עברו צילוב והם תרמוסטים‪.‬‬
‫פולימרים מצולבים הם אמורפיים‪.‬‬
‫לכן במעבר שלהם אין התכה ואין התנזלות‪ ,‬יש רק מעבר בין קשיח לאלסטי‪.‬‬
‫טבלת השוואה בין תרמוסטים לתרמופלסטיים‬
‫תרמוסטים‬
‫)‪Thermoset (TS‬‬
‫עיבוד בתנאי החדר‬
‫עיבוד חוזר בחום‬
‫תאימות לסדרות ייצור קטנות‬
‫תאימות לסדרות ייצור גדולות‬
‫עלות ציוד‬
‫עלות החומר גלם‬
‫עמידות כימית (באופן כללי)‬
‫מיכשור זול‪.‬‬
‫אינם ניתנים לעיבוד חוזר‪.‬‬
‫מתאים לסדרות קטנות‪.‬‬
‫מתאים ליצירת אבי טיפוס‪.‬‬
‫תבניות ייצור זולות‪.‬‬
‫אפשרי‪ ,‬אבל יקר‪.‬‬
‫נמוכה‪.‬‬
‫במצב נוזלי הם מאוד דלילות (כמו‬
‫מים)‬
‫לחצים נמוכים‬
‫אינם שוחקים את הציוד‪.‬‬
‫גבוהה – גבוהה מאוד‪.‬‬
‫סיליקונים ‪ 10$‬לק"ג‬
‫אפוקסי ‪ 15$‬לק"ג‬
‫פוטופולימרים ‪ 20-50$‬לק"ג‬
‫שרף פוליאמיד ‪ 30$‬לק"ג‬
‫טווח רחב של עמידות כימית מעולה‪.‬‬
‫טווח רחב של עמידות בפני חומצות‪,‬‬
‫בסיסים‪ ,‬ממסים‪.‬‬
‫עמידות בטמפ' גבוהה‬
‫עמידים בטמפ' גבוהה‪.‬‬
‫עמידות בנגיפה (אימפקט)‬
‫אינם עמידים בנגיפה‪.‬‬
‫שבירים (בגלל הצילוב)‪.‬‬
‫קצב ייצור איטי‪( .‬דקות – שעות)‬
‫מהירות ייצור‬
‫זחילה‬
‫שקיפות‬
‫התכווצוות לאחר הייצור‬
‫יכולת הידבקות לצבעים ודבקים‬
‫עמידות כנגד התקדמות סדקים‬
‫(‪)ESC‬‬
‫דוגמאות‬
‫תרמופלסטיים‬
‫)‪Thermoplastic (TP‬‬
‫יקר ‪ -‬דורש מכשור מיוחד‪.‬‬
‫ניתנים לעיבוד חוזר‪.‬‬
‫אינו מתאים לסדרות ייצור קטנות‪.‬‬
‫תבניות ייצור יקרות‪.‬‬
‫מתאים‪.‬‬
‫גבוהה מאוד‪.‬‬
‫החומר במצב נוזלי הוא מאוד צמיגי‪.‬‬
‫תבנית צריכה לעמוד בלחצים גבוהים‬
‫מאוד‪.‬‬
‫אם יש סיבי זכוכית התבנית נאכלת‪,‬‬
‫ולכן הפלדות צריכות להיות מאוד‬
‫קשות‪.‬‬
‫נמוכה – בינוני‪.‬‬
‫פוליאתילן ‪ 1.5$‬לק"ג‬
‫פוליסולפון ‪ 10$‬לק"ג‬
‫ניילון ‪ 10$ 12‬לק"ג‬
‫עמידות כימית פחות טובה‪.‬‬
‫ניתן למצוא חומרים תרמופלסטיים‬
‫מסויימים שכן מתאימים לשירות‬
‫בסביבות כימיות ספציפיות‪.‬‬
‫צריך לבחור את החומר המתאים‬
‫לסביבה המתאימה‪.‬‬
‫לא עמידים בטמפ' גבוהה‪.‬‬
‫יש מגוון מצומצם של חומרים‬
‫תרמופלסטים עמידים בחום‪ ,‬אך הם‬
‫יקרים‪.‬‬
‫עמידים בחבטה‪.‬‬
‫קצב ייצור גבוהה‪( .‬שניות למוצר)‬
‫עמידות מעולה כנגד זחילה‪.‬‬
‫נמוכה מאוד‪.‬‬
‫ולכן ניתן לייצר חלקים מדוייקים מאוד‪.‬‬
‫יכולת טובה מאוד‪.‬‬
‫סביר‪.‬‬
‫אפוקסי‪ ,‬גומי סיליקוני‪ ,‬אלסטומרים‬
‫מצולבים‪.‬‬
‫ניילון‪ ,ABS ,‬אצטל (דלרין)‪ ,‬פוליקרבונט‬
‫טבלת השוואה בין תרמופלסטיים אמורפים לתרמופלסטיים סמי‪-‬קריסטליניים‬
‫שקיפות‬
‫עמידות כימית‬
‫רגישות לסדקים (‪)ESC‬‬
‫עמידות בחום‬
‫התכווצות טרמית‬
‫תרמופלסטיים אמורפיים‬
‫‪AM-TP‬‬
‫בד"כ שקופים‪ ,‬לא תמיד‪.‬‬
‫חלקית‪.‬‬
‫רגישים‪.‬‬
‫סדקים מתקדמים מהר‪.‬‬
‫תלוי בסוג‪ .‬אי אפשר להכליל‬
‫התכווצות נמוכה בזמן ייצור‪.‬‬
‫יכולת צביעה והדבקה‬
‫קל לצבוע לאחר הייצור‪.‬‬
‫הדבקה טובה לצבעים‬
‫ודבקים‪.‬‬
‫דוגמאות‬
‫פוליקרבונט‪,PVC ,ABS ,‬‬
‫פוליסטירן‪ ,‬אקריל ‪PMMA‬‬
‫(פרספקס)‬
‫תרמופלסטיים סמי‪-‬קריסטלינים‬
‫‪SC-TP‬‬
‫לא שקופים לגמרי‪( .‬עכורים)‬
‫עמידים בסולבנטים (ממסים)‪.‬‬
‫אינם רגישים‪.‬‬
‫תלוי בסוג‪ .‬אי אפשר להכליל‬
‫התכווצות גדולה בזמן ייצור‪.‬‬
‫התכווצות לא אחידה‪.‬‬
‫קשה לצבוע – צריך לבצע תהליכים‬
‫נוספים‪.‬‬
‫יכולת הידבקות גרועה‪.‬‬
‫פוליפרופילן‪ ,‬פוליאתילן‪ ,‬אצטל‬
‫(דלרין)‪ ,‬פוליאמיד (ניילון)‪,PET ,‬‬
‫‪ ,TPU‬טפלון‬
‫‪ – )ESC( Environmental Stress Cracking‬תופעה שבה סדקים נוצרים בחומר בעקבות שילוב של‬
‫מאמץ (אפילו קטנים) וסביבה כימית (סולבנטים‪ ,‬אלכוהול‪ ,‬דלקים‪ ,‬שמנים)‪.‬‬
‫דוגמאות לפולימרים נפוצים‬
‫‪PET‬‬
‫נק' התכה ‪Tm  265 C‬‬
‫נק' מעבר זכוכיתי ‪Tg  74‬‬
‫חומר חזק ‪UTS  60  180 MPa ‬‬
‫בעובי דופן גדול‪ ,‬קשה מאוד למנוע ממנו לעבור למצב גבישי‪ ,‬ואז הוא שביר מאוד‪.‬‬
‫יש בו כוחות פולריים (לא מצולב‪ ,‬אין בו קשרי מימין)‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬בקבוקים (סודה)‪,‬‬
‫יתרון בניפוח בקבוקים ‪ -‬מכיוון שמנפחים אותו בצורה רדיאלית‪ ,‬הבקבוק מתחזק ב‪ 3‬צירים‪.‬‬
‫ולכן הוא מתחזק בכל הכיוונים‪.‬‬
‫לעומת זאת כאשר מותחים יריעה‪ ,‬אז החומר מתחזק בכיוון מסויים ולכן מתקבל חומר אנ‪-‬איזוטרופי‪.‬‬
‫פוליקרבונט‬
‫חומר אמורפי (ולכן שקוף)‪.‬‬
‫חומר חזק‪.‬‬
‫מבריק‪.‬‬
‫יקר פי ‪ 2‬מ‪.PET‬‬
‫רגיש לשמנים‪.‬‬
‫יכולת לספוג הרבה אנרגיה בנגיפה‪.‬‬
‫על מנת לשפר לו את האימפקט מוסיפים לו תוספים משפרי אימפקט (‪.)Impact modifier‬‬
‫שימושים‪ :‬מיגונים‪ ,‬קסדות‪ ,‬מסכים של טלפונים פשוטים‪ ,‬חלונות ממוגנים‬
‫ביספנול ‪A‬‬
‫‪ BPA‬הוא אחד מחומרי המבנה החשובים ביותר‪( .‬הוא לא פולימר)‬
‫על מנת להפוך אותו לפולימר‪ ,‬צריך לסנטז אותו‪.‬‬
‫מיוצר מנפט ובנוי מ‪ 2‬טבעות ארומטיות‪.‬‬
‫כאשר מכניסים אותו לתוך השרשרת של הפולימר מקבלים חומרים חזקים‪ ,‬קשיחים‪ ,‬עמידים בחום‪.‬‬
‫רעילות – ישנו אי‪-‬וודאות לגבי האם שרידים של ‪ BPA‬שנשארו בחומר ולא סונטזו‪ ,‬מעודדים תגובות‬
‫הורמונליות‪.‬‬
‫פוליאתילן (‪)PE‬‬
‫תרמופלסט (‪.)TP‬‬
‫נק' התכה ‪Tm  135 C‬‬
‫נק' מעבר זכוכיתי ‪- Tg  70 C‬‬
‫‪UTS  25 MPa ‬‬
‫לכן טווח רחב שבהם הוא לא שביר שמאפשר שימוש ביישומים שונים‪.‬‬
‫התארכות מאוד גבוהה – מסוגלים לספוג הרבה אנרגיה‪.‬‬
‫ישנם משפחה של פוליאתילן שהם בעלי זרימה שמתאימים לניפוח‬
‫ישנם משפחה של פוליאתילן שמתאימים להזרקה דלילים יותר‪.‬‬
‫ההבדל ביניהם הוא באורך של השרשראות – פחות חיכוך בין השרשראות‪.‬‬
‫בהתאם לסוג הזרז‪ ,‬ניתן לקבל מבנים שונים של פוליאתילן‪:‬‬
‫‪ – LDPE‬מבנה מסועף‪ ,‬חומר זול‪ ,‬רך‪ ,‬טמפ' התכה ‪Tm  105 C‬‬
‫שימושים‪ :‬שקיות (מייצרים בשיטת ניפוח)‪.‬‬
‫‪ – HDPE‬מבנה ליניארי‪ ,‬חזק יותר‪ ,‬טמפ' התכה ‪Tm  135 C‬‬
‫שימושים‪ :‬צינורות השקייה‪ ,‬מיכלי אגירת מים‪ ,‬חוטי קשירה חד‪-‬פעמיים (חוט בלאי)‪,‬‬
‫חסרון – סופח שמנים‪.‬‬
‫פוליסטירן (‪)PS‬‬
‫שביר‪.‬‬
‫קשיח מאוד‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬כפיות חד פעמיות‪,‬‬
‫פוליפרופילן (‪)PP‬‬
‫קופולימר‪.‬‬
‫חוזק ‪. 23 MPa ‬‬
‫תוספת של סיבים ניתן להגיע ל ‪( . 60 MPa ‬מפסידים‪ :‬ירידה באימפקט)‬
‫ניתן להוסיף לו תוסף גיר בתור מלאן (תופס נפח) ובכך לחסוך בעלויות‪.‬‬
‫פוליאמיד ‪( PA‬ניילון ‪)6‬‬
‫תרמופלסטי‪.‬‬
‫נק' התכה ‪Tm  190 C‬‬
‫נק' מעבר זכוכיתי ‪Tg  60 C‬‬
‫טיב פני שטח מעולה‪.‬‬
‫חוזק גבוהה‪.‬‬
‫קשיחות‪.‬‬
‫משמש לרכיבים הנמצאים בתא המנוע‪.‬‬
‫התכווצות יחסית גדולה ‪ ,2%‬באופן לא אחיד‪.‬‬
‫מוסיפים סיבי זכוכית על מנת להקטין התכווצות טרמית‪.‬‬
‫ניתן לחיזוק באמצעות סיבי פחמן‪.‬‬
‫מקדם חיכוך נמוך‪.‬‬
‫סופח לחות ובעקבות כך החוזק יורד‪ ,‬והקשיחות קטנה‪.‬‬
‫עמידות כימית גרועה בפני חומצות חזקות ובסיסים‬
‫שימושים‪ :‬אזיקונים‬
‫ניילון ‪12‬‬
‫נק' התכה ‪Tm  220 C  280 C‬‬
‫‪UTS  40 MPa ‬‬
‫‪E  1310  1380 MPa ‬‬
‫סופח לחות פחות מניילון ‪.6‬‬
‫קבלר (‪)Kevlar‬‬
‫ממשפחת הפוליאמידים (ניילונים)‪.‬‬
‫מיצרים במתיחה מאוד גבוהה והוא מתגבש לגמרי‪.‬‬
‫מסדרים את השרשראות ומפעילים שדה מאמץ תוך כדי קירור ומקבלים חומר סמי‪-‬קריסטליני‪.‬‬
‫מבנה מאוד מסודר‪ ,‬כוחות שינייונים חזקים מאוד‪.‬‬
‫אינו ניתן להתכה (מגיע רק בסיבים)‬
‫חסין אש‬
‫עמידות חום גבוהה ‪400‬‬
‫‪300‬‬
‫חוזק גבוה מאוד‪.‬‬
‫נומקס (‪)Nomex‬‬
‫נומקס וקבלר הם מאותה משפחה‪.‬‬
‫ניתן להתכה – לייצר ממנו יציקות‪ ,‬פילמים‪.‬‬
‫חסין אש‪.‬‬
‫עמידות כימית טובה‪.‬‬
‫חוזק גבוהה‪.‬‬
‫גמישות גבוהה‪.‬‬
‫אקריל בוטדיאן סטירן (‪)ABS‬‬
‫בלוק קופולימר‪.‬‬
‫תרמופלסטי אמורפי (אך לא שקוף ‪ -‬חלבי)‪.‬‬
‫פאזה רציפה קשיחה (מטריצה)‪ ,‬ופאזה אלסטית (רכה) מפוזרת‪.‬‬
‫המבנה הד‪-‬פאזי הוא מעולה מבחינת התכונות‪.‬‬
‫מבחינת מאמצים‪ ,‬המאמצים מתחלקים בכל הפאזות‪.‬‬
‫מבחינת התקדמות סדקים ‪ -‬כאשר סדק מתקדם‪ ,‬הוא נתקל בפאזה האלסטית מתכהה‪ ,‬ונעצר שם‪.‬‬
‫חוזק גבוהה ‪( . UTS  40 MPa ‬החוזק הגבוהה נובע מהקבוצות הארומטיות)‬
‫קשיח‪.‬‬
‫לא שביר (עמידות באימפקט בזכות הפאזה האלסטית)‪.‬‬
‫בידוד חשמלי‪.‬‬
‫התפשטות תרמית נמוכה ( ‪.) 0.3% 1%‬‬
‫קל לצבוע‪.‬‬
‫רגיש לקרינת ‪.UV‬‬
‫שימושים‪ :‬מפסקים חשמליים‪ ,‬זיווד‪ ,‬מגשים במטוסים‪ ,‬כלים חד פעמיים איכותיים‪,‬‬
‫פוליאוריתן טרמופלסטי (‪)TPU‬‬
‫בלוק‪-‬קופולימר‪.‬‬
‫פאזה קשיחה בתוך מטריצה רכה‪( .‬פאזה גמישה רציפה‪ ,‬ופאזה קשיחה מפוזרת)‬
‫חומר אלסטי‪.‬‬
‫עמיד בשחיקה‪.‬‬
‫לפי היחס בין הבלוקים ניתן לשלוט בקשיחות החומר‪.‬‬
‫חומר יקר‪.‬‬
‫עמידות בשמנים‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬סוליות של נעליים‪ ,‬כיסויים של סמארטפונים‪ ,‬גריפרים בכלי עבודה (מברגות‪ ,‬מקדחות)‪,‬‬
‫צנרות גמישות‪ ,‬צמיגים של מלגזות‪.‬‬
‫דלרין (‪)Delrin‬‬
‫הומופולימר‪.‬‬
‫עמיד בשחיקה‪.‬‬
‫מקדם חיכוך נמוך‪.‬‬
‫עמידות בדלקים‪.‬‬
‫טמפ' שירות‪Tservice  40 C 120 C :‬‬
‫כמעט ולא ניתן לצביעה‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬גלגלי שיניים‪,‬‬
‫אפוקסי (‪)Epoxy‬‬
‫מורכב משרף (‪ + )DGBEA‬מקשה‪.‬‬
‫עמיד בחום‪.‬‬
‫ניתן לחיזוק ע"י סיבים על מנת להקנות לו יציבות מימדית כאשר הוא נחשף לשינוי טמפ'‪.‬‬
‫בידוד חשמלי‪.‬‬
‫עובר צילוב‪.‬‬
‫מחיר זול‪.‬‬
‫ניתן לעשות אותו חסין אש‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬מעגלים מודפסים‪ ,‬רכיבים אלקטרוניים‪ ,‬דבק‪ ,‬מטריצה בחומרים מרוכבים‪.‬‬
‫גומי אתילן פרופילן )‪(EPR‬‬
‫תוצר של שילוב בין מונומרים קשיחים – אתילן‪ ,‬פרופילן‪.‬‬
‫חומר אלסטי‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬אטמים‪ ,‬צמיגים‪.‬‬
‫‪EPDM‬‬
‫תוצר של שילוב בין מונומר פוליאתילן ומונומר פוליפרופילן‪.‬‬
‫שימושים‪ :‬אטמים‪,‬‬