Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

4.2 Különleges műszaki polimerek

4.2 Különleges műszaki polimerek

Nehéz határvonalat vonni a szintetikus polimerek hierarchiájában a tömegcikk-gyártás (commodity plastics) polimerjei és a műszaki alkalmazású („high-tech”) polimerek között. Egyfelől a rohamos fejlődés igazi versenyt teremt a gyors ütemben felfutó anyagváltozatok között, és meglepő új eredményeket hozhat a 21. században. Másfelől nincs elvi különbség az évenként millió tonnákban gyártott tömeg-műanyagok és a műszaki műanyagok között: a legegyszerűbb polietilén legújabb változata – a HOPE – szálformában az 1990-es évek elején már az acélt megközelítő szilárdsággal (σ = 3000 MPa) volt gyártható. Még az ár sem igazán választja el a tömeggyártás polimerjeit a különleges műszaki polimerektől. Az ár ugyanis erősen függ a gyártókapacitástól, a gyártott mennyiségtől (4.23 ábra).

A 4.14 ábrán a legkülönfélébb szintetikus polimerek ára és éves (USA) felhasználása közötti összefüggés látható (1987-ből). A log-log trendfüggvény meredeksége –0,4, vagyis a gyártásban és felhasználásban mutatkozó 10-szeres növekedés az árat az eredetinek 40 %-ára csökkenti. Másfelől: az évi 1 millió to feletti felhasználású polimer anyagok ára 1 USD/kg árat közelít, vagy az alá kerül.

Műszaki polimeren (engineering polymer) olyan szerkezeti anyagot értünk, amely elsősorban műszaki cikkekben kerül felhasználásra, ahol

  • a méretpontosság,

  • a mechanikai szilárdság,

  • a hőállóság,

  • az elektrotechnikai jellemzők, és

  • még sok más funkcionális tulajdonság,

mint pl. a kopásállóság, karbantartást, kenést nem igénylő súrlódási karakter, vegyszerállóság, feszültségkorrózióval szembeni stabilitás, üzembiztonság, szívósság, a katasztrofális tönkremenetellel szembeni védettség stb. – egyedülállóan magas szintű tulajdonság-együttesét valósíthatjuk meg, viszonylag kis sűrűségű, könnyűsúlyú anyaggal.

Ha ezek a magasszintű mutatók, funkcionális tulajdonságok közül ki kell emelnünk valamit, akkor az az egyre növekvő hőtűrés, hőállóság.

A polimerek korlátozott hőállóságát ma is sokan e szerkezeti anyagcsalád leggyengébb pontjának tekintik. Pedig a polimerek hőtechnikai adataiban éppen legelőnyösebb vonásuk: emberközeli alkatuk jelenik meg. Amikor kézbe veszünk egy (ABS) mobil telefont vagy egy videokamerát, amikor beülünk egy gépkocsi (PUR) ülésébe a (PP) műszerfal mögé – nemcsak a testünk sűrűségéhez, keménységéhez stb. leginkább hasonló szerkezeti anyaggal lépünk kapcsolatba, hanem a hozzánk legközelebb álló hővezető-képességű anyagcsalád okoz kellemes hőérzetet már az első fogáskor, érintéskor. S az emberközeli anyagok, eszközök emberhez közeli hőtűrése sem zavaró. A műszaki polimerek fejlődése mégis elsősorban a hőállóság növekedésében tükröződik. S bár a magasabb hőtűrést elsősorban a térhálósítással lehet általában megoldani, a 20. század végének fejlődési iránya mégis a hőre lágyuló polimerek hőtűrésének kiterjesztését tűzte ki célul, s abban ért el komoly eredményeket. E jelenség mögött a hőre lágyuló polimerek nagysebességű, gazdaságos feldolgozási technikái állnak hajtóerőként.

Különféle hőre lágyuló (•) és hőre nem lágyuló (o) polimerek ára és felhasználása közti kapcsolat (USA, 1987)

4.23 ábra: Különféle hőre lágyuló (•) és hőre nem lágyuló (o) polimerek ára és felhasználása közti kapcsolat (USA, 1987) [4.1]

Áttekintésünkben a műszaki polimerek között kiemeltük a fluortartalmú polimereket és a szilikonokat, majd különös figyelmet szentelünk az aromás (benzol-) gyűrűt tartalmazó legmodernebb hőálló polimereknek.

4.2.1 A fluorpolimerek családja

Ha a legegyszerűbb monomer, az etilén hidrogénjeit fluorral helyettesítjük, a fluor-polimerek sajátos családjához juthatunk el.

A politetrafluoretilén

PTFE, politetrafluoretilén

TEFLON márkanévvel rendkívüli karriert futott be a 20. században. Különleges hőállósága – amelyet a 4.24 ábra mutat be – azonban igen nehéz feldolgozhatósággal párosul, annak ellenére, hogy a PTFE magasabb hőmérsékleten elvileg hőre lágyuló polimer.

Ez a nehéz feldolgozhatóság indította el az utóbbi két évtized fejlesztési munkáit más, könnyebben feldolgozható fluorpolimerek irányában.

PVDF, polivinilidén fluorid

PEPF, fluorozott etilén-propilén kopolimerek

ETFE etilén-tetrafluoretilén kopolimer

A PTFE átlátszatlan, csontfehér, kristályos, hőre lágyuló polimer. Kitűnő hőállóságát kémiai karaktere, igen magas (95 %-os) kristályossága és igen magas molekulatömege (106 Dalton) eredményezi. A PTFE és társai adják a szokatlanul magas, a legnagyobb sűrűségű polimereket.

A fluorpolimerek műszaki tulajdonságai nagymértékben függnek feldolgozásuktól, –márpedig ez a feldolgozás igen nehéz. A hőre lágyuló polimerek szokványos feldolgozási technikái – a kalanderezés, extrúzió, fröccsöntés – a fluorpolimerekre nem alkalmazhatók. Tipikus feldolgozási módjuk a magas hőmérsékleten és nagy nyomáson elvégzett por-zsugorítás (szinterezés), – ami a fémek porkohászatához hasonlóan porózus termékhez, mikro-porozitáshoz vezethet. A szinterezést lehet társítani egyéb (ram-extruzió, l. 8. fejezet, 8.38 ábra) módszerekkel, majd forgácsolással.

A PTFE hőállósága valóban kitűnő, – de nem összemérhető a térhálós termékekével. Hasonló korlátot jelent a nem elhanyagolható mértékű kúszás (4.25 ábra).

Csaknem utolérhetetlenek a PTFE és társai a siklási (antifrikciós) és tapadásgátló tulajdonságaikban.

Fluorpolimerek tulajdonságai

4.24 ábra: Fluorpolimerek tulajdonságai

A PTFE kúszási görbéi szobahőfokon

4.25 ábra: A PTFE kúszási görbéi szobahőfokon [4.15]

4.2. táblázat - A PTFE súrlódási együtthatója

Anyagpárμ statikusμ dinamikus
PTFE / acél (száraz)0,06-0,100,06-0,10
PTFE / acél (kent)0,04-0,060,04-0,06
PTFE / PTFE (száraz)0,090,09
PTFE / PTFE (kent)0,04-0,070,04-0,07

Mint az a 4.2 táblázatból látható, nincs különbség a statikus és dinamikus súrlódási együtthatók között és a kenőanyagnak sincs jelentős szerepe. A fluorpolimerek tehát kitűnő csapágy (-betét-) anyagok. Emellett kitűnő, vegyszerálló és tapadásgátló bevonatok, tömítések, szelepek stb. készülnek fluorpolimerekből a vegyipar, élelmiszeripar számára, és sok más műszaki alkalmazásra.

4.2.2 Polisziloxánok

A szilicium (Si) mint elem – a periódus táblán a szén (C) alatt elfoglalt helyével összefüggésben – a szénhez hasonlóan polimerváz képzésre alkalmas. A négy vegyértékű szilicium a leggyakrabban a következő polimerláncot képezi:

Ez a polisziloxán lánc „monomer” egysége, ahol

R1 és R2 a leggyakrabban –CH3 metilcsoport, de lehet H, vinilcsoport (CH2 = CH –) vagy aromás fenilcsoport ( ) is.

A polimerlánc képződéshez a hidroxilcsoportot tartalmazó szilicium vegyületek polikondenzációjával jutnak el.

A sziloxán polimerek széles alkalmazási lehetőségei abból erednek, hogy a polisziloxánok változatos lánchosszúsággal és szerkezettel állíthatók elő

  • szilikon- olajok,

  • szilikon zsírok,

  • szilikon elasztomerek és

  • szilikon gyanták (lakkok, térhálós bevonatok stb.) formájában.

A szilikon olajok ma a technika nélkülözhetetlen hőálló hőközvetítő folyadékai – pl. magas hőmérsékletű (+ 250 °C) szerszámtemperálásra. Ezek kismolekulás, csak néhány láncszemből álló „előpolimerek” igen jó hőstabilitással. Különös előnyük, hogy viszkozitásuk – ellentétben a hagyományos olajokkal – alig változik széles hőmérséklethatárok között.

A szilikon olaj hordozós vagy hordozó nélküli permet (aerosol) formájában kitűnő formaleválasztó anyag, pl. sajtolószerszámok belső felületén. Itt a szilikon polimer anti-adherens (tapadásgátló) hatása érvényesül.

A szilikon zsírok magasabb móltömegű, de még mindig csak előpolimer jellegű szilikonok. A vákuumtechnika kitűnő, hőálló tömítő- és kenőanyagai.

A szilikontermékek másik fele valóban nagymóltömegű polisziloxánként kerül felhasználásra. A polisziloxán lakk kitűnő bevonószer papíron, fémen, üvegen, – amelyek azután vízlepergető (hidrofób) jelleget kapnak így.

Az építőipar kerámia és szilikát anyagai – és akár kész építményei – sokat köszönhetnek a szilikonpolimerek víztaszító jellegének. Akár utólagosan is vízzáróvá tehetünk, pl. műemléki építményekben felületet és belső rétegeket egyaránt.

A szilikon gyanták kitűnő felületbevonó-szerek. A sziloxán lánc nem tapadó (antiadherens) jellege ugyanis molekula-tervezési (molecular engineering) módszerekkel jól társítható reaktív funkciós csoportok felvitelével. Így éppen hogy tapadás közvetítő feladatot teljesítő, kétarcú gyantát kapunk, amely vékony határfelületi rétegben két különböző jellegű anyagot kapcsol. A vinilsziloxánok például a polimer kompozitban az üvegszál felületén teljesítenek jól ellátott szolgálatot.

A szilikon gumi sokoldalú anyagcsaládot képezve adja a szilikonpolimerek legszélesebb felhasználását. Ezek mechanikai és egyéb tulajdonságairól nem is tudunk leegyszerűsített, táblázatos összefoglalást adni, hiszen ez a tulajdonság együttes a térháló sűrűségével szinte fokozatmentesen beállítható, tetszés szerint.

A szilikon gumik alapanyaga, előpolimerje tipikusan 100–200 lánchosszúságú 10–20 000 Dalton móltömegű folyadék, amelybe aktív töltőanyagként igen nagyfelületű ún. aeroszil-t adnak. Ez nem más, mint mesterségesen előállított, igen finom SiO2 por több, mint 100 m2/g (!) fajlagos felülettel. A szilikon gumi előpolimerjének térhálósítására kétféle lehetőség is van:

  • szobahőfokú térhálósítás (RTV, room temperature vulcanization) és

  • magas hőmérsékletű térhálósítás (HTV, high temperature vulcanization).

A szobahőfokú térhálósítás (RTV) mechanizmusa lehet polikondenzáció és poliaddició is. A modern kémia mindezt megoldja olyan egykomponensű rendszerekkel is, amelyek – pl. tubusból szabad levegőre kinyomva – a levegő nedvességtartalmának hatására térhálósodnak. A mai építési és gépészeti technikák, tömítéstechnika rendkívül sokféle RTV szilikonpolimert használ.

A magasabb hőmérsékleten történő térhálósítás (HTV) kiindulási anyaga (előpolimerje) már sokkal magasabb molekulatömegű (400 000 – 1 M Dalton) és igen magas viszkozitású (2·104 Pa·s), akár 104 monomerből álló polisziloxán. Ezekből sajtolt, kalanderezett, extrudált és öntött termékek készíthetők, kétkomponensű rendszerek alkalmazásával, amelyek a szükséges katalizátorral az előpolimert a magas hőmérsékletű szerszámban hozzák össze. A szilikon gumi fröccsöntése is lényegében két folyadékkomponens reaktív fröccsöntése, hasonlóan a poliuretánok reaktív fröccsöntéséhez. A HTV térhálósítást tipikusan peroxidok iniciálják, pl. a vinilszilán csoportok aktiválásával. A szilikon gumik a természetes és a szintetikus gumik között kimagasló hőállóságukkal tűnnek ki. Ezt mutatja be a 4.12 ábra.

4.2.3 A polikarbonátok

A szintetikus polimerek molekuláris tervezőmérnökei viszonylag hamar felismerték, hogy e szerkezeti anyagcsalád hőtűrését alapvetően kétféle módon lehet emelni:

  • térhálósítással,

  • a különlegesen stabil aromás benzolgyűrűnek a láncba építésével.

A következő 4.2.3 – 4.2.8 fejezetek hőálló polimerjeiben ez utóbbi elem a közös:

  • a polikarbonátok (PC)

  • az aromás poliamidok (ARAMIDOK, PAA)

  • poliimidek (PI, PAI, PEI)

  • a poliszulfonok (PPS, PSU, PESU)

  • a poliéterek (PEEK) és a

  • folyadékkristályos polimerek (LCP)

mind attól kapják különleges hőtűrésüket, magas hőmérsékleten is kiváló mechanikai tulajdonságaikat, mérettartásukat, csekély zsugorodásukat a szerszámban, sőt lángállóságukat, a tűzben ön-kioltóként megjelenő égésgátoltságukat, hogy a főláncban aromás gyűrűt (a poliimidek esetén többszörösen összetett gyűrűrendszert) tartalmaznak. E gyűrűk Π-elektron felhője a többletenergia különleges eloszlatására (disszipációjára) alkalmas.

A 4.26 ábra különféle hőre lágyuló polimerek nyírási moduluszának tükrében jól mutatja a PC, a poliszulfonok és a poli-fenilénéterek (PPE) különleges hőállóságát.

Különféle hőre lágyuló polimerek nyírási modulusza a hőmérséklet függvényében

4.26 ábra: Különféle hőre lágyuló polimerek nyírási modulusza a hőmérséklet függvényében [4.2]

E gyűrűs polimerek különösképp szálas erősítéssel valóban a polimertechnika legkitűnőbb anyagai az ezredfordulón. Közös hátrányuk az – egyenlőre – viszonylag magas ár, és a feldolgozástechnika nehézségei: pl. az, hogy a fröccsöntés előtt gondos szárítást igényelnek, a magas hőmérsékletű fröccsöntés magas hőmérsékletű szerszámtemperálást (fűtést) kíván meg, és termikus utókezelésre is szükség lehet.

Bár ezek az aromás hőálló polimerek többnyire lineárisak, némelyikük (pl. a poliimidek) nem tekinthetők egyszerű hőre lágyuló polimereknek. Szerkezeti átalakulási hőmérsékleteik (Tg, Tm) –elvileg– olyan magasra kerülhetnek ugyanis, amely hőmérsékletek már káros hőbomlást okozhatnak. Így több ezek közül alkalmatlan extruzióra, filmképzésre, és fröccsöntésük is különlegesen magas nyomást, hőmérsékletet, és egyéb különleges technikai megoldásokat kíván.

A polikarbonátok tulajdonságai

4.27 ábra: A polikarbonátok tulajdonságai

A polikarbonátok tulajdonképpen a hőre lágyuló poliészterek rokonai. Tipikus szerkezetük:

A lineáris láncban tehát aromás gyűrű és észtercsoport is van, ez az észterkötés azonban

a legegyszerűbb szénsav észtere, innen a név: polikarbonát. A szénsav a természetben bőven előforduló széndioxid (CO2) ből származik, s még az is lehet, hogy a jövő században ezt fogjuk hasznosítani a polikarbonátgyártásban. (Egyenlőre nem abból, hanem foszgénből /OCCl2/ és difenilpropánból készül.)

A polikarbonát az 1970-es évek végén megjelent első igazán különleges műszaki polimer. Kiváló szilárdságát akár 125 °C-on is tartósan megtartja, – és itt sikerült először a magas modulusz (2,4 GPa) és kiváló ütésállóság, törésbiztonság – egyébként ellentmondó – tulajdonságait egyesíteni. A PC hornyolt ütőmunkája a legjobb ABS típusoknál is háromszor jobb. Mindezt egy víztiszta, átlátszó, fényes felületű, optikai tulajdonságaiban is kiemelkedő, kis fajsúlyú, szerves üvegtípus biztosítja. Az amorf hőre lágyuló PC tulajdonságai nemcsak a CD-kben és a törhetetlen üvegekben váltak közismertté. Szálerősített hőre lágyuló polimerként különleges technikai alkalmazásokban is kitűnően helytáll. Tulajdonságait a 4. 27 ábra mutatja be.

4.2.4 Aromás poliamidok (aramidok)

A poliamidok kitűnő mechanikai tulajdonság-együttesét (kiváló húzószilárdság, szívós ütésállóság, magas modulusz) az utóbbi években két irányban is tovább javították a molekula-tervezés (molecular engineering) céltudatos módszereivel:

  • a hőállóság növelés és

  • a nedvesség-érzékenység csökkentése irányában.

Ahogyan azt már hangsúlyoztuk: az aromás gyűrű bevitele a polimerláncba általában megnöveli a lánc stabilitását. A kívülről érkező hőenergia, sugárzó energia ugyanis eloszlik a benzolgyűrű különleges elektronrendszerében, mielőtt a lánc felszakításához szükséges mértékben koncentrálódhatna.

Az aromás poliamidok: a polimerláncban aromás gyűrűket tartalmazó poliamidok. (Az oldalláncban megjelenő benzolgyűrűnek – mint pl. a polisztirolban – nincs akkora stabilizáló hatása.)

Az aromás poliamidok között három alaptípus lett igen sikeres az elmúlt időben:

  • para-feniléndiamin-ftálsavamid, ismert márkaneve: KEVLAR (DuPont)

  • meta-feniléndiamin-ftálsavamid, ismert márkaneve: NOMEX (DuPont)

    Mindkét fenti típus tehát poli-ftalamid (PPA) csak a benzolgyűrűhöz kapcsolódás helyzetében különböznek (para: átellenes pontokon… meta: mellette…) A KEVLAR és a NOMEX típusok nagyszilárdságú szálerősítő-anyagként jelentek meg kompozit célokra, de önálló műszaki anyagként is alkalmazhatók.

  • a harmadik alaptípus csak egyik komponensében aromás (semi-aromatic) poliamid

    Ezt az alaptípust TROGAMID márkanévvel forgalmazzák (HÜLS).

Tulajdonságaikat a 4. 28 ábra mutatja.

Az aramidok elsősorban mint nagyszilárdságú szálas erősítőanyagok arattak sikert. Epoxigyanta mátrixban igen előnyös a hibrid szálerősítés: karbonszál és aramidszál együttes alkalmazása.

  • A karbonszál: nagy moduluszt és nyomószilárdságot

  • az aramidszál: szívósságot, ütésállóságot, csökkentett sűrűséget biztosít az epoxi kompozitban.

4.2.5 A poliimidek

A poliimidek esetén a bevált amidkötést megkettőzve, az aromás gyűrűvel többszörös gyűrűt képezve vitték a polimerláncba:

Az aromás poliamidok tulajdonságai

4.28 ábra: Az aromás poliamidok tulajdonságai

A poliimidek (PI) kitűnő mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyre széles hőmérsékleti tartományban –100 °C és + 250 °C között számítani lehet. Többszörös gyűrűs láncszerkezetük adja ezt a hőtűrést, de innen származik ellentmodásos jellegük is: lineáris makromolekulájuk sem ténylegesen hőre lágyuló. Legtöbbször fólia, film alakjában hozzák forgalomba (KAPTON fólia, Du Pont) – ez oldószerrel feloldható, de nem hőre lágyuló (ebben hasonló a cellulózhoz).

Az újabb poliimid típusban – amely vágott üvegszállal fröccsönthető anyag, l. (4.29 ábra: Pl + 40 % GF) – a fröccsöntés után utólagos hőkezelést írnak elő (pl. 12 óra 250 °C-on), amelyben poliaddiciós mechanizmussal utólagos térhálósodás történik.

A PI feldolgozható még

  • fröccs-sajtolással (transfer molding)

  • sajtolással,

  • porzsugorítással (sintering) és

  • prepreg technológiákkal.

Ez utóbbi kompozit célú előgyártmány, amelyben a karbonszál szövetet oldószerben feloldott poliimiddel átitatják, megszárítva feltekercselik, majd szerszámba sajtolják (az SMC kompozittechnológiához hasonlóan, amelyről később, a 14. fejezetben esik szó). A korszerű sugárhajtású repülőgép hajtómű alkatrészig rengeteg műszaki cikk készül ebből a nagyszilárdságú kompozitból.

A poliamid-imid-ben amid kötés is van:

PAI

Ehhez hasonló a poliéter-imid szerkezete:

PEI

A poliimidek tulajdonságai

4.29 ábra: A poliimidek tulajdonságai

A poliimidek is amorf, elméletileg hőre lágyuló polimerek, igen magas üveges átalakulási hőmérséklettel, és a PI családra jellemző feldolgozási nehézségekkel. Szálerősítéssel rendkívül nagyszilárdságú, hőálló, igen megbízható anyagot adnak, amely utólagos hőkezelés után térhálósnak tekinthető. A korszerű számítógépek alaplemeze– amely a nyomtatott áramköröket hordozza, PEI alapú kompozit. Tulajdonságaik a 4.29 ábrán láthatók.

4.2.6 Poliszulfonok

A poliszulfidok és poliszulfonok is aromás, hőálló lineáris polimerek, amelyek a főláncban ként is tartalmaznak.

Polifenilén szulfid, PPS

Poliszulfon, PSU

Poliariléterszulfon, PESU

A szulfidkötésben két vegyértékű kén, a szulfonkötésben hat vegyértékű kén épül a láncba. Ezekről a kitűnő műszaki polimerekről a 4.16 táblázat mutat irányértékeket a fizikai-, mechanikai-, és termikus tulajdonságok tekintetében.

A poliszulfidok és a poliszulfonok közötti legnagyobb szerkezeti különbség az, hogy a PPS (poliszulfid) nagymértékben (pl. 40 %) kristályos, míg a PSU, PESU poliszulfonok amorf szerkezetűek.

A szakító szilárdságban, a rendkívül magas hajlítómerevségben, amelyet az üvegszállal társított PPS fröccsanyagban megfigyelhetünk, ez a jelentős fokú rendezettség tükröződik. A PSU és a PESU fröccsanyagok viszont extrém hőállóságukkal tűnnek ki. (4.30 ábra)

A PPS időjárásálló, lángálló, vegyszerálló, sugárálló technikai anyag. Kénhidakon keresztül térhálósítható is, így kitűnő szolgálatot tesz a modern magasépítészet üvegfelületeinek illesztésénél, tömítő-fugázásánál.

A PPS kitűnő kompozit mátrix, a vágott üvegszálas fröccsanyag szárítandó kb. 160 °C-on. Fröccsöntése magas hőmérsékleten lehetséges (340–370 °C-on), a szerszám temperálása (fűtése) 200 °C-ig is felmehet. A fröccsöntött termék hőkezelése javasolt pl. 125 °C-on, ahol átkristályosodás után kiegyenlített szilárdságnövekedést kaphatunk.

A polifenilén-szulfid (PPS) és a poliszulfonok (PSU, PESU) tulajdonságai

4.30 ábra: A polifenilén-szulfid (PPS) és a poliszulfonok (PSU, PESU) tulajdonságai

A PSU és PESU fröccsöntését is előszárítással kell kezdeni, magas fröccsöntési hőmérsékleten (400 °C) és magas szerszámhőmérsékleten (150 °C) kell lefolytatni. A PSU-ből fólia extrudálható, palackká formázható, a lemeze melegformázható, hegeszthető, ragasztható. A PESU különleges stabilitását az aromás szerkezet adja, amelyben a szén-szén kötés energiája 520 kJ/mól, szemben az egyszerű szén-szén kapcsolat 348 kJ/mól-os kötési energiájával. (l. 2.2 táblázat) Az csoport stabilizálja a PESU-t oxidációval szemben, az –O– éterkötés pedig a lánc szívósságát, a polimer ütésállóságát biztosítja.

A PESU különleges alkalmazásai között is érdekes a forró kenőanyagoknak is ellenálló jelleghez kapcsolódó, csapágy(betét)ként történő alkalmazás az autóiparban. A korszerű gépkocsik egyre csökkenő szerviz-igénye ilyen és ehhez hasonló polimer-alkalmazásokon múlik.

4.2.7 Poliéterek, éterketonok (PEEK)

Az aromás poliéterketonok az aromás gyűrű, az éter-kötés (–O–) és a keton láncba építésének változataival az 1980-as években a „high tech” polimerek legkülönlegesebbjeként jelentek meg:

PEEK poli-éter-éterketon

PAEK poli-aril-éterketon

Mindkét anyagcsoport részben kristályos.

A PPEK polimercsoport tagjainak kiváló tulajdonságai vannak (l. 4.31 ábra)

  • a húzó szilárdság és hajlítószilárdság,

  • az ütésállóság

  • az ismételt, ciklusos igénybevétel,

  • a hőállóság,

  • a villamos tulajdonságok,

  • a vegyszerállóság,

  • a sugárállóság tekintetében.

A poliéterketonok tulajdonságai

4.31 ábra: A poliéterketonok tulajdonságai

Kevés a vízfelvétele, jól társítható szálerősítéssel, kitűnő a tribológiai karaktere: hasonlít a grafitozott szinterbronz-hoz, így kiválóan alkalmas önkenő csapágyazáshoz.

Feldolgozhatósága sokoldalú: extrudálható, fröccsönthető, hőálló kábelbevonat is készül belőle az autó- és repülőgépipar számára. Fólia és szál is készíthető PEEK-ből.

Kompozit alkalmazásban ebből is készítenek előre impregnált előterméket (pre-preg), amely könnyebben feldolgozható, mint az epoxi prepregek.

Sokan a PEEK-ben látják a 20. század legsokoldalúbb, legkitűnőbb polimer szerkezeti anyagát. Rendkívül magas árfekvése is erre utal (l. 3.1 táblázat)

4.2.8 A folyadékkristályos polimerek (LCP)

Folyadékállapotban is lehetséges (bizonyos mértékű) rendezettség. A polimerek között néhány különösen alkalmas arra, hogy viszkózus folyadékállapotban vagy megszilárdult folyadékállapotban bizonyos számú molekula határozott irányban rendezett legyen.

Tulajdonképp minden részlegesen kristályos polimer, amelyet pl. mechanikai orientációnak vetettünk alá (pl. nyújtott szálat készítettünk) hasonló rendezettséget mutat.

A kifejezetten folyadékkristályos polimer a rendezettség mezomorf (a rendezett, izomorf-hoz közeli) állapotában háromféle lehet:

  • nematikus (statisztikusan elosztott, de egyirányban rendezett molekulák)

    nematikus

  • szmektikus (rétegenként megjelenő, egyirányban rendezett molekulák)

    szmektikus

  • koleszterikus (rétegenként eltérő irányban rendezett molekulák)

    koleszterikus

A folyadékkristályosodásra hajlamos molekulák orientációja, irányba állítása érdekében mobilizálhatjuk azokat

  • a hőmérséklettel,

  • oldatba vitellel,

  • vagy elektromos mező alkalmazásával.

A hőmérséklettel mobilizált (thermotrop) folyadékkristályos lemez megjelenítheti a hőmérséklet különbségeket. Az oldatba vitellel mobilizálható (lyotrop) orientálás elvét alkalmazzák a nagyszilárdságú, orientált polimerszálak gél szálképzésénél is (KEVLAR, HOPE). Ez az eljárás különösen olyan polimereknél fontos, amelyek ömlesztési hőmérséklete meghaladja a polimerlánc bomlási hőmérsékletét.

A (csekély) villamos erőtér hatására mobilizált folyadékkristályos lemez működését láthatjuk az egyszerű folyadékkristályos kijelzővel ellátott karórában, zsebszámológépben stb.

A folyadékkristályos karaktert, a mezomorf szerkezetet okozó, mezogén csoportok, amelyek rendszerint merev, aromás molekulacsoportok, elhelyezkedhetnek

  • oldallánc formájában, vagy

  • a főláncban.

Ezt mutatja be a 4.32 ábra.

A mai LCP polimerekben főleg aromás poliészter, poliészterkarbonát, poliészterimid vagy hasonló csoport adja a mezogén csoportot. Ez a merev mezogén és irányított molekulacsoport egészen hasonlóan viselkedik, mintha rövid szálas erősítést vittünk volna be a polimer mátrixba. Innen az elnevezés: ön-erősítő poliészterek.

A PTFE kúszási görbéi szobahőfokon

4.32 ábra: Az LCP merev, mezogén csoportjainak elhelyezkedése [4.15] a) elágazásként (fent) vagy b) a polimer főláncban

Emellett még további, tényleges üvegszál vagy karbonszál erősítés is alkalmazható ezekben a hőre lágyuló és gyakorlatilag teljes mértékben kristályos (parakristályos) polimerekben. Kitűnő tulajdonságaikat a 4.33 ábra mutatja.

A folyadékkristályos polimerek

4.33 ábra: A folyadékkristályos polimerek