T0006T sammanfattning LP2 11-12 - Tentaplugg temp

TENTAPLUGG.NU 

AV STUDENTER FÖR STUDENTER 

Kurskod T0006T 

Kursnamn Metallsiska och Polymera Material 

Datum LP2 11-12 

Material Sammanfattning 

Kursexaminator 

Betygsgränser 

Tentamenspoäng 

Uppladdare 

Övrig kommentar

[SAMMANFATTNING METALLISKA OCH POLYMERA MATERIAL]den 13 december 2011 

Fyra materialklasser: 

• Metaller, har metallbindningar vilket gör a6 de leder ström och värme bra, kan plas;cera 

innan bro6. 

• Keramer, oorganiska och icke-‐metalliska, är styva, lä6a, hårda och tål hög temperatur och 

nötning, tåliga mot korrosion men även spröda. EX: glas 

• Polymerer, kedjeformade molekyler, lä6a och billiga, bra isolatorer men tål ej hög värme 

• Kompositer, sammansa6a material-‐ kombinerar olika egenskaper för a6 t.ex. öka seghet och 

styvhet. EX: ben, trä, armerad betong, glasfiberskivor 

Material kan vara amorfa eller kristallina. Amorfa har oregelbunden packning och har e6 typiskt 

atomavstånd/ typisk bindningsenergi som inte når energiminima inte särskilt energieffek;vt. 

Kristallina har regelbunden packning och kan uppnå energiminima, det är den packning som har lägst 

energi vid låg temperatur. 

metaller >keramer>polymerer , för metaller är tätpackade och har stor atommassa, keramer har oLa lä6are 

atomer och mindre tät packning och polymerer är oLast amorfa (låg packningstäthet) och har lä6a 

atomer. Kompositerna varierar. 

Metaller 

Mekaniska egenskaper 

Finns fyra olika typer av spänning som materialet kan utsä6as för: drag-‐, tryck-‐, skjuvning-‐ och 

vridningspänning. 

I e6 dargprov drar man i n provs;cka som är avsmalnad på mi6en för a6 den skall gå av på rä6 ställe, 

en extensometer mäter förlängningen. Största skjuvspänningen är i 45 graders vinkel därför går 

materialet oLast av i den vinkeln. 

U;från dragprovet kan man beräkna: 

De6a resulterar i en dragprovskurva i e6 spännings-‐töjningsdiagram 

I det elas;ska området (som är linjärt) gäller Hooke’s lag: där E är e6 må6 på styvheten. Metaller har 

generellt högt E medan polymerer har lågt E. E är en materialkonstant men kan påverkas lite av 

temperaturen. (Det finns även en skjuvmodul G som beräknas från skjuvspänning och töjning : ) 

Sann töjning är när man räknar med förändringen i tvärsni6sarean under midjebildningen. 

Dragprovskurvan forsä6er uppåt ända ;ll bro6. Teknisk töjning är när man bara räknar på 

ursprungsarean, då går dragprovskurvan ner på slutet. 

Sträckgräns (-‐ den punkt där det övergår från elas;sk deforma;on ;ll plas;sk deforma;on. Ibland 

definierad som spänningen vid 0,2% töjning enligt Hooke´s lag


Duk


Om materialet uppträder sprö6 eller duk;lt kan bero på temperaturen. Finns oLa en 

”omslagstemperatur” BCC-‐stål ar mycket känsliga mot de6a vid belastningsväxlingar. Kan undersökas 

med slgprovning (mäter slagseghet) Omslagstemperaturen kan sänkas med lägre kolhalt och mindre 

kornstorlek. 

Större prov innehåller sta;s;skt se6 fler defekter som kan orsaka bro6. 

Spänning koncentreras kring sprickor och defekter, kan se det som a6 lasten förstoras i vissa områden 

enligt: 

där är radien på sprickkanten, är den pålagda spänningen, den koncentrerade spänningen vid 

sprickspetsen, a är längden på en ytspricka eller halva längden på en inre spricka. är 

spänningskoncentra;onsfakorn. 

Sprickpropagering-‐ sker lä6are i sprickor med skarp spets än rundad spets. Duk;la material 

deformeras framför sprickspetsen så den rundas av, därav långsammare sprickpropagering. Den 

energin som frigörs när det elas;ska avdeformers går ;ll skapandet av nya ytor i sprickpropageringen. 

Sprickan propagerar när spänningen överskrider en kri;sk spänning 

BroGseghet (KIC)-‐ materialets motstånd mot sprickpropagering, en materialkonstant. Beräkna: 

, där Y är en materialkonstant som oLast ligger runt 1 och a är spricklängd på ytspricka. 

UtmaGning-‐ Uppstår vid växlande last som approximeras ;ll en sinuskurva. =amplitud, 

=medelspänning, , vanlig orsak ;ll haverier, testas med utma6ningsprov. 

Vissa material har en utma6ningsgräns, har man spänning under det går det aldrig sönder av 

utma6ning. Vissa har dock ingen utma6ningsgräns och är all;d känsliga för utma6ning. 

Utma6ningsbro6 har långsam sprickpropagering ;ll en början som eLer en viss bit övergår ;ll mycket 

snabb propagering s.k. restbro6. Typiskt för utma6ningsbro6 är rastlinjer som uppstår vid varje av/ 

påslagning av belastningsväxling och Stria;oner (mikroskopiska) som uppstår vid varje lastväxling. 

Öka utma6ningshållfastheten: 

• Inför tryckspänningar i ytan som hindrar sprickpropagering ex genom upkolning lr 

kulbombning 

• Undvik spänningskoncentra;oner genom a6 exempelvis runda av hörn 

• Förhindra korrosion 

• Förhindra sprickini;ering genom a6 polera ytan 

• Svetsa inte 

Kryp-‐ ;dsberoende bro6 under konstant belastning och förhöjd temperatur. Ögonblicklig elas;sk 

töjning Primär kryp (deforma;onshårdnande, ökade disloka;oner) Sekundärkryp (Hårdande 

och återhämtning i balans s.k. steady-‐state, konstant mängd disloka;oner) Ter;ärkryp (håligheter 

och korngränssepara;on) Bro6 längs korngränser 

Stora korn är bra som motstånd mot kryp.


Vid högre belastning och temperatur ökar kryphas;gheten 

Kristallinitet 

Väldigt organiserad struktur, ordnat och regelbundet över stora atomavstånd, typiskt för metaller 

Metalliska strukturer är tätpackade för de består oLa av e6 atomslag, de har icke riktningsberoende 

metallbindningar och mindre avstånd mellan atomerna minskar bindningsenergin. 

GiGer är den ”form” som strukturen packas i, defineras av tre kantlängder och tre vinklar om den är 

kubisk (vanligt). Finns sju sä6 a6 fylla 3d rum på men i denna kurs bara ; Kubisk, hexagonal och 

tetragonal 

Enhetscellen är den minsta repeterbara enheten i gi6ret. Om det finns väljer man den med högst 

symmetri. 

Koorsina


kristall. Egenskaper som E-‐modul, el och värmeledningsförmåga samt brytningsindex är relaterade ;ll 

kristallstrukturen. 

• Varje punkt i enhetscellen kan beskrivas av koordinater, där en hel sida är 1. 

• Riktningar i cellen defineras som vektorer. Gör såhär: 

1. Placera origo så vektorn går igenom den. 

2. Projicera vektorn på axlarna x,y,z 

3. Minsta gemensamma nämnare/förkorta ;ll heltal 

4. Skrivs som [uvw] 

Alla riktningar med samma antal 1or och 0or ;llhör samma riktningsfamilj för dess 

egenskaper är likadana. Riktnings familjen skrivs: 

• Plan i cellen beskrivs av Miller Index. Paralella plan är iden;ska 

Metod: 

1. Placera origo så den ej ligger i planet 

2. Notera var planet skär axlarna (om planet är parallellt med en axel är de6a ) 

3. Invertera skärningspunkten 

4. Minsta gemensamma heltal 

5. Skrivs som (uvw) 

Alla plan med liknande egenskaper dvs. parallella plan samt med samma antal nollor och 

e6or ;llhör samma planfamilj. Skrivs {uvw} 

När metallen deformeras vill den glida i de mest tätpackade riktningarna därför vill man veta: 

Defekter 

Alla material har ”fel” men behöver inte all;d vara nega;vt. 

Typer av fel: 

• Punktedefekter-‐ en´kelt fel, finns all;d i olika omfa6ning 

o Vakanser-‐ lucka i gi6ret, ger spänningar i gi6ret. Antalet ökar esponen;ellt med ;den 

enligt: där är antaet vakanser, ak;veringsenergin, T temperaturen, N tatala antalet 

atomplatser och k Boltzmans konstant. 

o Egeninters;;al-‐ rela;vt ovanligt, motsats ;ll lucka, en extra som trängt sig in i gi6ret, 

skapar stor oordning. Ger spänningar i gi6ret


o Orenheter-‐ finns all;d, om det är medvetet kallas det legering. Kan vara inters;;alt om 

atomerna är små (C,H,O) eller subs;tu;on om atomen liknar värdatomerna 

o Fasta lösningar (typ samma som orenheter) För subs;tu;onell fast lösning krävs a6 

atomradien är < mot värdatomerna, skillnaden i EN är liten, kristallstrukturen är 

densamma och a6 valens är lika. 

• Linjedefekter (disloka;oner)-‐ Atomerna har hamnat fel kring en disloka;on. 1 dimensionella 

o Kant 

o Skruv 

o Mixade, vanligast, blandning av skruv och kant. 

Disloka;oner rör på sig genom a6 bindningar bryts och återskapas. Grunden ;ll 

plas;sk rörelse. För många disloka;oner stoppar varandra och materialet blir sprö6. 

• Gränsdefekter-‐ 2 dimensionella 

o Ytdefekter-‐ ytor har högre energi;llstånd 

o Korngränser-‐ Kan vara hög eller låg vinklingskillnad mellan kornen vilket skapar en 

korngränsenergi. En disloka;on kan inte vinkla sig över. Minskas genom korn;llväxt 

vid hög temperatur. 

o Tvillingar-‐ en rekflek;on av atomposi;oner genom tvillingplanet. Kan uppstå vid 

mekansika skjuvkraLer eller glödgebehandling 

o Staplingsfel-‐ för FCC ex: ABCABABC ist för ABCABCABC 

o Bulkdefekter-‐ porer, sprickor, inneslutningar 

Diffusion 

Materialtransport genom atomrörelse dvs. stegvis förfly6ning i gi6ret. 

Egendiffusion -‐ atomer (av samma atomslag) som hoppar mellan vakanser i det egna gi6ret, sker hela 

;den, märks knappt. 

Interdiffusion-‐ E6 atomslag som diffunderar in i e6 annat. DrivkraL a6 jämna ut 

koncentra;onsskillnader vid ökad energi. 

Två typer: 

• Vakansdiffusion-‐ atomerna fly6ar mellan vakanser, funkar med subs;tuerbara atomer 

• Inters;;ell diffusion-‐ små atomer som fly6ar sig mellan de andra atomerna i gi6ret. Går 

extremt mycket snabbare än vakansdiffusion för det finns fler möjliga platser a6 fly6a ;ll och 

mindre atomer är rörligare.


För diffusion krävs: Ledig plats a6 fly6a ;ll (vakans eller inters;;ell plats), Tillräcklig ak;veringsenergi, 

Qm . 

Diffusion är ;dsberoendeflödet J av massan m genom ytan A på ;den t. 

Men om det är steady state diffusion ändras ej J med ;den så: 

Koncentra;onsgradienten är och om den är linjär så kan J skrivas: 

vilket är Fick’s första lag, där D är diffusionskoefficienten och specifik för e6 materials diffusion in i e6 

annat. D påverkas även av temperaturen och ak;veringsenergin genom: , där D0 är en 

temperaturoberoende konstant, Qd är ak;veringsenergin och R är allmänna gaskonstanten. 

Kan även räkna med non-‐steady state och Fick’s andra lag som är mer realis;skt men överkurs. 

Det kan även diffundera längs korngränser, disloka;oner och y6re ytor men påverkar inte totala 

diffusionshas;gheten så mycket pga liten yta jämfört med bulkmaterialet. 

Dislokationer 

Plas;sk deforma;on är atomrörelser genom disloka;onsrörelse, spelar ingen roll om det är kant eller 

skruvdisloka;oner. Många disloka;oner som rör sig sam;digt kallas glid. 

Glidplan-‐ det plan där glidning lä6ast sker, mest tätpackade planet (högst PD) EX: {111} planen i FCC 

Glidriktning-‐ Den riktning i planet som är mest tätpackat (högst LD) Ex: riktning i {111} plan i 

FCC 

Glidsystem-‐ Glidplan+glidriktning Ex: 12 glidsystem i FCC. Fler glidsystem gör det enklare a6 

plac;cera t.ex. är Cu FCC och har glisystem i {111} plan i riktning vilket betyder 12 st medan 

Beryllium har glidsystem i {0001} plan i riktning vilket betyder 3 st, och det är mycket hårdare. 

Metaller har störst disloka;onsrörelse pga ej riktningsberoende bindningar och tydliga tätpackade 

riktningar för glidning. Kovalenta keramer har få glidsystem och riktningsberoende bindningar och 

därmed lite disloka;onsrörelse. Jonbundna keramer har i princip ingen disloka;onsrörelse på grund 

av laddningsskillnaden i atomerna. 

Polykristaller är starkare för korngränser hindrar diloka;onsrörelser och glidsystemens orientering 

varierar i olika korn. Kornet med störst skjuvspänning i si6 glidsystem kommer plac;seras först, de 

andra kornen plac;serar senare. 

Plas;cering kan också ske genom tvillingbindning men det är ganska irrelevant. Tvillingbildning kan 

dock göra så nya glidplan hamnar i fördelak;gare riktning. 

Disloka;oner kan både förstärka och ta ut varandra eLersom de har tryckspänning på ena sidan och 

dragspänning på andra vilket fungerar som e6 slags poler. Lika repellerar, olika a6raherar och tar ut 

varandra. 

Härdning 

Korngränshärdning-‐ genom a6 minska kornstorleken så fler korngränser bildas hindras 

disloka;onsrörelser. Fungerar även bä6re med högre korngränsvinkel. Sambandet mellan kornstorlek 

och sträckgräns beskrivs enligt Hall-‐Petch: där sigmanoll och ky är materialkonstanter och d är 

medelkornstorleken.


Fast lösningshärdning-‐ orenheter genom inters;;al eller subs;tu;onsatomer skapar spänningar i 

gi6ret. Spänningarna hindrar disloka;onsrörelser (duk;litet minskar, sträck och bro6gräns ökar) Stora 

atomer dras ;ll områden med dragspänning, små ;ll områden med tryckspänning. 

Deforma


Peritek


Faser i Fe-‐C: 

ferrit, BCC 

austenit, FCC 

Fe3C cemen;t (karbid) 

?? 

Strukturbeståndsdelar: 

+ Fe3C Perlit, består av ferrit och cemen;t i eutektoid struktur 

Undereutektoidt stål-‐ bildas vid sammansä6ning under 0,76% C, består av proeutektoid ferrit och 

perlit 

Övereutektoidt stål-‐ bildas vid över 0,76% C, består av proeutektoid cemen;t och perlit, starkare än 

undereutektoidt. 

När man legerar ändras både temperaturen och sammansä6ningen för den eutektoida punkten. 

Ökad C-‐haltbro6gräns och sträckgräns ökar duk;litet minskar 

Fasomvandlinar 

Tre typer: 

• Diffusion-‐ långsam, varken sammansä6ning eller antal faser ändras t.ex. stelning 

• Diffusion med ändring-‐ långsam, fassammansä6ning och antal faser ändras. T.ex. eutek;sk 

reak;on


• Diffusionslös-‐ snabb, resulterar i metastabil fas ex. martensit 

Omvandlingshas;gheten beror på ;den och temperaturen och består av Kärnbildning och Tillväxt. 

Liten underkylning långsam kärnbildningshas;ghet få kärnor stora kristaller Ex finkornig perlit 

Stor underkylning snabb kärnbildningshas;ghet många kärnor små kristaller Ex grovkornig 

perlit 

Eutektoid omvandling i Fe-‐C vid 727 grader (underkyla): 

TTT-‐ Time Temperature Transforma;on diagram. 

Olika för varje sammansä6ning. Visar eutektoida 

faser men även proeutektoida faser (extra linje 

från nosen upp över eutektoidtemperaturen) 

Bainit-‐ ferrit+cemen;t strukturbeståndsdel som 

bildas vid Stor underkylning (under ”nosen”) pga 

snabb kärnbildning och liten diffusion. Ser ut som 

små nålar av cemen;t i ferriten 

(Elektronmikroskopiskt) Kan ej ha proeutektoid fas. 

Sfärodit – ferrit +cemen;t strukturbeståndsdel 

som bildas vid mjukglödgning (lång ;d, hög temp 

ish 700) Gör materialet duk;lt. Runda par;klar av 

cemen;t i ferritmatris. 

Martensit-‐ Spec struktur, bildas vid släckning från 

austenitområdet. Gi6ret tvångsinlöser kol 

(eLersom det ej hinner diffundera) och gi6ret omvandlas ;ll BCT. Materialet blir hårt 

och sprö6. Strukturen är nålformad martensit huller om buller i en matris av 

restaustenit. 

Om man legerar med annat än C 

ändras TTT-‐diagramet. austenit -‐ 

perlit omvandlingen förskjuts ;ll 

höger och det skapas en separat 

bainitnos. 

 

Några olika fasomvandlingar som är bra a6 

kunna rita. 

Om man har kon;nuerlig kylning kan man istället 

rita e6 CCT-‐diagram


Anlöpt martensit-‐ värmebehandlar (600, 1h) martensit för a6 göra den mer duk;l. Nålarna rundas av 

så man får cemen;tpar;klar i en matris av ferrit 

Fin perlit är hårdare/starkare än grov perlit (för cemenBten hindrar ferriten från aC deformeras och 

fasgränser hindrar dislokaBoner, fin perlit har fler fasgränser) Grov perlit är dock mer dukBl. 

Perlit är starkare/hårdare än sfärodit pga fler fasgränser 

Bainit är starkare/hårdare än perlit pga finare kornstruktur 

Martensit är starkast för det intersBBella kolet hindrar dislokaBonsrörelser (få glidplan för BCT)


Applikationer och användning 

Stål 

Järn 

Gjutjär 

Metall 

Låg Medel-‐ Höh-‐ Ros7ri 

Ickejär 

Ex: Cu, 

Låg-‐kolhal


• P-‐M pulvermetallurgi-‐ Pulver som sintras. Metallen får hög smältpunkt och lite porer men har 

bra dimensionstoleranser. 

Värmebehandlingar; 

• Normalisering-‐ funkar bara på stål och görs oLa eLer valsning. 

Varför? Förminskar kornstorleken och likformar de. 

Hur? Temperatur 50-‐85 över austeni;seringstemperaturen, håll 10-‐20 min, kylning i luL. 

Vad? Fin perlit 

• Martensithärdning-‐ Hur bra det går beror på legeringens sammansä6ning, kylmediet och 

formen på biten som skall härdas+anlöpas. 

Hur stor möjlighet legeringen har a6 härdas ;ll martesit kallas dess härdbarhet.God 

härdbarhet gör a6 man får martensit genom hela biten, ej bara på ytan. Mäts med 

Jominyprov som ger en härdkurva. Härdbarhet ökar med ökande legeringsämnen. 

Kylhas;gheten minskar med avståndet från den släckta änden, och omrörning påverkar. 

Varför? Göra materialet hårt och starkt (men blir även sprö6) 

Hur? IDirektsläckning i va6en, olja eller luL (va6ensläckning kan ge sprickor-‐ olja vanligast) 

från Austeni;seringstemperatur . 

Vad? Martensi;sk mikrostruktur 

o Anlöpning-‐ 

Varför? Återfå seghet i martensiten 

Hur? 160-‐650 grader, 1h 

Vad? Martensiten rundas av och omvandlas ;ll ferrit+cemen;t 

• Utskiljningshärdning-‐ bygger på ämnenes löslighet i varandra, kräver därför hög löslighet av 

en fas i en annan. Lösligheten måste också avta snabbt med temperaturen. 

Varför? Öka styrka och hårdet (för vissa legeringar Al-‐Cu vanligast, även Cu-‐Be, Cu-‐Sn, Mg-‐Al) 

Hur? Två steg: Upplösningsbehandling som är homogenisa;on och solu;on treatment följt av 

släckning (de6a skapar e6 enfasmaterial som är övermä6at pga släckningen) Sedan andra 

steget: åldring, kan ske varm eller kall, då urskiljs den nya fasen. Det måste vara kohorenta 

urskiljningar och får därför inte vara för många (alltså för lång åldring) då släpper 

bindningarna och det blir inkoherenta hållfastheten minskar 

Vad? Mycket små jämnt fördelade par;klar i matrisen dvs en SSSS(upersaturated solid 

solu;on) alltså en övermä6ad fast lösning. Par;klarna hindrar disloka;onsrörelser, därför blir 

det starkt/hårt. 

• Glödgning 

o Avspänningsglödgning-‐ Låga temperaturer för a6 inte påverka hållfastheten 

Varför? Minska inre spänningar pga t.ex. kallhärdning, få bort disloka;oner 

Hur? 400-‐600 i 1-‐6 ;mmar 

Vad? Samma som innan men med mindre disloka;oner. 

o Mjukglödgning-‐ Medel-‐ och högkolhal;ga stål av perlit 

Varför? Öka mjukhet, duk;litet och seghet


Hur? Teperatur strax under austeni;sering dvs ca 700, håll 10-‐30 ;mmar 

Vad? Cemen;ten rundas av, går mot Sfärodit. 

o RekristallisaBonsglödgning-‐ 

Varför? Ta bort effekten av kallbearbetning dvs. minska disloka;oner, spänning och 

deforma;on av kornen. 

Hur? Ca 650 i en ;mme 

Vad? Mer jämnt formade korn men annars samma 

Korrosion 

Materialförlust genom upplösning=korrosion, bildande av ickemetalliskt skal= oxida;on 

Ändrar mekaniska-‐, fysikaliska egenskaper eller utseendet. Är en växelverkan med omgivningen. 

Börjar oLa på ytan, dyrt a6 förebygga och reparera bort men destruk;vt och oönskat. 

Elektrokemisk redoxreak;on. 

Rost-‐ Järn rostar i va6en i två steg: , 

Två metaller i en elektrolyt-‐ metallen med lägre poten;al (V 0 metall) korroderar men mer prak;skt a6 

använda galvaniska serien som rankar rela;va reak;viteten på metallerna i havsva6en. 

Passi


korngränsen korngränserna blir anodiska och korroderar. SKYDD: Värmebehandla vid hög 

temp så karbider upplöses. Välj


• Energiförbrukning – Fördelas mellan material;llverkning, ;llverkning, transport och 

användning 

• Vikt, 

• Utseende, 

• Återvinning – minskar 

energikostnader och 

energikonsum;onen. 

Gruppera materialegenskaper 

visuellt. 

Strategi för a6 välja material: 

Funk;on-‐ Vad används komponenten ;ll? 

Kriterier-‐ Vilka krav måste uppfyllas? 

Vilka krav önskas uppfyllas? 

Mål-‐ Vad vill vi maximera eller minimera? 

Fria variabler-‐ Vilka parametrar kan ingenjören ändra? 

Typexempel: 

Stav med längden L, sidan c på tvärsni6et (kvadra;skt), densiteten och maximal förlängning vid 

lasten F. Villa ha den styv och lä6 och i dragspänning. 

Elas;citetsmodulen blir då: 

Och stavens massa : 

Eliminera fria designparametern c: 

Här är då specifik för ;llämpningen medan måste minimeras för a6 man skall få små m. maximera 

materialindex för önskad stav. 

Plo6a E mot densiteten och rita in linjer för Materialindexen för den valda formen (ex balk, panel, 

stav) Linjen visar var den minsta massan är. På grafen ritar man in materialgrupperna och kan därmed 

välja de som verkar passa mot linjen.


Polymerer 

Polymerer-‐ långa molekylkedjor av upprepande enheter (finns naturliga som elfenben, bärnsten och 

naturgummi men de flesta kemiskt framställda) 

Plast-‐ polymerer med ;llsatser 0,1-‐10%, men vanligast med


Härdplast-‐ tvärbundna molekylkedjor med 5-‐10 kolatomer mellan tvärlänkarna. Ej smältbara, hårda 

vid rumstemp. Löst plast+härdare stelnar ;ll hård plast 

Fyra största termoplasterna: 

Polyeten, PE-‐ enklaste polymeren, finns i olika ”kvaliteter” LDPE (låg densitets polyeten, förgrenad 

struktur), HDPE (hög densitets polyeten, endast korta förgreningar i strukturen), UHMWPE (extra 

långa molekylkedjor, mer sli6ålig), skummad PE, PEX (tvärbunden polyeten) 

Mer-‐unit: 

Polypropen, PP-‐ ”gångjärnsplast” 

Mer-‐unit: 

Polystyren, PS-‐ ”styrenfamiljen”: ren PS, HIPS (High impact polystyen, högre slagseghet), EPS 

(Expanderad polystyren dvs frigolit), ABS, ASA, SAN 

Mer-‐unit: 

PVC-‐ styv PVC, mjukgjord PVC, skummad PVC 

Mer-‐unit: 

Tg= glastemperatur 

Tm= Den temperatur där den mest ”perfekta” kristallen smälter, finns ej för amorfa plaster då dessa 

istället har e6 smäl;ntervall.


Homopolymer: AAAAA 

Sampolymer: 

Slumpvis:AABABBAAAB 

Block:AAABBAAABB 

Ymp: A-‐kedja med förgreningar av B 

Strukturer: 

Byggs upp av huvudkedja med sidogrupper (som t.ex. CH3, Cl, bensenring) 

Primär bindning: i kedjan kovalent bindning 

Sekundär bindning: mellan kedjor Van der Waals (vanligast, 100 ggr lägre styrka än kovalenta), 

Dipolbindning (vid sidogrupper som ex Cl), Vätebindning (vid vissa sidogrupper) 

Exempel på plaster: 

• Kristallina: PP, PE, PA (polyamid dvs nylon), PET (termoplas;skpolyester), POM, PTFE (teflon) 

• Amorfa: PS, PVC, PMMA (plexi), PC (lexan) 

• Härdplaster: PF (bakelit), UP (unsaturated polyester, ”båtplast”), EP (epoxi) 

• Gummi: ………….


Glasområde HuvudtrasiNonsområde Gummiområde Visköst 

Gummiområde: Korta kedjesegment kan röra sig lä6. T>Tg ger stora segmentrörelser 

Visköst: Kedjeupptrassling (smälter) 

Tg :s betydelse för olika materialtyper: 

Glasområde: 

Glasomvandling sker då 

vätska kylts så a6 fria 

volymen, Vf, övergår i Vf’’. 

Segmentrörelser avstannar 

(endast vibra;oner hos 

atomer och 

sidogruppsrörelser), 

sekundära bindningar verkar 

och materialet blir hårt i 

glas;llstånd. 

HuvudtransiConsområde: 

Korta kedjesegment kan 

röra sig. 

• Amorf termoplast: Tg maximala övre användningstemperatur, där materialet uppträder 

glasartat. 

• Kristallin termoplast: Tg har ej så stor betydelse, den kristallina fasen påverkas nämligen inte 

av temperaturen. 

• Gummi: Tg är minimala användningstemperaturen, nedanför är materialet kladdigt och håller 

inte ihop. 

• Härdplaster: Tg maximal övre användningstemperatur 

Tg beror på: 

• Huvudkedjans rörlighet: lä6rörlig (enkel)=låg Tg , svårrörlig(komplicerad)= hög Tg 

• Sidogruppens storlek (steriska hinder): Mindre sidogrupp ger lägre Tg 

• Sidogruppens polaritet: högre polaritet ger högre Tg 

Kristallinitet 

På grund av a6 molekylkedjorna är långa och oLa komplicerade kan polymerer endast vara delvis 

kristallina. Andelen kristallinitet varierar från helt amorf ;ll 95% kristallinitet. Densiteten är större för 

mer kristallint material än amorL (om de är samma i övrigt) Andelen kris;llinitet beror på 

kylningshas;gheten under stelning och hur kedjan är uppbyggd, komplexare kedja= mer amorL. 

Linjära kedjor kristalliserar lä6are än förgrenade och tvärbundna. 

Högre kristallinitet ger sämre transparens.


Vid dragprov ordnas kedjorna i dragriktningen vilket gör a6 det blir stor förlängning och 

spänningsinducerad kristallisa;on sker. 

Lägre kristallinitet gör a6 det påverkas mer av Tg, och endast för kristallina polymerer finns e6 Tm 

För kristallisering krävs a6 det går a6 tätpacka. Då krävs molekylär regelbundenhet kedjans 

konfigura;on måste vara regelbunden (konfigura;onen ändras ej när man vrider på kedjan) 

Konfigura;onen beror på kedjans tak


Den termodynamiska drivkraLen för a6 bilda kristaller är propor;onell mot underkylningen. Den 

op;mala temperaturen för antal kristaller, ”perfekthet” och kristallisa;onshas;ghet är ca 0,8*Tm [K]. 

Stor underkylning medför liten lamelltjocklek och lägre Tm (större amorfinslag) och mindre sfäruliter. 

Kristallinitet medför: ökad E-‐modul, ökad kemikaliebeständighet 

Man mäter kristallinitet med kalometri, DSC: 

• T vå behållare (exakt lika), en tom och en med provet. 

• Höjer temperaturen lika mycket i de två behållarna, den med provet kräver mer energi. 

• Mäter skillnaden i entalpi vid uppvärmning 

Kovalenta bindningar i belastningsriktning = starkt 

Viskoelasticitet 

Tidsberoende deforma;on för konstant spänning eller konstant töjning. De har alltså en ;dsberoende 

elas;citetsmodul 

När e6 polymert material utsä6s för spänning deformeras den genom vridningar kring 

huvudkedjebindningar s.k. konforma;oner. Konforma;oner är de lägen som atomerna i huvudkedjan 

helst intar eLersom de har lägst energinivå (alla atomer är så långt bort från varandra som möjligt) 

grön= E(T), linjär elas;citet för metall(stål). 

blå= E(, linjär elas;citet för gummi 

gul=E (t,T), linjärviskoelas;citet för polymer (så 

deforma;oner) 

E( olinjär viskoelas;citet 

Kedjelängden, graden av 

tvärbindning och 

kristallinitetsgradens påverkan på den Cds-‐ 

och temperaturberoende 

elasCcitetsmodulen. 

Effekten av sampolymerisaCon: Vid ymp


och blocksampolymerisa;on får man två Tg-‐bulor, en för varje strukturbeståndsdel. Vid slumpvis 

sampolymerisa;on blir Tg någonstans mellan de ursprungliga Tg :na enligt blandekva;onen: 

Pga viskoelas;citeten blir styvhet mer invecklat hos plastmaterial 

En typisk teknisk draggkurva för polymer. Upp ;ll 

första toppen är deforma;onen homogen och om 

materialet är duk;lt (så bro6 ej sker i denna punkt) så 

kommer midjebildning. Midjezonen dras ut 

(kalldragning) genom a6 molekylkedjorna blir kraLigt 

orienterade i dragriktningen. 

Kurvans utseende avgörs av 

draghas;gheten eller temperaturen 

och karktäriserar alltså inte 

materialet annat än vid specifik 

temperatur och draghas;ghet. Kan inte se 

elas;citetsmodulen i dragprovskurvan. Därför är 

dragprov endast användbart som kvalitetskontroll. 

Istället är det bra a6 använda kryptest för a6 undersöka 

styvhet, då kan man hålla isär ;dsvariabler från spänning och 

töjning. I e6 kryptest mäts töjningen som funk;on av ;d för en konstant spänning. 

Typisk krypkurva för konstruk;onsmaterial där T


Brott 

Även för bro6 är viskoelas;citetens ;dsberoende avgörande. Griffith’s formel för kri;sk spänning runt 

spricka stämmer inte för den tar inte hänsyn ;ll 

energiabsorp;onen som sker i sprickspetsen pga 

viskoelas;ska egenskaper. Kring sprickspetsen 

sker en kedjeorientering och e6 bro6 beror inte 

all;d på a6 alla kedjor går av utan ibland glider 

de bara isär. A6 nysta upp kedjeintrasslinagr för 

a6 kedjorna ska kunna glida isär är väldigt 

;dsberoende. Graden av kedjeintrassling beror 

på kedjelängden vilket betyder a6 

bro6egenskaperna är molekylviktsberoende. 

Hög molekylvikt= hög hållfasthet (men sämre 

;llformningsegenskaper) 

Crazing-‐ när kedjeorienteringen i sprickspetsen går så långt a6 fibriller av kraLigt orienterade kedjor 

bildas tvärs över sprickan. ELersom fibrillerna är starkare och styvare än resten av materialet hejdar 

de6a sprickpropageringen. De6a kan ses genom a6 materialet vitnar på ytan. 

Spänningssprickbildning-‐ Bro6 utgör en balans mellan den elas;ska energin och energin för a6 bilda 

ytor men under spänningssprickbildning sänka ytbildningsenergin kraLigt när materialet utsä6s för 

vissa ytak;va kemikalier. De6a innebär alltså en kraLigt reducerad hållfasthet. De6a beror på a6 små 

sprickor ”öppnas” under spänning och dessa kemikalier kan fara in i sprickorna och gör a6 de lä6are 

propagerar. Olika plaster reagerar med olika lösningsmedel och det sker endast under dragspänning. 

Sta


• Poisson’s tal (kontrak;onsförhållande, vik;g parameter i elas;citetsteorin) 

• Temperaturutvidgning-‐ Dilatometerkurva 

• Brö6spänning mot bro6;d 

• Anisotropi 

• Dynamiska egenskaper 

Gummimaterial 

Elastomerer-‐ Polymerer med gummiegenskaper i rumstemperatur. 

Gummi-‐ Elastomerer med ;llsatser som t.ex. sot, olja, an;oxidanter, mjukgörare och färgpigment 

Naturgummi-‐ kommer från e6 träd. Kedjan är lä6rörlig och har en 

reak;v bindning (dubbelbindning). De6a gör a6 man kan vulkanisera, 

vilket betyder a6 man ;llför svavel som reagerar med 

dubbelbindningarna och bildar tvärbindningar mellan gummikedjorna. De6a gör a6 draghållfasthet 

och bro6öjning ökar samt användningstemperaturen breddas. Vanligtvis är det en svaveltvärbindning 

per 500-‐1000 enheter, vilket betyder a6 det forÑarande finns kvar mycket oreagerade 

dubbelbindningar. 

Gummmimaterial åldras pga av a6 deras tvärbindningar kan ändras och fly6a under lång ;d i höga 

temperaturer. De6a beror på en kombina;on av mekanisk belastning och hög temperatur, men även 

av UV-‐strålning, syre och ozon. Åldringen resulterar i a6 materialet blir kladdigt och poröst. 

En vanlig ;llsats i gummi är kimrök (sot) som gör a6 töjning ;ll bro6, nötningshållfasthet, 

rivhållfasthet, utma6ningsresistens, styvhet och UV-‐resistens ökar. Men styvheten minskar vid 

dynamisk belastning på grund av materialskador som små sprickor. Det gör också a6 under 

utma6ningsförhållanden skapas mycket värme. 

Termoplas


b. Formsprutning (injec;on moulding) 

ra;onell metod för längre 

formserier. Man ”pumpar” i 

plasten i en form. Cykel;den 

domineras av kyl;den som beror 

på tjockleken på materialet. 

2. Varmformning-‐ formning av ”halvfabrikat” 

i gummiområdet följt av 

kylning. Fungerar ej med 

högkristallina 

termoplaster pga a6 de 

är för styva. 

Kompositer 

Fibrer+polymer 

Matrisen bidrar med: kemisk motståndskraL, temperaturbeständighet, hårdhet, nötningsmotstånd, 

vidhäLning m.m. 

Fibern bidrar med: styvhet, styrka (blir bäst om fibrerna ligger i belastningsriktningen)

T0006T sammanfattning LP2 11-12 - Tentaplugg temp

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?