LABORATORIUM z PRZEDMIOTU
TECHNOLOGIE MATERIAA
OWE
Instrukcja laboratoryjna do ćwiczenia nr 3
 Technologia kształtowania wyrobów z tworzyw sztucznych
SPIS TREÅšCI
1. Cel i zakres ćwiczenia & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. 2
2. Tematyka ćwiczenia & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & . 2
2.1. Charakterystyka wyrobów z tworzyw sztucznych& & & & & & & & & & & & & .& & . 2
2.2. Dobór tworzywa polimerowego na wyroby określonego przeznaczenia .& ...& & & & .. 4
2.3. Technologiczność konstrukcji wyrobów z tworzyw sztucznych& & & .& & & & & & ... 7
2.4. Charakterystyka wad występujących w procesie formowania wyrobów z tworzyw
sztucznych & & & & & & .& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...& .. 7
3. Przebieg ćwiczenia & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..& . 8
3.1. Dobór materiału dla przykładowego wyrobu formowanego różnymi metodami & ..& . 8
3.2.Wybór metody formowania. Określenie optymalnych parametrów technologicznych
formowania dla przykładowego wyrobu & & & & & & & & & & & & & & & ......& .& 8
3.3. Opis wad otrzymanego wyrobu i propozycje sposobów ich usuwania & & & ..& & .& . 9
4. Literatura & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. 9
1. Cel i zakres ćwiczenia
Ćwiczenie ma na celu zapoznanie studentów z inżynierskimi podstawami kształtowania
wyrobów z tworzyw polimerowych na przykładzie metody wtryskiwania
wysokociśnieniowego tworzyw termoplastycznych.
Zakres ćwiczenia obejmuje:
" charakterystykę wyrobów z tworzyw sztucznych,
" dobór materiału na wyroby z tworzyw sztucznych,
" technologiczność konstrukcji wyprasek,
" określenie optymalnych parametrów dla wytwarzanego wyrobu,
" charakterystyka wad występujących w procesie formowania,
" opisanie wad otrzymanego wyrobu i zaproponowanie sposobów ich usunięcia.
2. Tematyka ćwiczenia
2. 1. Charakterystyka wyrobów z tworzyw sztucznych
Wyroby z tworzyw sztucznych produkowane są na skalę przemysłową od ponad 100 lat. Ze
względu na dużą różnorodność polimerów i ich właściwości, wyroby z tworzyw sztucznych
można spotkać w każdej dziedzinie życia. Metody przetwórstwa tworzyw polimerowych
rozwinęły się szczególnie w drugiej połowie XX wieku.
Wyroby z tworzyw sztucznych można podzielić na:
" bryłowe,
" ciągłe,
" porowate,
" piankowe,
" zespolone.
Wyroby bryłowe mają stały kształt i masę rzędu od 10-3 gram (mikrowyroby - np. koło
zębate w zegarku) do 106 gram (makrowyroby  np. kadłuby 15 metrowych łodzi motorowych
wykonanych z laminatu).
Wyroby ciągłe (wstęgowe) maja stały kształt przekroju poprzecznego, ale ich długość (czyli
jeden z ich wymiarów liniowych) jest zmienna (np. rury, węże, płyty, uszczelki, folie).
Wyroby porowate otrzymywane sÄ… poprzez dodanie w procesie produkcji do tworzywa
podstawowego specjalnego dodatku - spieniacza, który powoduje powstanie struktury
komórkowej wyrobu (styropian).
Wyroby piankowe otrzymywane sÄ… w procesie chemicznym spieniania poprzez dodanie do
żywicy związku chemicznego  spieniacza. Odbywa się to podczas procesu mieszania.
Wyroby te mogą mieć postać bryłową lub ciągłą. Cechą charakterystyczną wyrobów
piankowych jest ich zmienna gęstość.
Wyroby zespolone to takie, które zawierają co najmniej dwa różne materiały połączone ze
sobą na stałe, w sposób nierozłączny (np. podzespoły elektroniczne i elektryczne,
motoryzacyjne).
Przykłady wyrobów z tworzyw sztucznych przedstawiono na rysunku 1.
a) otrzymywanych metodÄ… wtryskiwania:
b) otrzymywanych metodą wytłaczania:
Rys. 1. Przykładowe wyroby otrzymywane z różnego rodzaju tworzyw sztucznych
Wyroby z tworzyw sztucznych wytwarza się z zastosowaniem określonych metod. Przykłady
wyrobów oraz metody ich wytwarzania przedstawia tabela 1.
Tabela 1. Przykłady wyrobów oraz metody ich wytwarzania.
Metoda Otrzymywane wyroby
wytwarzania
Wtryskiwanie Wyroby bryłowe o różnej masie (np. kształtki techniczne, dla
budownictwa, obudowy sprzętu AGD oraz dla przemysłu
elektronicznego, wyroby medyczne).
Wytłaczanie Folie płaskie i rękawowe, płyty (lite, wielowarstwowe, spieniane),
profile budowlane, listwy, kształtowniki, rury, węże, izolacje kabli,
pręty, uszczelki wstęgowe.
Wytłaczanie z Opakowania i pojemniki (butelki, fiolki, beczki), zabawki. Uwaga:
rozdmuchem
metodą tą pojemniki otrzymuje się przez rozdmuchiwanie rękawa
foliowego, wytworzonego wcześniej za pomocą metody wytłaczania.
Jest to połączenie dwóch metod przetwórstwa tworzyw sztucznych i
zazwyczaj realizowane jest na jednym stanowisku produkcyjnym.
Rozdmuchiwanie Pojemniki (uwaga: metodą tą pojemniki wytwarzane są w dwóch
etapach z tzw. preform otrzymanych wcześniej metodą wtryskiwania.
Rozdmuchiwanie jest drugim etapem wytwarzania pojemników).
Obie metody mogą być realizowane na jednym stanowisku
produkcyjnym lub mogą być rozłączne (realizowane na dwóch
osobnych stanowiskach).
Kalandrowanie Folie, wykładziny podłogowe, tapety.
Odlewanie Wyroby bryłowe, wyroby puste wewnątrz, folie, zalewanie żywicą
części elektronicznych.
Termoformowanie Tace, kubki, naczynia jednorazowego użytku.
Laminowanie Korpusy, kadłuby (np. łodzi), kontenery.
Prasowanie Wyroby bryłowe (kształtki techniczne, wyroby dla przemysłu
elektrotechnicznego (izolatory), płyty.
2.2. Dobór tworzywa polimerowego na wyroby określonego przeznaczenia
Do rodziny materiałów polimerowych zaliczamy takie tworzywa, w składzie których można
wyodrębnić cząstkę podstawową (związek chemiczny) zwaną merem, która w
kontrolowanym procesie chemicznym tworzy makrocząsteczkę. Makrocząsteczki mogą być
jednorodne (homopolimery) lub wieloskładnikowe (kopolimery). Polimery mogą tworzyć
stopy, mieszanki oraz kompozyty (rys. 2).
MER
(podstawowa czÄ…stka chemiczna)
POLIMER
(makrocząsteczka stworzona z merów)
HOMOPOLIMER KOMOPOLIMER
STOPY POLIMEROWE
(co najmniej dwuskładnikowe)
KOMPOZYTY POLIMEROWE
(o osnowie polimerowej, zbrojone cząstkami lub włóknami)
Rys. 2. Różne postaci materiałów polimerowych
Sposoby klasyfikacji tworzyw polimerowych:
1. Klasyfikacja polimerów ze względu na procesy zachodzące podczas formowania
(klasyfikacja wg Fishera):
" termoplasty  jest to grupa tworzyw, które pod wpływem wzrastającej temperatury
(ogrzewania) topnieją i przechodzą w stan ciekły (w którym odbywa się formowane
różnych wyrobów), a następnie po ochłodzeniu przechodzą w stan stały. Jest to proces
odwracalny. Tworzywa termoplastyczne nadają się do wielokrotnego przetwórstwa
(recyklingu).
" duroplasty  jest to grupa tworzyw, które pod wpływem temperatury lub związku
chemicznego tworzą trwałe wewnętrzne wiązania (sieciują) - przechodząc
jednocześnie w stan stały. Jest to proces nieodwracalny.
2. Klasyfikacja materiałów polimerowych ze względu na zastosowanie:
" farby, lakiery, powłoki antykorozyjne,
" kleje, kity, lepiszcza, masy szpachlowe,
" włókna, tkaniny,
" pianki (polimery o strukturze komórkowej),
" materiały lite (wyroby bryłowe lub ciągłe).
W ramach każdej z grup tworzyw polimerowych można otrzymać różne odmiany tego
samego polimeru poprzez zastosowanie różnego rodzaju modyfikatorów - specjalnych
zwiÄ…zków chemicznych dodawanych do polimeru w maÅ‚ej iloÅ›ci (0,2 ÷ 10%), nadajÄ…cych mu
charakterystyczne cechy i właściwości. Najczęściej stosowane dodatki (czyli modyfikatory)
do tworzyw sztucznych to:
" katalizatory, inhibitory,
" stabilizatory,
" plastyfikatory,
" barwniki i pigmenty,
" rozjaśniacze,
" antypiryny (opóz
niacze palenia),
" porofory,
" środki smarne,
" antystatyki.
Inną grupą dodatków zmieniających właściwości tworzyw sztucznych są to napełniacze. Na
bazie napełniaczy do polimerów można wytwarzać kompozyty, w których osnową jest
polimer a zbrojeniem włókno (np. szklane, węglowe, aramidowe, borowe) lub cząstki (kredy,
ceramiki, miki, itp.) Udział zbrojenia w kompozycie może wynosić od 10 do 70%. Rodzaj i
udział zbrojenia ma decydujący wpływ na własności fizyczne wyrobów kompozytowych
otrzymywanych z polimerów.
Dobór rodzaju polimeru na określony wyrób zdeterminowany jest przyjętą metodą
wytwarzania. Z uwagi na ograniczenie czasu trwania laboratorium, w dalszej części instrukcji
przedstawione zostanÄ… zasady doboru tworzywa sztucznego na wypraski wytworzone metodÄ…
wtryskiwania.
Przy doborze materiału polimerowego na wyroby kształtowane metodą wtryskiwania należy
uwzględnić następujące czynniki:
" dopuszczalny przedział długotrwałego obciążenia termicznego wyrobu,
" maksymalna temperatura pracy ciągłej,
" maksymalna temperatura pracy krótkotrwałej,
" rodzaj obciążenia mechanicznego (stałe, zmienne),
" typ naprężeń wynikający z obciążenia (rozciąganie, zginanie, skręcanie, ścinanie),
" wymagana twardość powierzchni,
" odporność na uderzenia,
" odporność na odkształcenia (dopuszczalne odkształcenia w określonej temperaturze),
" odporność elektryczna,
" ścieralność, zużycie cierne, współczynnik tarcia,
" chłonność wody.
2.3. Technologiczność konstrukcji wyrobów z tworzyw sztucznych
Technologiczność wyrobu to proces polegający na wprowadzeniu do konstrukcji wyrobu
modyfikacji kształtu wyrobu (określonych pochyleń, żeberek, itp.) umożliwiających jego
wykonanie lub poprawiających warunki formowania wyrobu tak, aby otrzymany wyrób był
jak najwyższej jakości.
Podstawowe cechy decydujące o technologiczności wyrobu:
" wyrób musi mieć możliwość uformowania i rozformowania. (np. wyrób ma
płaszczyznę podziału, która dzieli go na część matrycową i stemplową),
" pochylenia technologiczne,
" stałą lub płynnie zmieniająca się grubość ścianki,
" odpowiednią grubość ścianki, nie mniejszą od dopuszczalnej dla danego tworzywa,
" wzmocnienia w postaci żeberek.
2.4. Charakterystyka wad występujących w procesie formowania wyrobów z tworzyw
sztucznych
Wady wyrobu można podzielić na kategorie:
" wady kształtu,
" wady powierzchni,
" wady technologiczne.
Pod pojęciem jakość wyrobów rozumiemy szereg cech wyrobu, z których najważniejsze to:
" stabilność wymiarów geometrycznych wyrobu w ramach przyjętego pola tolerancji,
" stabilna masa wyrobu,
" wytrzymałość mechaniczna określona w karcie wyrobu,
" dopuszczalne odkształcenia podczas eksploatacji,
" stan powierzchni (linie Å‚Ä…czenia smugi zapady).
Głównymi przyczynami powstawania wad wyrobów jest:
" projekt wyrobu (nie technologiczna konstrukcja),
" wady konstrukcyjne narzędzia (formy),
" z
le dobrany materiał (polimer),
" z
le dobrana maszyna,
" nieprawidłowy proces technologiczny,
" nieprawidłowa eksploatacja wyrobu.
Kryteria oceny jakości
" geometryczne (wymiarowe, kształtowe),
" materiałowe (strukturalne, masowe)
" wytrzymałościowe,
" organoleptyczne,
" reologiczne,
" technologiczne.
3. Przebieg ćwiczenia
3.1. Dobór materiału dla przykładowego wyrobu formowanego za pomocą różnych
metod
W oparciu o charakterystykę materiałów podaną w materiałach pomocniczych do ćwiczeń
określ według kryterium użytkowego najlepszy materiał i jego zamiennik na wskazany wyrób
przez prowadzÄ…cego z tworzywa sztucznego.
Tabela 2. Dobór optymalnego tworzywa
parametry
tworzywo tworzywo
nazwa
najlepsze dopuszczalne
eksploatacyjne
wyrobu
(polimer 1) (polimer 2)
parametr wartość jedn.
maksymalna temp.
ciągłej pracy
rodzaj obciążenia i
naprężenia max.
twardość
udarność
odporność
elektryczna
odkształcenie
przy zerwaniu
klasa niepalności
chłonność wody
Uzasadnienie wyboru:
3.2. Wybór metody formowania. Określenie optymalnych parametrów technologicznych
formowania dla przykładowego wyrobu
W oparciu o literaturę dokonać wyboru technologii formowania przykładowego wyrobu i
określić podstawowe parametry technologiczne formowania.
Tabela 3. Dobór parametrów technologicznych formowania dla przykładowego wyrobu
podstawowe parametry technologiczne
nazwa
temperatura temperatura ciśnienie czas pozostałe pozostałe
polimer
wyrobu
tworzywa formy lub formowania chłodzenia/
głowicy grzania
1
2
3.3. Opis wad otrzymanego wyrobu i propozycje sposobów ich usunięcia
Dokonaj oceny jakości otrzymanego wyrobu z tworzywa sztucznego na podstawie kryterium
organoleptycznego i wskaż sposób usunięcia wady.
Tabela 4. Opis wad występujących w wyrobie i metod ich usuwania
Nazwa
Opis zaobserwowanych wad
wyrobu
wady wady wady wady
powierzchni kształtu technologiczne pozostałe
Sposoby usunięcia wad poprzez:
zmianę parametrów
technologicznych
zmiany w
konstrukcji
narzędzia
poprawę kształtu
wyrobu
4. Literatura
1. Sikora R. Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, PWN Warszawa, 1994,
2. Saechtling Tworzywa Sztuczne  poradnik, WNT, Warszawa, 2000,
3. Zawistowski H., Frenkler D. Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw
termoplastycznych, WNT, Warszawa, 1984.