operator urzadzen przemyslu spozywczego 827[01] o1 03 u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Tomasz Jagiełło

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle
spożywczym 827[01].O1.03

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Tomasz Kacperski
dr inż. Kazimierz Witosław

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Tomasz Jagiełło

Konsultacja:
mgr Radosław Kacperczyk

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 827[01].O1.03.
„Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spożywczym”, zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu operator maszyn i urządzeń przemysłu
spożywczego.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Metale. Właściwości metali i ich stopów

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Materiały ceramiczne i ogniotrwałe. Drewno

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Materiały uszczelniające. Zjawisko korozji

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WPROWADZENIE

Poradnik ten pomoże Ci poznać zasady stosowania materiałów konstrukcyjnych

w przemyśle spożywczym, a także wykształcić podstawowe umiejętności z tego zakresu.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś opanować przed
przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej,

−

cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas jej realizacji,

−

materiał nauczania, który umożliwi Ci samodzielne przygotowanie się do wykonywania
ć

wiczeń i zaliczenie sprawdzianów,

−

pytania sprawdzające, które pomogą Ci sprawdzić, czy już opanowałeś zamieszczony
materiał nauczania z zakresu stosowania materiałów konstrukcyjnych w technice,

−

wiczenia, które ułatwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,

−

sprawdzian postępów, który pozwoli Ci na samodzielne określenie opanowania
wymaganych umiejętności po zakończeniu każdego rozdziału materiału nauczania,

−

sprawdzian osiągnięć ucznia, czyli przykładowy zestaw zadań testowych, który służy do
oceny poziomu opanowania umiejętności i wiadomości z zakresu całej jednostki.

−

wykaz literatury.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

827[01].O1

Techniczne podstawy zawodu

827[01].O1.03

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych

w przemyśle spożywczym

827[01].O1.01

Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska

827[01].O1.02

Posługiwanie się dokumentacją techniczną

827[01].O1.05

Analizowanie układów elektrycznych

i sterowania w maszynach i urządzeniach

827[01].O1.04

Rozpoznawanie elementów maszyn,

urządzeń i mechanizmów

827[01].O1.06

Stosowanie podstawowych technik

wytwarzania części maszyn

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

identyfikować zagrożenia dla zdrowia i życia człowieka występujące w procesie pracy,

−

ustalać sposoby zapobiegania i likwidacji zagrożeń występujących w procesie pracy,

−

identyfikować zagrożenia dla zdrowia i życia człowieka występujące ze strony
ś

rodowiska pracy,

−

określać zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas eksploatacji maszyn i urządzeń
stosowanych w przetwórstwie spożywczym,

−

stosować sprzęt oraz środki gaśnicze zgodnie z zasadami ochrony przeciwpożarowej,

−

wskazywać znaczenie techniki w przetwórstwie spożywczym,

−

rozróżniać rodzaje i przeznaczenie informacji technicznej,

−

wyszukiwać informacje techniczne zawarte w graficznych materiałach informacyjnych,

−

przeanalizować informacje zawarte w tabelach i na wykresach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróżnić główne grupy materiałów konstrukcyjnych stosowanych do budowy maszyn
i urządzeń w przemyśle spożywczym,

−

określić właściwości wytrzymałościowe materiałów,

−

określić wpływ cech wytrzymałościowych na dobór materiałów konstrukcyjnych,

−

scharakteryzować rodzaje i zastosowanie materiałów niemetalowych wykorzystywanych
w konstrukcjach maszyn i urządzeń,

−

rozróżnić właściwości materiałów niemetalowych,

−

rozróżnić materiały ogniotrwałe,

−

uzasadnić dobór materiałów ogniotrwałych i ich zastosowanie w przemyśle spożywczym,

−

określić właściwości metali i ich stopów oraz wskazywać na ich zastosowanie
w przemyśle spożywczym,

−

sklasyfikować stopy żelaza z węglem,

−

rozróżnić gatunki, właściwości i zastosowanie stopów Fe-C,

−

określić zastosowanie poszczególnych gatunków stali, żeliwa i staliwa,

−

rozróżnić gatunki, właściwości i zastosowanie metali nieżelaznych i ich stopów
stosowanych w przemyśle spożywczym,

−

rozpoznać na podstawie oznaczeń: stal, staliwo, żeliwo, metale nieżelazne i ich stopy,

−

dobrać materiały odpowiednio do środowiska pracy, przetwarzanego materiału,

−

określić sposób zabezpieczania materiałów przed korozją, zużyciem,

−

skorzystać z wykresu żelazo-cementyt, PN, katalogów, poradników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Metale. Właściwości metali i ich stopów

4.1.1.

Materiał nauczania

Prawodawstwo i normy dotyczące materiałów stosowanych w przemyśle spożywczym
W Unii Europejskiej obowiązuje szereg norm prawnych, które precyzyjnie regulują

stosowanie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Aktem
o podstawowym znaczeniu jest rozporządzenie nr 1935/2004/WE Parlamentu Europejskiego.
Rozporządzenie to ustala wymagania odnoszące się do materiałów i wyrobów, które:

−

przeznaczone są do kontaktu z żywnością, lub

−

pozostają w kontakcie z żywnością, lub

−

można oczekiwać, iż wejdą w kontakt z żywnością albo nastąpi migracja ich składników
do żywności w przypadku ich zastosowania w normalnych lub możliwych do
przewidzenia warunkach.
Materiały i wyroby które stykają się z żywnością powinny być tak produkowane, aby

w normalnych lub możliwych do przewidzenia warunkach użytkowania nie dochodziło do
migracji ich składników do żywności w takich ilościach, które mogłyby:

−

stanowić zagrożenie dla zdrowia człowieka, lub

−

powodować niemożliwe do przyjęcia zmiany w składzie żywności, lub

−

powodować pogorszenie cech organoleptycznych żywności.

Do materiałów i wyrobów, które w chwili wprowadzenia do obrotu nie weszły jeszcze

w kontakt z żywnością, powinno dołączać się informację: „do kontaktu z żywnością” lub
szczególne wskazówki dotyczące ich używania (np.: ekspres do kawy, butelka do wina itp.)
lub określony symbol graficzny.

Rys. 1.

Symbol stosowany do oznakowania wyrobu do kontaktu z żywnością [24]

Przepisy karne przewidują grzywnę lub areszt dla każdego, kto wytwarza, przetwarza,

importuje lub wprowadza do obrotu materiały przeznaczone do kontaktu z żywnością, a nie
spełniające wymagań szczegółowo opisanych w odpowiednich przepisach prawnych.

Aktualnie normy europejskie, dotyczące bezpieczeństwa w konstrukcjach maszyn dla

przemysłów spożywczego, precyzują zagrożenia i nakazują stosowanie bezpiecznych
rozwiązań. Przepisy te dotyczą zarówno określenia reguł projektowania i konstrukcji
urządzeń, jak i składu chemicznego używanych materiałów konstrukcyjnych i środków
eksploatacyjnych. W Polsce, w tym zakresie obowiązuje norma europejska PN-EN 16726.
Norma ta precyzuje zagrożenia oraz niekorzystne oddziaływania, jakie dla wytwarzanej
ż

ywności mogą stwarzać maszyny stosowane w przemyśle spożywczym. Najwyższe

wymagania istnieją w stosunku do materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych
znajdujących się w strefie spożywczej, czyli tam, gdzie następuje bezpośredni ich kontakt
z produktami spożywczymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W obszarze strefy spożywczej są sprecyzowane wymagania dla:

−

materiałów konstrukcyjnych (nie mogą niekorzystnie wpływać na jakość wyrobów),

−

rodzajów powierzchni (powinny być gładkie, łatwe do czyszczenia),

−

elementów konstrukcyjnych (złączy, odpływów, napędów i łożysk, osłon, pokryw).

Konstrukcja maszyn
W projektowaniu współczesnych maszyn dla przemysłu spożywczego bierze się pod

uwagę typowe kryteria mechaniczne (wynikające z występujących obciążeń, ciśnień
w układzie, geometrii styku, prędkości poślizgu lub toczenia się), oraz warunki
ś

rodowiskowe, na które składają się: temperatura, rodzaj środowiska, rodzaj materiałów,

z którymi urządzenie ma kontakt. Aby nie dochodziło do możliwości zanieczyszczenia
wyrobu, zwraca się szczególną uwagę na stosowanie odpowiednich materiałów
konstrukcyjnych, które w kontakcie z surowcami i wyrobami nie wpływają niekorzystnie na
jakość wyrobu; nie powinny one nadawać wyrobom obcego zapachu, smaku lub zabarwienia;
powinny to być materiały odporne na korozję, nie zanieczyszczające wyrobu i nie
absorbujące,

Metale
Pierwiastki występujące w przyrodzie można ogólnie podzielić na metale i niemetale.

Grupa metali odznacza się pewnymi charakterystycznymi dla niej właściwościami. Są to
m.in.: metaliczny połysk, sprężystość, plastyczność, nieprzezroczystość, dobra przewodność
cieplna i elektryczna, a także pewna mechaniczna wytrzymałość oraz łatwość obróbki. Jednak
okazuje się, że niektóre z tych cech mogą w pewnych warunkach przejawiać również
niemetale, a z kolei niektóre metale niekiedy tracą właściwości przypisane metalom. Dlatego
też właściwości metali uważa się raczej za cechy pewnego stanu, a nie za trwałe właściwości
przypisywane określonym pierwiastkom.

Pierwiastki metaliczne występują w przyrodzie przeważnie w postaci rud. Na drodze

różnych procesów metalurgicznych są one przerabiane na czyste metale. Z powodu swoich
bardzo dobrych właściwości mechanicznych metale są powszechnie wykorzystywane do
produkcji maszyn, urządzeń i wielu innych wyrobów, a także jako materiały konstrukcyjne
w budownictwie.

Właściwości fizyczne metali
Metale charakteryzują niżej zdefiniowane właściwości fizyczne.
Gęstość (masa właściwa) określa stosunek masy do objętości. Wyraża się ją w [kg/m

Gęstość jest cechą charakterystyczną każdej substancji, służy m.in. do obliczania masy
i ciężaru określonej objętości substancji. Przykładem metalu o dużej gęstości jest platyna
[21,45 g/cm

], natomiast metal o małej gęstości to aluminium [2,7 g/cm

Temperatura topnienia to taka temperatura, przy której kryształy (z których zbudowana

jest substancja) zamieniają się w ciecz. Wyrażana jest w stopniach Kelwina [K] lub
Celsjusza [°C]. Metalem łatwo topliwymi jest ołów [327°C], trudno topliwym wolfram
[3422°C].

Rozszerzalność cieplna przejawia się w zwiększaniu wymiarów liniowych

i objętościowych pod wpływem wzrostu temperatury i zmniejszaniu się ich przy chłodzeniu,

Przewodność cieplna to zdolność do przewodzenia ciepła. Dzięki tej właściwości metale

szybko się nagrzewają i szybko tracą ciepło.
Przewodność elektryczna to zdolność do przewodzenia prądu. To zjawisko przebiega za
pośrednictwem elektronów. Dobrymi przewodnikami są m.in.: złoto, srebro, miedź,
aluminium.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Właściwości mechaniczne metali
Właściwości mechaniczne mają zasadnicze znaczenie dla trwałości wszelkich konstrukcji

metalowych stosowanych w technice. Określają one zdolność metali do przeciwstawiania się
działaniu na nie sił zewnętrznych.

Właściwości mechaniczne są określane przez niżej określone cechy.
Wytrzymałość to opór stawiany przez materiał sile, która usiłuje go rozdzielić lub

zmienić jego kształt. W zależności od sposobu działania siły można rozróżnić wytrzymałość
na rozciąganie (R

), na ściskanie (R

), na zginanie (R

), na skręcanie (R

) oraz na ścinanie

). Miarą wytrzymałości jest stosunek siły do pola powierzchni, na którą ta siła działa.

Wyraża się ją w [N/mm

Twardość jest to odporność materiału na odkształcenia trwałe, powstające wskutek

wciskania weń wgłębnika. Twardość materiałów jest wartością pozwalającą na określenie
zmian zachodzących od powierzchni w głąb materiału. Twardość można mierzyć różnymi
metodami: Brinella, Rockwella, Vickersa, Poldiego i Shore'a.

Metoda Brinella polega na wgniataniu twardej kalibrowanej kulki stalowej o określonej

rednicy w płaską, wygładzoną część przedmiotu. Kulka pozostawia na przedmiocie trwały

lad w postaci wgłębienia (odcisk). Jego wielkość pośrednio służy do określenia twardości

danego materiału. Do pomiaru twardości służy specjalny twardościomierz. Twardość
określoną sposobem Brinella oznacza się HB.

Metoda Rockwella pozwala na badanie przedmiotów cienkościennych i małych. Pomiar

twardości polega na wciskaniu w badany metal stożka diamentowego o kącie
wierzchołkowym 120° lub kulki stalowej o średnicy 1/16 cala. Twardość określa się
z głębokości odcisku w badanym metalu. Twardość określoną tą metodą oznacza się [HRC].

Rys. 2. Twardościomierz Rockwella: 1) wieszak, 2) obciążniki, 3) wgłębnik, 4) badany materiał,

5) pryzma, 6) śruba, 7) korbka, 8) koło, 9) czujnik, 10) zwalniacz, 11) dźwignia,
12) amortyzator olejowy [8, s. 95]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Udarność to odporność materiału na uderzenie lub nagłe obciążenie. Udarność materiału

zależy od składu chemicznego badanego materiału, ale także od obróbki plastycznej i cieplnej
jakiej ten materiał został poddany. Na przykład stale zahartowane wykazują znacznie
mniejszą udarność niż stale wyżarzone, a stale twarde mniejszą udarność niż stale miękkie.
Na zmniejszenie udarności stali ma duży wpływ zawartość domieszek fosforu. Próba
udarności polega na złamaniu próbki, specjalnie przygotowanej z karbem, jednorazowym
uderzeniem młota wahadłowego (najczęściej stosuje się młot Charpy'ego).

Rys. 3.

Młot Charpy’ego [13, s. 313]

Tabela 1. Porównanie właściwości mechanicznych różnych materiałów [17]

Właściwości technologiczne
Właściwości technologiczne metali, decydują o wyborze metod ich obróbki. Do

właściwości technologicznych metali zalicza się m.in.: skrawalność, ścieralność, własności
odlewnicze oraz własności plastyczne.

Skrawalność jest to podatność materiałów na obróbkę skrawaniem. Skrawalność zależy

pośrednio od twardości metalu. Metale miękkie mają lepszą skrawalność od metali twardych.

cieralność określa zdolność materiału do zużywania się jako skutek tarcia.

Spawalność to podatność metalu do tworzenia złącz spawanych. Zależy ona od składu

chemicznego materiału spawanego, rodzaju spoiwa, rodzaju spawania.

Kowalność to podatność metali na obróbkę kuźniczą.
Plastyczność jest to zdolność do zmiany kształtu pod wpływem kucia, tłoczenia, czy też

walcowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Metale żelazne i ich stopy
ś

elazo pozyskuje się z rud żelaza w trakcie wytapiania surówek w piecach hutniczych.

Najbardziej znane rudy żelaza to magnetyt (zawiera 60–72% żelaza), hematyt (40–56%),
limonit (20–45%) i syderyt (25–39%). Do tzw. wielkiego pieca oprócz rudy żelaza ładuje się
również materiały wsadowe, którymi są koks i topniki. Koks pełni rolę paliwa, a topniki
(kamień wapienny i palone wapno) odprowadzają do żużla w procesie wytopu niepotrzebne
domieszki. Wydzielanie czystego żelaza z jego rud w czasie procesu wielkopiecowego
głównie polega na odłączeniu tlenu od tlenków żelaza (proces redukcji).

Stop żelaza z węglem jest to taki stop, w którym węgiel jest rozpuszczony w żelazie.

Węgiel w tym stopie może występować w dwóch postaciach:
–

węgla czystego czyli grafitu,

–

węglika żelaza zwanego cementytem.
Z wielkiego pieca otrzymuje się surówkę. Jej nazwa pochodzi stąd, że jest to dopiero

surowiec przewidziany do dalszej przeróbki. Surówka hutnicza odlewana jest w postaci
bloczków zwanych gąskami. Bezpośredni wpływ na budowę surówki mają jej skład
chemiczny i szybkość chłodzenia. Ze względu na budowę (strukturę) rozróżnia się
następujące surówki:

−

białą, (o białym przełomie), zawierająca węgiel wyłącznie w stanie związanym w postaci
cementytu, charakteryzuje się dużą twardością i kruchością, jest produktem wyjściowym
do wytwarzania stali i staliwa,

−

szarą, (o szarym przełomie), zawierająca węgiel w stanie wolnym, w postaci grafitu, jest
miękka, charakteryzuje się dużą lejnością, jest wyjściowym produktem do produkcji
ż

eliwa,

−

pstrą (tzw. połowiczną), zawierająca węgiel zarówno w stanie związanym, jak i wolnym.

Cementyt – związek chemiczny węgla z
ż

elazem Fe

C. Topi się w temperaturze

1600

C. Oznacza się dużą twardością, i

niewielką plastycznością.
Ferryt – roztwór stały węgla w żelazie

Jest to prawie czyste żelazo. Największa
rozpuszczalność węgla w żelazie

wynosi

0,02% C.
Austenit – roztwór stały węgla w żelazie γ.
Nie występuje w temperaturze otoczenia.
Austenit jest bardzo plastyczny.
Perlit – mieszanina etektoidalna ferrytu
i cementytu zawierająca 0,8%C. Powstaje
wskutek

rozpadu

austenitu

podczas

przemiany

eutektoidalnej

zachodzącej

w temperaturze 723

Ledeburyt

–

mieszanina

eutektyczna

austenitu i cementytu zawierająca 4,3%C.
Cieplnej.

Rys. 4.

Uproszczony wykres układu żelazo cementyt [14, s. 70]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Klasyfikacja stali
Stalą nazywa się stop żelaza z węglem, w którym zawartość węgla nie przekracza

wartości 2 %. Stal można otrzymywać w procesie tzw. świeżenia surówki białej (proces
Simensa-Martina w piecu martenowskim). Pierwotnie w surówce znajduje się 4,5% węgla,
oraz liczne zanieczyszczenia. Świeżenie oznacza wypalanie szkodliwych domieszek
i obniżenie zawartości węgla. Stal w nowoczesnych hutach uzyskuje się w piecach
konwertorowych, łukowych lub próżniowych. Pozwalają one uzyskać stal wysokiej jakości.

Rys. 5. Schemat procesu produkcji stali [http://home.agh.edu.pl]

W celu uzyskania specjalnych właściwości stali wprowadza się do jej składu domieszki

dodatkowych pierwiastków (tzw. składniki stopowe). Do składników stopowych
podnoszących jakość stali należą następujące pierwiastki: chrom, nikiel, mangan, wolfram,
miedź, molibden, tytan, wanad. Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia
niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu zanieczyszczają stal i obniżają jej jakość.

Wyroby stalowe dostępne są w postaci znormalizowanych i różnorodnych wyrobów

hutniczych: wlewek, prętów okrągłych, kwadratowych, sześciokątnych, rur okrągłych, profili
zamkniętych i otwartych (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), a także
blach. Uwzględniając przeznaczenie stali, dzieli się ją na:
–

stale konstrukcyjne (węglowe i stopowe),

–

stale narzędziowe (węglowe, stopowe do pracy na zimno, stopowe do pracy na gorąco,
szybkotnące),

–

stale specjalne (nierdzewne, kwasoodporne, żaroodporne).
Stali konstrukcyjnej używa się do budowy konstrukcji stalowych oraz części urządzeń

i maszyn o typowym przeznaczeniu. Gdy konstrukcja lub element urządzenia pracuje
w trudnych lub ekstremalnych warunkach atmosferycznych, wytrzymałościowych lub
cieplnych, stosuje się stale specjalne (stale resorowe, sprężynowe, łożyskowe itp.).

Stal narzędziowa służy do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz

odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością,
odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewrażliwością na przegrzanie.
Cechy te gwarantuje wysoka zawartość węgla i odpowiednia obróbka cieplna, oraz użycie
odpowiednich dodatków stopowych. W zależności od warunków pracy narzędzia wyróżnia
się stale narzędziowe do pracy na zimno (do 200°C) i do pracy na gorąco. Specjalną grupę
tworzą tzw. stale szybkotnące.

Stal specjalna – to rodzaj stali przeznaczonej do specjalnych zastosowań. Stale specjalne

są bardzo drogie, gdyż zawierają dużą ilość dodatków stopowych, wymagają skomplikowanej
obróbki cieplnej oraz wysokiego reżimu obróbki. Stalami specjalnymi są m.in. stale

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

nierdzewne, kwasoodporne, żaroodporne, o specjalnych właściwościach magnetycznych,
odporne na zużycie.

Uwzględniając skład chemiczny stali, dzieli się je na:

–

stale węglowe,

–

stale stopowe.

Rys. 6. Zastosowanie stali węglowych w zależności od procentowej zawartości węgla [13, s. 333]

Stale węglowe to takie, w których głównym składnikiem wywierającym wpływ na

własności mechaniczne stali jest węgiel. Zależność jest następująca, im większa zawartość
węgla w stali, tym większa jest jej wytrzymałość, twardość, zaś mniejsza plastyczność. Stale
węglowe dzieli się na niskowęglowe (zawartość węgla do 0,25%), średniowęglowe
(0,25–0,60%) i wysokowęglowe (0,60–2%). Pod względem jakości stale wśród stali
węglowych wyróżnia się stale pospolitej jakości (z dużą ilością szkodliwych domieszek siarki
i fosforu), zwykłej i podwyższonej jakości.

Stale stopowe od stali węglowych różnią się tym, że celowo do ich składu wprowadza

się różne pierwiastki (nieżelazne metale, krzem), które pozwalają nadać stali specjalne
właściwości. Nazwy poszczególnych stali tworzy się od nazw głównych składników
stopowych np.: stal chromowa, stal chromowo-niklowa, stal wanadowa itp. Dzięki
składnikom stopowym nim można uzyskać stal: o zwiększonej wytrzymałości, odporną na
korozję, żaroodporną itp.

Oznaczanie stali
Sposób oznaczania poszczególnych stali został szczegółowo ustalony w Polskich

Normach. Gatunki i rodzaje stali są umownie oznaczane literami i cyframi.

Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości w zależności od składu chemicznego

i właściwości mechanicznych oznacza się literami „St” z cyfrą od 0 do 7 oznaczającej kolejny
gatunek stali (np. St0, St1, St2 itd., do St7).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości o określonym składzie chemicznym

oznacza się MSt9, MSt1, do MSt7. Symbol stali konstrukcyjnych węglowych zwykłej
jakości, przydatnych do spawania zakończony jest literą „S” (np.: St3S). Stale konstrukcyjne
wyższej jakości oznacza się liczbą dwucyfrową, która określa średnią zawartość węgla w stali
(np.: stal 08 zawiera 0,05 do 0,11% węgla, a stal 25 zawiera 0,22 do 0,30% węgla).

Stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania składa się z cyfr i liter. Pierwsze dwie cyfry

oznaczają średnią zawartość węgla w stali, natomiast litery określają rodzaj pierwiastków
stopowych według następującego porządku: G – mangan, H – chrom, J – aluminium,
N – nikiel, B – bor, M – molibden, T – tytan, F – wanad, W – wolfram, D – miedź,
Z – krzemochromowolfram, P – chromonikiel.

Oznaczenie stali narzędziowych rozpoczyna się dużą literą „N”. Po niej następuje

dwucyfrowa liczba określająca średnią zawartość węgla w stali. Jeżeli na końcu symbolu
pojawia się litera E, oznacza to stal płytko hartującą się. Stale głęboko hartujące się nie mają
na końcu symbolu żadnej litery (np.: N12E stal narzędziowa, płytko hartująca się, o średniej
zawartości węgla 1,2% – zwykle używana do wyrobu pilników, noży, N9 – stal narzędziowa,
głęboko hartująca się, o zawartości węgla 0,9% używana do wyrabiania gwintowników,
przebijaków).

Oznaczenie stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno składa się z liter; „N”

i liter oznaczających zawarte w stali najważniejsze pierwiastki stopowe (np.: NV – stal
narzędziowa, stopowa do pracy na zimno – wanadowa). Oznaczenie stali narzędziowych
stopowych do pracy na gorąco składa się z liter; „W” i liter oznaczających zawarte w stali
najważniejsze pierwiastki stopowe (np.: WV – stal narzędziowa, stopowa do pracy na gorąco
– wanadowa). Oznaczenie stali narzędziowych stopowych szybkotnących rozpoczyna się
literą „S” (np.: SW stal szybkotnąca wolframowa, SV stal szybkotnąca wanadowa).

Stale do produkcji rur są oznaczone symbolami „R” (np.: R35, R45)
Przykłady stali o podwyższonej wytrzymałości 18G2, 18G2A i 18G2AV. Stale

trudnordzewiejące są oznaczone symbolami 10HA, 10H, 12HIJA, 12PJA.

Nowe oznaczanie stali wg norm PN-EN
W normach PN-EN stosowane są dwa systemy oznaczania stali:

–

system literowo-cyfrowy (PN-EN 10027–1:1994),

–

system cyfrowy (PN-EN 10027-2:1994).
Każdy gatunek stali ma nadany znak i numer, który jednoznacznie identyfikuje tylko

jeden materiał. W przypadku systemu literowo cyfrowego symbole literowe są odpowiednio
dobrane tak, że wskazują na główne cechy stali np. zastosowanie, własności mechaniczne,
skład chemiczny. Umożliwia to łatwe identyfikowanie poszczególnych gatunków stali.
W przypadku oznaczania stali w systemie cyfrowym każdy gatunek stali ma nadany numer
składający się z pięciu cyfr, który można stosować zamiast znaku stali. Numer gatunku stali
nadaje Europejskie biuro rejestracyjne. Pierwsza cyfra w numerze „1” oznacza, że jest to stal,
dwie następne oznaczają grupę stali, a dwie końcowe wyróżniają konkretny gatunek
w grupie.(Przykład: „1.4541” oznacza stal odporną na korozję ze specjalnymi dodatkami).

Stale oznaczane wg ich zastosowania i właściwości mechanicznych i fizycznych
W tym przypadku znak zawiera symbole główne np: S stale konstrukcyjne, P stale

pracujące pod ciśnieniem, E stale maszynowe. (Przykład: stal S185 zastosowanie: konstrukcje
nitowane i łączone śrubami pracujące w temperaturze otoczenia).

Stale niestopowe. Znak stali składa się z następujących symboli: litery C, liczby

określającej 100-krotną wartość wymaganej zawartości procentowej węgla. (Przykład: stal
C45U zastosowanie: proste narzędzia ręczne, młotki zwykłe i kowalskie, kowadła,
pomocnicze narzędzia kowalskie itp.)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stale stopowe. Znak stali składa się z następujących symboli literowych i liczbowych:

litery X, liczby określającej 100-krotną wartość wymaganej zawartości procentowej węgla,
symboli chemicznych oznaczających składniki stopowe stali, liczb oznaczających średni
procent zawartości pierwiastków stopowych. (Przykład: stal X5CrNi18–10 zastosowanie:
w przemyśle chemicznym, przetwórstwa spożywczego, zbiorniki, pompy, rurociągi, implanty
medyczne, naczynia)

Rys. 7.

Fragment cyfrowego systemu oznaczania stali wg norm europejskich [http://home.agh.edu.pl]

Stale szybkotnące. Znak stali składa się z: liter HS, liczby oznaczającą średnie

procentowe zawartości pierwiastków stopowych, zaokrąglone do liczby całkowitej
i oddzielone kreska poziomą w następującym porządku: wolfram (W)-molibden (Mo)-wanad
(v)-kobalt (Co)

(Przykład: stal HS2–9–2 zastosowanie: wiertła spiralne, frezy, narzynki i gwintowniki,

narzędzia do obróbki kół zębatych)

Staliwo
Jest to stal w postaci lanej, o zawartości węgla od 0,1 do 0,6%, odlana w formie

o określonym kształcie. Odlew po zakrzepnięciu może być poddany dalszej obróbce
skrawaniem lub cieplnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozpoznawanie jakości stali metodami warsztatowymi.
W warunkach warsztatowych w pewnym przybliżeniu można określić jakość stali jaką

dysponujemy. Jednym ze sposobów jest obserwacja barwy i kształtu iskier powstających
podczas szlifowania. Podczas szlifowania stali miękkiej powstają iskry białe i długie.
W przypadku szlifowania stali o zwartości węgla do 0,6% powstają iskry jasnożółte
o niewielkiej ilości gwiazdek. Ze stali o zawartości węgla ponad 0,6% podczas szlifowania
powstaje duży snop iskier w kształcie gwiazdek o żółtym kolorze. Jeżeli szlifujemy stal
specjalną, powstają iskry kolorowe. W przypadku stali wolframowej czerwone, a chromowo-
wolframowej biało-czerwone z żółtymi punktami. Inna metoda określenia zawartości węgla
w stali polega na wnikliwym obejrzeniu przełomu próbki. Stal o małej zawartości węgla
będzie miała przełom włóknisty i barwę srebrzystoszarą.

Badanie twardości metalu w warunkach warsztatowych polega na nacięciu próbki

materiału pilnikiem.

Rys. 8. Badanie składu chemicznego stali przez iskrzenie a) stal niskowęglowa,

b) średniowęglowa, c) narzędziowa, d) żeliwo, e) szybkotnąca, f) manganowa
[13, s. 316]

eliwo

Jest to stop odlewniczy żelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi

składnikami zawierający od 2% do 3,6% węgla w postaci cementytu lub grafitu.
Występowanie konkretnej postaci węgla zależy od szybkości chłodzenia. śeliwo otrzymuje
się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach
zwanych żeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów. śeliwo
charakteryzuje się niewielkim skurczem odlewniczym, łatwością wypełniania form, a po
zastygnięciu dość dobrą obrabialnością. W celu usunięcia ewentualnych ostrych krawędzi
i pozostałości formy odlewniczej wyroby odlewnicze po zastygnięciu poddaje się obróbce
mechanicznej przez szlifowanie. Odlew poddaje się także procesowi sezonowania, którego
celem jest zmniejszenie wewnętrznych naprężeń. Bez tego zabiegu wewnętrzne naprężenia
mogłyby doprowadzić do odkształceń wyrobu lub nawet jego uszkodzenia. śeliwo dzięki
wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W technice stosuje się różne rodzaje żeliwa.
ś

eliwo szare to rodzaj żeliwa w którym węgiel występuje w postaci grafitu. Nazwa jego

pochodzi od faktu, iż jego przełom ma szary kolor. Uznawane za żeliwo wyższej jakości, jest
bardziej ciągliwe, łatwiej obrabialne, charakteryzuje się dobrą lejnością i posiada mniejszy
skurcz odlewniczy niż żeliwo białe.

eliwo białe to żeliwo w którym węgiel występuje w postaci kruchego cementytu. Nazwa

jego pochodzi od faktu, iż jego przełom ma jasnoszary kolor. Uznawane za żeliwo niższej
jakości, jest mniej ciągliwe, gorzej obrabialne, charakteryzuje się nie najlepszą lejnością
i posiada większy skurcz odlewniczy, niż żeliwo szare. Jest to żeliwo kruche i nieobrabialne,
nie nadaje się na części konstrukcyjne. Jest materiałem wyjściowym do otrzymywania żeliwa
ciągliwego.

eliwo ciągliwe to żeliwo otrzymane w wyniku długotrwałego wyżarzania żeliwa

białego. śeliwo takie posiada bardzo dobre własności wytrzymałościowe, porównywalne do
stali.

eliwo stopowe to takie żeliwo, do którego w celu modyfikacji jego własności

fizycznych i chemicznych dodawane są dodatki stopowe takie jak krzem, nikiel, chrom,
molibden, aluminium i inne. Istnieją następujące typy żeliw stopowych: żeliwo odporne na
korozję, żeliwo kwasoodporne, żeliwo żaroodporne.

Przykłady żeliw stopowych:

–

silal – przeznaczone na odlewane elementy do pracy w temperaturach dochodzących do
600–800°C, wadą silalu jest wysoka kruchość,

–

nicrosilal – podobne do silalu z większym dodatkiem niklu. Charakteryzuje się większą
ż

aroodopornością i lepszymi charakterystykami wytrzymałościowymi,

–

niresist – cechuje się wysoką żaroodpornością, a zarazem odpornością na korozję.

Metale nieżelazne i ich stopy
W technice najczęściej wykorzystuje się metale nieżelazne takie jak: cyna, miedź,

aluminium, ołów, nikiel, cynk. Ponieważ metale nieżelazne są dość drogie, często zastępuje
się je ich stopami.

Aluminium (Al) zwane również glinem, jest lekkim metalem o barwie srebrzystobiałej.

Jest odporny na wpływy atmosferyczne, a także działanie słabych kwasów, alkoholi
i tłuszczów. Charakteryzuje się dobrą przewodnością elektryczną i cieplną, a także dobrą
kowalnością i lejnością. Stosuje się go do wyrobu przewodów elektrycznych, różnego rodzaju
zbiorników, armatury, naczyń mleczarskich. Ma także duże zastosowanie jako składnik
stopów z innymi metalami. Zastosowanie aluminium w stanie czystym: w przemyśle
chemicznym i spożywczym na zbiorniki, przewody, armaturę, naczynia i sprzęt gospodarstwa
domowego, folie i opakowania, w przemyśle elektrotechnicznym na przewody elektryczne
zwłaszcza wysokiego napięcia, elementy konstrukcyjne kaset, pulpitów, obudów itp.

Cyna (Sn) jest bardzo miękkim metalem o barwie szarej. Cyna poprzez zabieg cynowania

lub bielenia stosowana jest do pokrywania warstwą ochronną stali i miedzi. Dokonuje się tego
przez zanurzenie części pobielanej w roztopionej cynie. Cyna jest składnikiem stopowym
brązu i spiżu. Jest także wykorzystywana w stopach łożyskowych i stopach do lutowania.

Cynk (Zn) jest metalem o barwie srebrzystej z odcieniem błękitnym. Jest bardzo odporny

na działanie powietrza i wilgoci, daje się łatwo przerabiać na blachy, pręty, folie i drut. Cynk
wykorzystuje się do tworzenia warstw ochronnych na wyrobach żelaznych (cynkowanie).
Stosuje się go również jako składnik w stopach.

Chrom (Cr) jest metalem o barwie srebrzystej z niebieskawym odcieniem. Jest twardy,

trudno topliwy. Dzięki niewidocznej powłoce tlenku którym się pokrywa jest odporny na
korozję. Stosowany jest jako składnik stopowy, a także do ozdobnego pokrywania
galwanicznego (chromowania) wyrobów stalowych i mosiężnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kadm (Cd) o własnościach podobnych do własności cynku. Jest używany jako składnik

stopowy.

Kobalt (Co) metal srebrzystobiały, o niebieskawym połysku, kowalny, ciągliwy,

ferromagnetyczny, trudnotopliwy. Odporny na działanie czynników atmosferycznych.

Nikiel (Ni) jest metalem o srebrzystobiałej barwie z lekkim żółtawym odcieniem. Jest

odporny na korozję i niektóre kwasy. Nikiel jest ciągliwy i plastyczny. Stosowany jest do
galwanicznego pokrywania (niklowania) innych metali. Ma szerokie zastosowanie jako
składnik stali stopowych, brązów i mosiądzów.

Miedź (Cu) jest plastycznym metalem o jasnoczerwonej barwie. Po długotrwałym

działaniu warunków atmosferycznych pokrywa się zielonym nalotem. Miedź jest dobrym
przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. Używana jest do wyrobu przewodów
elektrycznych, uzwojeń silników elektrycznych i prądnic. Miedź znajduje również duże
zastosowanie

pokrywania

przedmiotów

stalowych,

cynkowych,

cynowych

i aluminiowych, przed chromowaniem lub niklowaniem. Z miedzi wykonuje się elementy
urządzeń grzewczych, chłodniczych itp. Miedź jest głównym składnikiem stopowym takich
stopów jak: mosiądze, brązy, spiże.

Ołów jest metalem o barwie szarej, miękkim i odpornym na działanie kwasów i zasad.

Jest składnikiem wielu stopów. Stosuje się go w przemyśle chemicznym do sporządzania
naczyń i armatury do kwasów, w przemyśle elektrotechnicznym do wykonywania płyt
akumulatorowych. Bywa również stosowany w formie różnego rodzaju obciążników.

Stopy metali nieżelaznych
Stopy aluminium ze względu na małą masę właściwą noszą nazwę stopów lekkich.

Z tego względu oraz dzięki dobrym właściwościom wytrzymałościowym znajdują szerokie
zastosowanie w przemyśle maszynowym. Najbardziej znanymi stopami aluminiowymi są
duraluminium i silumin.
–

Duraluminium (dural) jest stopem aluminium, miedzi, magnezu i manganu
z domieszkami żelaza i krzemu. Odznacza się dużą twardością, wytrzymałością i małą
masą właściwą. Duraluminium jest stopem, który znalazł szerokie zastosowanie
w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

–

Silumin jest odmianą stopu aluminiowego, która oprócz aluminium zawiera duże ilości
krzemu oraz niewielkie ilości miedzi, magnezu i manganu. Silumin jest stopem
stosowanym do wyrobu elementów silników spalinowych (tłoków), części pomp
i armatury chemicznej.
Elementy i konstrukcje ze stopów aluminium wykonuje się poprzez walcowanie,

wyciskanie, kucie lub ciągnienie. Wyroby te nie mogą być przeznaczone do kontaktu
z żywnością.

Stopy miedzi
Najbardziej znanymi stopami miedzi są brązy i mosiądze.

–

Brąz to stop miedzi z cyną (brązy cynowe), miedzi z ołowiem (brązy ołowiowe) lub
miedzi z aluminium (brązy aluminiowe). Brązy są odporne na ścieranie oraz na działanie
związków chemicznych. Stosowane są na tulejki, panewki łożysk ślizgowych, części
armatury, zawory pomp itp.

–

Mosiądz jest stopem miedzi z cynkiem. Barwa mosiądzu zależnie od zawartości miedzi
zmienia się od żółtej do czerwono-żółtej. Stosowany jest do wyrobu armatury
wodociągowej, przewodów paliwowych, części elektrotechnicznych, przyrządów
optycznych i instrumentów muzycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stopy łożyskowe
Są to stopy służące do wylewania panewek łożyskowych. Stopy te powinny

charakteryzować

się

odpowiednimi

właściwościami

mechanicznymi

pracy

w podwyższonej temperaturze łożyska, małym współczynnikiem tarcia, dużą odpornością na
ś

cieranie, odpornością na kwasy znajdujące się w smarach. Najczęściej stosowanymi stopami

łożyskowymi są:
–

stopy cynowe (stosowane w łożyskach samochodów, ciągników i innych łożyskach
mocno obciążonych),

–

stopy cynowo-ołowiowe, (używane w łożyskach mniej obciążonych, np. w maszynach
rolniczych),

–

brązy cynowe (stosowane na odlewy panewek),

–

brązy ołowiowe (stosowane do łożysk pracujących pod dużym obciążeniem).
Stopy tytanu
Lekkie stopy, bardzo wytrzymałe optymalne do produkcji samolotów. Przeznaczenie:

powłoki silników rakietowych, części silników turbinowych, tarcze, pierścienie, łopatki,
okucia lotnicze, naczynia ciśnieniowe.

Stopy kobaltu
Zastosowanie: w medycynie do wykonania nietoksycznych implantów, odporne na

działanie kwasów organicznych, wykorzystywane w technice lotniczej i kosmicznej,
materiały odporne na ścieranie, żaroodporne i żarowytrzymałe. Mają zastosowanie do
budowy endoprotez stawowych.

Stopy cynku
50% światowej produkcji cynku przeznaczone jest na powłoki ochronne elementów ze

stali i żeliwa, elementy głębokotłoczne w przemyśle samochodowym, sprzęt gospodarstwa
domowego

Stopy ołowiu
Ołów i jego stopy mają zastosowanie do produkcji elektrod akumulatorowych, płaszczy

kablowych i łożysk ślizgowych

4.1.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie normy prawne regulują stosowanie materiałów i wyrobów przeznaczonych do
kontaktu z żywnością?

Jakie właściwości fizyczne charakteryzują metale?

Jakie znasz właściwości mechaniczne metali?

Co to jest stal?

Jak klasyfikujemy stal pod względem przeznaczenia?

Czym różnią się stale stopowe od stali węglowych?

W jaki sposób oznacza się stale?

Co to jest żeliwo?

Co to jest staliwo?

10.

Jakie znasz metale nieżelazne i ich stopy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Mając do dyspozycji stalowy pręt o przekroju kwadratowym (bok 20 mm) i długości

1,2 m, oblicz jego masę wiedząc, że gęstość stali wynosi 7850 kg/m

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

obliczyć objętość pręta,

obliczyć masę pręta.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

materiały piśmiennicze,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Odszukaj w Poradniku mechanika informację na temat twardości różnych metali.

W jakich jednostkach jest ona określona? Czy można zmienić twardość stali? W jaki sposób?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeanalizuj treść ćwiczenia,

korzystając z Poradnika ucznia i Poradnika mechanika odpowiedz na zadane pytania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

W Poradniku mechanika odszukaj w tabeli wyrobów hutniczych informacje

charakteryzujące kątownik równoramienny o wymiarach 45x45x4. Na podstawie tych
informacji oblicz masę konstrukcji do której budowy zużyto 12 m tego kątownika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać w Poradnika mechanika potrzebne informacje,

wykonać polecenie z ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Rozpoznaj różne rodzaje próbek stalowych, wykonując próbę za pomocą szlifierki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

przeprowadzić obserwację iskier podczas szlifowania różnych gatunków stali,

określić gatunki stali na podstawie iskier.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

stołowa szlifierka tarczowa, okulary ochronne,

–

próbki różnych gatunków stali,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 5

Rozpoznaj różne rodzaje stopów metali nieżelaznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

określić rodzaje stopów nieżelaznych, z jakiego zostały zrobione przedmioty.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

próbki różnych przedmiotów wykonanych ze stopów nieżelaznych,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować i rozróżnić stopy żelaza?

sklasyfikować i rozróżnić metale nieżelazne?

określić właściwości fizyczne metali?

określić właściwości mechaniczne metali?

określić właściwości metali nieżelaznych?

określić zastosowanie różnych stopów nieżelaznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe

4.2.1.

Materiał nauczania

Tworzywa sztuczne
Tworzywa sztuczne są wielkocząsteczkowymi związkami organicznymi otrzymywanymi

przez chemiczną przeróbkę surowców pochodzenia naturalnego (roślinnego lub zwierzęcego)
bądź też metodą syntezy z produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej lub gazu
ziemnego. Są produkowane już od przeszło 60 lat. Materiały oparte na polimerach
syntetycznych, często zastępują tradycyjne materiały takie jak drewno, ceramika, metal,
kauczuk naturalny. Tworzywa sztuczne mogą być półproduktami (np. żywice poliestrowe)
lub wyrobami gotowymi. W skład tworzyw sztucznych wchodzą oprócz polimerów także
plastyfikatory (zmiękczacze), wypełniacze (zmieniające właściwości mechaniczne) oraz
substancje barwiące.

Uwzględniając właściwości tworzyw sztucznych można je sklasyfikować jako:

–

duromery, czyli tworzywa twarde, trudnotopliwe, o wysokiej odporności mechanicznej,
służące często jako materiały konstrukcyjne (tzw. sztuczne metale); niektóre duromery
zastępują też materiały ceramiczne,

–

plastomery, tworzywa popularnie zwane termoplastami, mniej sztywne od duromerów,
łatwotopliwe i zwykle rozpuszczalne. Dzięki ich topliwości można je przetwarzać
poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie. Pozwala to na uzyskiwanie
nawet bardzo skomplikowanych kształtów. Stosowane są jako obudowy do maszyn
i urządzeń, elementy wyposażenia domowego itp.

–

elastomery to tworzywa, które można rozciągać i ściskać, w wyniku czego zmieniają
znacznie swój kształt. Po odjęciu siły elastomery wracają do swoich poprzednich
wymiarów. Elastomery zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny.
Ze względów ekologicznych trwają prace nad tworzywami sztucznymi, które

podlegałyby biologicznej degradacji, a produkowane by były na bazie roślinnej lub
zwierzęcej.

Właściwości tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne cechują się:

−

łatwością formowania elementów o skomplikowanych kształtach, bez dodatkowej
obróbki,

−

stosunkowo dużą odpornością chemiczną,

−

dobrymi właściwościami mechanicznymi i bardzo dobrymi elektrycznymi,

−

niską gęstością,

−

możliwością łatwego otrzymywania wyrobów o estetycznym wyglądzie,

−

możliwością nadawania wyrobom różnych kolorów,

−

możliwością uzyskania wyrobów przezroczystych.

Tworzywa sztuczne mogą być stosowane w różnorodnej postaci, m.in. jako: tworzywa

konstrukcyjne, materiały powłokowe, spoiwa, kleje, kity, włókna syntetyczne. Coraz częściej
używa się ich do wytwarzania części maszyn i urządzeń oraz przedmiotów powszechnego
użytku. W porównaniu z właściwościami metali, tworzywa sztuczne posiadają niższą
wytrzymałość mechaniczną i mniejszą twardość oraz stosunkowo niewielką odporność
cieplną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Skład tworzyw sztucznych
Podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych są wielkocząsteczkowe związki, które

mogą być pochodzenia syntetycznego lub naturalnego. Oprócz tego związku tworzywo
sztuczne zawiera składniki dodatkowe, które nadają mu korzystne właściwości użytkowe.

Dodatkowymi składnikami znajdującymi się w tworzywach sztucznych są:

−

Barwniki (naturalne lub syntetyczne), używane do barwienia różnorodnych materiałów
(tkanin, papieru, skór, drewna, tworzyw sztucznych, żywności, kosmetyków).

−

Pigmenty – substancje barwne, które w stanie rozdrobnienia są stosowane do wyrobu farb
oraz barwienia tworzyw sztucznych, a także włókien syntetycznych, wyrobów
ceramicznych, gumy, papieru. Pigmenty nieorganiczne (mineralne) dzieli się na naturalne
(farby ziemne) i sztuczne (sole i tlenki metali otrzymywane sztucznie). Do pigmentów
nieorganicznych zalicza się także pigmenty otrzymywane z metali nieżelaznych
np. glinu, miedzi i ich stopów. Pigmenty organiczne, również dzieli się na naturalne
i syntetyczne. Naturalne występują w organizmach żywych np. chlorofil, hemina, sepia,
indygo. Niekiedy pigmenty oprócz właściwości barwienia substancji, wykazują także
inne cechy: świecenie (luminofory) lub zmianę barwy wraz ze zmiana temperatury
(pigmenty termoczułe). Mają wówczas zastosowanie do produkcji farb świecących
i termometrycznych.

−

Stabilizatory, są to substancje chemiczne zapobiegające (lub opóźniające) samorzutne
i niekorzystne przemiany chemiczne innych substancji, takich jak: artykuły spożywcze,
leki, polimery, zawiesiny i emulsje, do których dodawane są w niewielkich ilościach.
Stabilizatory osłabiają działanie czynników termicznych, hydrolitycznych, biologicznych
i świetlnych.

−

Napełniacze, wypełniacze, obciążniki są to substancje wprowadzane do tworzyw
sztucznych, mieszanek gumowych, farb i innych w celu poprawy ich własności
mechanicznych, elektroizolacyjnych i przeciwpożarowych oraz obniżenia ich ceny.
Najczęściej stosowane napełniacze to: mączka drzewna i kamienna, ziemia okrzemkowa,
pył metalowy, sadze, grafit, ścinki, włókna, tkaniny szklane, azbest, miki a także
pigmenty.

−

Zmiękczacze, plastyfikatory to najczęściej oleiste ciecze o małej lotności lub ciała stałe,
które mieszają się homogenicznie z polimerem, nie wchodząc z nim w reakcję. Dodatek
zmiękczaczy do polimerów powoduje obniżenie temperatury kruchości i mięknienia oraz
podwyższenie odkształcalności i sprężystości. Ułatwione zostaje także przetwórstwo
polimeru. Zmiękczacze powinny być stabilne chemicznie, nietoksyczne oraz nie
pogarszać właściwości. Ze względu na pochodzenie zmiękczacze dzieli się na: naturalne
(olej słonecznikowy) oraz syntetyczne (estry, ketony itp.).

Rodzaje tworzyw sztucznych
Polimery można otrzymywać w trzech różnych procesach chemicznych:

–

przez polimeryzację, gdy z wielu pojedynczych cząstek (monomerów), tworzą się
zespoły tych cząstek (polimery); gdy w reakcji bierze udział więcej związków wówczas
powstaje kopolimer (przykłady tworzyw: polietylen, polipropylen, polistyren, kopolimery
winylu PCW, żywice akrylowe)

–

polikondensacja przebiega podobnie do polimeryzacji z tym, że w czasie jej przebiegu
wydzielają się produkty uboczne (woda, chlorowodór, alkohol), (przykłady tworzyw:
fenoplasty, aminoplasty, silikony, poliestry nasycone i nienasycone),

–

poliaddycja to reakcja wiązania monomerów w związki wielkocząsteczkowe bez
wydzielania produktów ubocznych (przykłady tworzyw: poliuretany),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawą klasyfikacji tworzyw sztucznych jest ich zachowanie się pod wpływem ciepła.

Dzieli się je na:
–

tworzywa termoplastyczne (termoplasty) po powtórnym nagrzaniu miękną i poddają się
formowaniu, czyli staja się plastyczne; takie tworzywa można kilkukrotnie przerabiać; są
wodoodporne i odporne na udar, dają się łatwo spawać,

–

tworzywa termoutwardzalne pod wpływem wysokiej temperatury stają się plastyczne, po
czym twardnieją w sposób nieodwracalny; są mało ścieralne, mniej kruche.

Rys. 9. Przykłady elementów wykonanych z tworzyw sztucznych [www.plastem.pl]

Przykłady tworzyw sztucznych
Poliamidy (PA) to związki wielocząsteczkowe, które zawierają w makrocząsteczce

ugrupowania amidowe. Poliamidy zaliczane są do typowych polimerów krystalicznych.
Cechuje je dobra wytrzymałość na rozciąganie, wysoki moduł sprężystości, twardość,
odporność na ścieranie itp. Poliamidy wytwarza się z pochodnych węgla, gazu ziemnego lub
ropy naftowej. Poliamidy w najróżniejszych postaciach znajdują zastosowanie w wielu
gałęziach przemysłu. Niełamliwe artykuły codziennego użytku, artykuły techniczne, którym
stawiane są wysokie wymagania wytrzymałościowe, włókna, lekkie tkaniny stanowią
najbardziej wyróżniający się zakres zastosowań tych polimerów. Wyroby z poliamidu są
twarde i elastyczne, niewrażliwe na uderzenia, posiadają dużą odporność chemiczną, mogą
pracować bez smarowania,. Z poliamidu wykonuje się tuleje łożyskowe, koła zębate,
pokrywy, korpusy, podkładki, kordy do opon, obicia tapicerskie, pasy bezpieczeństwa itp.

Poliuretany (PUR lub PU) to polimery termoplastyczne, a ich własności zbliżone są do

poliamidów. W odróżnieniu jednak od poliamidów nie chłoną wody, mają bardzo dobre
własności dielektyczne. Znajdują odpowiednio szerokie i różnorodne zastosowanie.
Przykładowo można z nich wytwarzać włókna odzieżowe, oploty przewodów, folie do
wyrobu worków, kształtki, lakiery do izolacji przewodów i malowania podłóg, kleje do
różnych materiałów, między innymi do metali lekkich i stali, rodzaj miękkiej gumy na
membrany, opony, podeszwy do butów.

Polichlorek winylu (PCW) to tworzywo niepalne, niewrażliwe na wilgoć, odporne na

czynniki chemiczne. Występuje pod wieloma nazwami handlowymi: winidur, igielit,
winoplast. W temperaturze pokojowej polichlorek winylu jest twardy, mało sprężysty, a przy
obniżeniu temperatury staje się kruchy. Twardy polichlorek winylu, z uwagi na jego dużą
odporność chemiczną, znajduje zastosowanie przede wszystkim do produkcji rur i wykładzin,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zbiorników na naczynia, na oleje i tłuszcze. Może być również wykorzystywany na płyty
gramofonowe. Daje się łatwo kleić i spawać, jest w zasadzie niepalny. Jest odporny na
działanie kwasów, zasad, benzyny. Polichlorek winylu miękki stosuje się do wyrobu folii,
giętkich węży do wody, powłok antykorozyjnych, wykładzin podłogowych oraz różnych
przedmiotów codziennego użytku.

Polietylen (PE) znany jest już od 1937 roku i w technice dość rozpowszechniony. Jest

substancją białą, konsystencji proszku lub granulatu, przypominającą w dotyku parafinę.
Powstaje w procesie polimeryzacji etylenu. Powierzchnia tworzywa daje się łatwo zarysować,
lecz jest w odróżnieniu od parafiny zwarta. Jest tworzywem o doskonałych własnościach
dielektrycznych i dużej odporności na działanie kwasów, zasad, soli i większości związków
organicznych. W węglowodorach alifatycznych, aromatycznych i chlorowcopochodnych,
polietylen pęcznieje, czemu towarzyszy pogorszenie jego własności fizycznych. Ponadto
przewody (rury, kable) z polietylenu, ułożone w ziemi, mogą ulegać zniszczeniu,
określanemu potocznie przez analogię do metali – korozją. Polietylen znajduje zastosowanie
w produkcji folii i innych opakowań, do wyrobu rur nadających się zarówno do wody pitnej,
jak i do ścieków, jako powłoki kablowe oraz do wyrobu elementów gospodarstwa domowego,
za wyjątkiem pojemników lub opakowań do mleka i tłuszczów zwierzęcych. Polietylen
przetwarza się metodą wtrysku i wytłaczania. Zaletami są odporność na czynniki chemiczne,
dobre własności dielektryczne, łatwo się barwi. Do wad zalicza się małą płynność, szybkie
starzenie się.

Rys. 10. Kraty pomostowe wykonane z polipropylenu [www.amargo.pl]

Polipropylen (PP) jest tworzywem częściowo krystalicznym o własnościach zbliżonych

do polietylenu. Otrzymuje się go na skalę przemysłową przez niskociśnieniową polimeryzację
propylenu wobec katalizatora. Polipropylen charakteryzuję się małą ścieralnością i dobrymi
własnościami dielektrycznymi. Może być stosowany w temperaturach od 35 do 130ºC. Jest
gładki w dotyku, ma większa odporność powierzchni na zarysowania i uszkodzenia, nie ulega
korozji naprężeniowej, ma mniejszą gęstość, większą wytrzymałość na rozciąganie i większą
odporność termiczną. Jako wady polipropylenu należałoby wymienić stosunkowo dużą
kruchość w temperaturach poniżej 0ºC i większą niż polietylen wrażliwość na działanie tlenu.
Polipropylen znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle do wyrobu różnych elementów
maszyn poddawanych większym obciążeniom (wałki drukarskie, koła zębate), naczynia
i elementy do sterylizacji wrzeniem oraz wyroby wymagające łączenia i współpracy
z elementami metalowymi.

Polistyren (PS) jest odporny na wodę, ale posiada niską odporność na ciepło jest

łatwopalny, co eliminuje go jako materiał konstrukcyjny. Otrzymuje się go na drodze
polimeryzacji styrenu w podwyższonej temperaturze. W normalnej temperaturze pokojowej
jest to tworzywo twarde i kruche, bez zapachu, bez smaku, fizjologicznie obojętne. Polistyren

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

otrzymuje się z etylenu i benzenu. Jest materiałem stosunkowo lekkim o dużej stałości
wymiarów, co umożliwia stosowanie go w precyzyjnej aparaturze pomiarowej. Cechuje się
małą nasiąkliwością wody, dobrymi własnościami dielektrycznymi, niezmiennymi
w szerokim zakresie częstotliwości, a także dużą odpornością na działanie większości cieczy,
nawet silnie korodujących. Nie odporny jest natomiast na działanie rozpuszczalników
organicznych. Pod wpływem światła słonecznego polistyren żółknie i staje się bardzo kruchy.
Jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych, ponieważ obok własności
mechanicznych i fizycznych, cechuje go łatwość formowania i niska cena. Służy do wyrobu
galanterii technicznej, obudowy różnych urządzeń mechanicznych i wykładzin, a jako
tworzywo parowate (styropian) – do opakowań i płyt termoizolacyjnych. Stosowany jest
również w przemyśle elektrotechnicznych i radiotechnicznym. śywice poliestrowe po
zmieszaniu ze styrenem tworzą żywice utwardzalne na zimno.

Polioctan winylu (PVAC) otrzymuje się z acetylenu, ropy naftowej i gazu ziemnego.

Zależnie od stopnia polimeryzacji, polimery te otrzymuje się jako substancje oleiste, miękkie,
kleiste lub twarde żywice. Do różnych celów miesza się je i stosuje w postaci roztworów,
mieszanek do powlekania, jak również w postaci perełek w różnych gałęziach przemysłu
(przemysł farb, lakierów, tekstylny, papierniczy i klejów).

Poliwęglany otrzymuje się je z trującego fosgenu i dianu. Są one tworzywami

termoplastycznymi o bardzo wysokiej temperaturze mięknięcia (około 170ºC). Z powodu
bardzo słabej zdolności do krystalizacji polimeru, czyste produkty z poliwęglanu są
bezbarwne i przejrzyste. Polimer może być przetwarzany z roztworu jak również, biorąc pod
uwagę jego termoplastyczny charakter, na zwykłych maszynach stosowanych do przerobu
tworzyw sztucznych. Z poliwęglanów można produkować włókna, folie, rury, wyrobu
drążone i inne. Uwzględniając dużą odporność na ciepło, jak również bardzo dobre własności
mechaniczne i dielektyczne, stosuje się poliwęglany w przemyśle elektronicznym,
w medycynie i do produkcji maszyn i urządzeń, którym stawiane są duże wymagania
techniczne, jak również na przedmioty codziennego użytku.

Octan celulozy otrzymuje się go z celulozy przez modyfikację mieszaniną kwasu

octowego i bezwodnika octowego. Bardzo dobrze chłonie wodę. Tworzywo to znajduje
zastosowanie w przemyśle fotograficznym (niepalne błony filmowe), na opakowania,
w przemyśle maszynowym i narzędziowym, odzieżowym i lakierniczym.

Azotan celulozy (celuloid) otrzymuje się przez estryfikację celulozy kwasem azotowym

w obecności kwasu siarkowego. Tworzywo to, które daje się szczególnie dobrze barwić
i przerabiać, pomimo jego palności, znajduje szerokie zastosowanie w wielu gałęziach
przemysłu. Azotan celulozy stosowany jest na różne wykładziny (np. w przemyśle
instrumentów muzycznych), jak również do produkcji zabawek i przedmiotów codziennego
użytku, artykułów technicznych i innych. Tworzywo to znajduje również zastosowanie
w przemyśle lakierniczym.

Poliizobutylen w zależności od stopnia polimeryzacji różnych postaci poliizobutylenu

własności jego mogą być różne i obejmują materiały od lepkiego oleju do produktów
o własnościach podobnych do twardej gumy. Jako materiał konstrukcyjny tworzywo to nie
może znaleźć zastosowania ze względu na to, że nawet nie jest jeszcze materiałem twardym.
Niskocząsteczkowe

materiały

tego

typu

znajdują

zastosowanie

jako

materiały

uszlachetniające, smary, kleje, folie, płyty i węże z poliizobutylenu stosowane są w przemyśle
chemicznym, w budownictwie, w elektrotechnice, w przemyśle spożywczym, często też jako
okładziny i wykładziny.

Tworzywa akrylowe (PMM) służą do produkcji sztucznego szkła organicznego

(pleksiglasu)

ywice epoksydowe znajdują zastosowanie jako kleje. Łącznie ze szkieletem z tkaniny

szklanej służą m.in. do wykonywania różnorodnych zbiorników, łodzi, itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kompozyty
Kompozytem nazywamy tworzywo powstałe przez połączenie dwóch lub więcej

materiałów, z których jeden jest wiążącym, a inne spełniają rolę wzmacniającą i są
wprowadzane w postaci ziarnistej, włóknistej lub warstwowej. W wyniku tego uzyskuje się
kombinację własności (najczęściej chodzi tu o własności mechaniczne) niemożliwą do
osiągnięcia w materiałach wyjściowych. Większość dostępnych obecnie kompozytów jest
oparta na zastosowaniu polimerów osnowy epoksydowej lub poliestrowej, w której znajdują
się wzmacniające materiał włókno szklane, węglowe lub z Kevlaru. Do najbardziej znanych
kompozytów należą żelazobeton, eternit, szkło zbrojone siatką metalową, węgliki spiekane,
włókna szklane, węglowe, kevlar (z którego przędzie się włókna o bardzo wysokiej
odporności mechanicznej na rozciąganie) i inne. Kompozyty pozwalają na otrzymywanie
lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji. Kompozyty mimo tego że są lekkie, są bardzo
wytrzymałe, mogą być też odporne na obciążenia udarowe. Ze względu na mięknięcie
polimeru kompozyty z osnową polimerową nie mogą być stosowane w temperaturach
przekraczających 250

Tabela. 2 Właściwości włókien kompozytowych [17]

Osnowa w kompozycie spełnia następujące zadania:

−

zlepia zbrojenie

−

umożliwia przenoszenie naprężeń na włókna

−

decyduje o właściwościach chemicznych i cieplnych kompozytu

−

nadaje żądany kształt wyrobom

−

dobrze wiąże się ze zbrojeniem.
Zbrojenie może mieć postać proszku lub włókien. Dodawane jest do kompozytu w dużej

ilości. Oddziałuje ono zazwyczaj tylko fizycznie na osnowę.

Zadania zbrojenia to:

−

poprawia określone właściwości mechaniczne i/lub użytkowe wyrobu,

−

niekiedy zmniejsza koszt wsadu surowcowego (dotyczy to napełniaczy proszkowych).
Kompozyty są drogie, a technologie wytwarzania kompozytów i elementów z nich

wykonanych są bardzo skomplikowane. Kompozyty nie są rozciągliwe.

Ze względu na rodzaj zbrojenia wyróżniamy kompozyty:

−

włókniste

−

proszkowe

−

porowate ciała stałe lub pianki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kompozyty umacniane włóknami można podzielić na umacniane włóknami ciągłymi

i krótkimi (ciętymi), a w zależności od kierunku ułożenia włókien mogą być kompozyty
umacniane włóknami równoległymi, nierównoległymi, matami, tkaninami, plecionkami itp.
Odrębnym rodzajem kompozytu jest laminat, czyli kompozyt warstwowy, umacniany
warstwami papieru, drewna, tkanin, podczas gdy osnowę stanowi żywica syntetyczna. Są też
stosowane laminaty typu „plaster miodu” lub kompozyty warstwowe o osnowie metalowej.
Kompozyty można dzielić według rodzaju materiału włókien (metalowe, ceramiczne
węglowe, polimerowe) lub osnowy (metal, ceramika, węgiel, tworzywa sztuczne).

Węgliki spiekane
Węgliki spiekane metali, zwane także spiekami, są sprasowanymi pod dużym ciśnieniem

proszkami metalurgicznymi, w następnej kolejności spieczone w piecach w temperaturze
ok. 1400°C. Wykorzystuje się proszki węglika wolframu, tytanu, tantalu i wanadu.
Odznaczają się bardzo wysoką twardością zbliżoną do twardości diamentu, nawet w bardzo
wysokich temperaturach. Węgliki używane są w produkcji narzędzi do obróbki skrawaniem,
gdzie przybierają postać płytek stanowiących nakładki na ostrza noży tokarskich, frezów itp.

4.2.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to są tworzywa sztuczne?

Jak klasyfikuje się tworzywa sztuczne?

Jakie cechy posiadają tworzywa sztuczne?

Z jakich składników produkuje się tworzywa sztuczne?

Jakie

znasz rodzaje tworzyw sztucznych? Podaj przykłady.

Jakimi zaletami cechują się wyroby wykonane z tworzyw sztucznych, w porównaniu
z wyrobami wykonanymi z metalu czy drewna?

Jaki materiał nazywa się kompozytem?

Jakie znasz materiały kompozytowe?

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj różne rodzaje elementów maszyn i opakowań, wykonanych z tworzyw

sztucznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

rozpoznać rodzaje tworzyw sztucznych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

próbki różnych rodzajów tworzyw,

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Korzystając z dostępu do Internetu, odszukaj przykłady symboli przy pomocy których

oznacza się różne rodzaje tworzyw sztucznych. Odpowiedz na pytanie, w jakim celu stosuje
się nanoszenie tej symboliki na wyroby z tworzyw sztucznych?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

wyszukać żądane informacje w Internecie,

wypełnić niżej zamieszczoną tabelę.

Nazwa chemiczna

tworzywa sztucznego

Nazwa handlowa

tworzywa sztucznego

Symbol

literowy

Symbol

graficzny

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Analizując właściwości poszczególnych tworzyw sztucznych określ, które z nich

najlepiej nadają się do wykonania następujących elementów:
–

korpus maszyny,

–

zbiornik na wodę,

–

panew łożyska ślizgowego,

–

wypełniacz pustych przestrzeni w opakowaniach,

–

rękojeść dźwigni regulacyjnej,

–

pojemniki przechowywane w niskich temperaturach.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

poznać właściwości tworzyw sztucznych,

dobrać odpowiednie tworzywa do poszczególnych zastosowań.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Rozpoznaj różne próbki tworzyw sztucznych. Do tego celu wykorzystaj niżej

zamieszczoną tabelę.

Tabela 2. Informacje służące do klasyfikacji tworzyw sztucznych na podstawie ich wyglądu i właściwości

[www.chem.uw.edu.pl]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika ucznia,

przeanalizować charakterystyczne cechy tworzyw sztucznych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

próbki różnych rodzajów tworzyw,

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

Poradnik ucznia,

–

materiały piśmiennicze,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 5

Przeanalizuj, jakimi związkami chemicznymi musiałbyś dysponować, aby przy ich

pomocy rozpoznać tworzywa oznaczone PA, PUR, PE, PS, PP. Do tego celu wykorzystaj
niżej zamieszczoną tabelę.

Tabela. 3. Informacje służące do klasyfikacji tworzyw sztucznych na podstawie ich reakcji w związkach

chemicznych

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przeczytać odpowiedni fragment Poradnika,

przeanalizować charakterystyczne cechy tworzyw sztucznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

próbki różnych rodzajów tworzyw,

–

materiały piśmiennicze,

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

rozróżnić i klasyfikować tworzywa sztuczne?

rozpoznać różne tworzywa sztuczne?

wymienić składniki służące do produkcji tworzyw sztucznych?

dobrać tworzywa sztuczne do różnych zastosowań?

określić zakres zastosowań materiałów z tworzyw sztucznych?

określić zakres zastosowań materiałów kompozytowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Materiały ceramiczne i ogniotrwałe. Drewno

4.3.1.

Materiał nauczania

Materiały ceramiczne
Tworzywami ceramicznymi nazywa się takie związki, które odznaczają się wysoką

twardością, wysoką temperaturą topnienia, kruchością, zdolnością spiekania się i zdolnością
odbijania światła po wypolerowaniu w stanie spieczonym. Są to nieorganiczne związki metali
z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami. Po uformowaniu materiały
ceramiczne wygrzewane są w wysokich temperaturach (są spiekane).

Materiały ceramiczne wytwarza się z masy ceramicznej w skład, której wchodzą:

−

materiały plastyczne (gliny, kaoliny) ułatwiające formowanie,

−

materiały schudzające (piasek, mielony kwarc, szamot) zmniejszające plastyczność glin
tłustych, a przez to zmniejszenie ich kurczliwości podczas suszenia i wypalania,

−

topniki, które ułatwiają proces wiązania cząstek, poprzez obniżenie temperatury
spiekania i topnienia masy ceramicznej.
Surowce do produkcji ceramiki można podzielić na:

−

podstawowe (substancje o dużej zawartości czystego węgla np.: grafit naturalny, sadza,
węgiel drzewny)

−

wiążące (mają za zadanie związanie mieszaniny drobno zmielonych cząstek)

−

dodatkowe (stosuje się je w celu nadania wyrobom specjalnych wartości)
Ceramikę można podzielić na:

−

ceramikę budowlaną – wyroby te muszą być odporne na ściskanie, zginanie, działania
mrozu

−

wyroby ceramiczne ogniotrwałe – wyroby te musza odznaczać się zdolnością
przeciwstawiania się działaniu wysokich temperatur ich pracy.

Wytwarzanie wyrobów ceramicznych
Proces technologiczny wytwarzanie materiałów ceramicznych składa się z następujących

faz:

−

przeróbka surowców,

−

przygotowanie mas,

−

formowanie,

−

suszenie,

−

wypalanie,

−

szkliwienie,

−

sortowanie i szlifowanie,

−

zdobienie (ewentualnie).
Właściwości wyrobów ceramicznych
Wyroby ceramiczne cechują się następującymi właściwościami:

−

dużą twardością,

−

kruchością,

−

dużą odpornością cieplną,

−

ogniotrwałością,

−

dużą odpornością na korozję,

−

dużą wytrzymałością mechaniczną,

−

dobrą izolacyjnością,

−

niską przewodnością cieplną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 11. Przykłady wyrobów z ceramiki technicznej [www.etipolam.com.pl]

Wyroby ceramiczne
W zależności od przeznaczenia i zastosowania rozróżnia się:

−

ceramiczne wyroby budowlane (cegły, dachówki, sączki, rury kanalizacyjne, wykładziny
kominowe, klinkierowe itp.)

−

ceramiczne wyroby stołowe (talerze półmiski)

−

ceramiczne wyroby techniczne (izolatory, naczynie kwasoodporne i in.)

−

ceramiczne wyroby specjalne (spieki ceramiczne, cermetale)
Wyroby ogniotrwałe
Wyrobami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość

zwykła jest równa lub wyższa od 1580°C. Wyroby o ogniotrwałości wysokiej są wytrzymałe
na temperaturę powyżej 1770°C. Materiały ogniotrwałe służą do budowy i wykładania wnętrz
pieców przemysłowych, palenisk, i kanałów, wszędzie tam, gdzie panują wysokie
temperatury. Wyróżnia się wyroby szamotowe, krzemionkowe, magnezytowe, chromitowe
i chromomagnezytowe, dolomitowe, talkowe, mulitowe, karborundowe.

Przykłady wyrobów ceramicznych

−

cegły z masy szamotowej na okładziny ognioodporne (również do wielkiego pieca i kadzi
odlewniczych) – sprasowane drobinki materiału ceramicznego wypalone w piecu
z wysoką temperaturą, kolor piaskowy,

−

płytki ceramiczne z zewnątrz gładkie (glazura), mogą być barwione w różny sposób,
wykonywane w różnych wielkościach,

−

osełki – przeznaczone do ostrzenia noży, posiadają gładką, twardą powierzchnię,

−

klinkier – materiał budowlany o gładkiej powierzchni i przekroju zawierającym czarny
pasek – grafit,

−

karit – odznacza się wysoką odpornością na działanie kwasów i alkoholów oraz bardzo
dobrą przewodnością cieplną. Posiada chropowatą powierzchnię składającą się
z drobnych granulek, jest bardzo twardy,

−

elektrokorut biały – powierzchnia chropowata, składająca się z małych drobinek
przypominających ziarenka soli, wysoka twardość, posiada własności skrawania, ostrzy
się go diamentem,

−

fajans – posiada porowaty czerp barwy kremowej i całkowicie nieprzeświecalny. Jest on
mniej twardy niż porcelana i lżejszy. Wydaje głuchy dźwięk, po pewnym czasie tworzy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

się na nim drobna siateczka pękań. Ma dużą nasiąkliwość i małą wytrzymałość
mechaniczną. Jest najsłabszym materiałem ceramicznym,

−

kamionka – należy do wyrobów ceramicznych o skorupie zeszkliwionej jednak nie
przeświecającej. Kamionka bywa biała, szara lub brązowa w zależności od użytych
surowców, najczęściej wyrabiana z glin ogniotrwałych z dodatkiem kaolinu i skalenia.
Jest wypalana tylko raz, razem ze szkliwem w temperaturze 1200–1300 C Jest twarda,
gładka, odporna na działanie kwasów. Ma zastosowanie w przemyśle chemicznym.
Z kamionki wyrabia się naczynia i okładziny kwasoodporne, przewody do cieczy
i gorących gazów, zlewy itp.,

−

porcelana – wyrabiana z glinki porcelanowej i topników, jest szklista i biała. Posiada
twarde szkliwo mocno stopione. Wydaje czysty, metaliczny dźwięk, posiada dużą
odporność na wysoką temperaturę i duża kwasoodporność, jest twardsza od stali.
Z porcelany wyrabia się różnego rodzaju zastawy stołowe, filiżanki itp.

Kompozyty ceramiczne:
Dobrą sztywność i twardość ceramiki można czasami połączyć z odpornością na

obciążenia dynamiczne polimerów czy metali, przez wytworzenie kompozytu. Przykładem
mogą być tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami szklanymi lub węglowymi. Włókna
szklane lub węglowe usztywniają dość miękki polimer. Jeżeli włókno pęknie, pękniecie
rozprzestrzeni się w miękkim polimerze, ulega w nim zahamowaniu, nie uszkadzając reszty
przekroju. Innym przykładem jest cermetal. Cząstki twardego węglika wolframu są
powiązane metalicznym kobaltem, tak jak żwir spojony smołą daje odporną na ścieranie
nawierzchnie jezdną. Kość jest naturalnym kompozytem ceramicznym – cząstki
hydroksyapatytu (ceramiki) są spojone kolagenem (polimer).

Składniki kompozytu ceramicznego

−

GFRP (kompozyt polimerowy wzmocniony włóknami polimerowymi) szkło – polimer
(konstrukcje wymagające materiałów o szczególnych właściwościach

−

CFPR (kompozyt polimerowy wzmocniony włóknami węglowymi) węgiel – polimer
(konstrukcje wymagające materiałów o szczególnych właściwościach)

−

CERMETAL WC – stosuje się w urządzeniach skrawających oraz do obróbki plastycznej

Zastosowanie kompozytów:

−

sprzęt gospodarstwa domowego (odporność temperaturowa, stabilność wymiarów,
izolacyjność)

−

budownictwo (mała masa, łatwość montażu, odporność korozyjna, nie wymagają
konserwacji, łatwe w utrzymaniu)

−

lotnictwo (mała masa, wytrzymałość mechaniczna, sztywność)

Szkło
Szkło nie ma określonej budowy, jest ciałem stałym o postaci amorficznej

(bezpostaciowej). Tworzą go związki szkłotwórcze (tlenki krzemu i boru) i związki
modyfikujące. Najważniejszą właściwością szkła jest jego przezroczystość. Szkło ma bardzo
słabe przewodnictwo elektryczne, zaliczane jest do izolatorów. Przewodność cieplna szkła
jest o kilka rzędów wielkości mniejsza od przewodności ceramiki krystalicznej. Właściwości
mechaniczne szkła poddanego obciążeniom szybko wzrastającym są podobne do właściwości
ciał stałych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podział szkła:

−

szkło budowlane (płaskie ciągnione, walcowane, piankowe, kształtki budowlane),

−

szkło do opakowań szklanych (na artykuły spożywcze, leki, kosmetyki, artykuły
chemiczne)

−

szkło gospodarcze i oświetleniowe (naczynia stołowe, kryształowe, wyroby
oświetleniowe)

−

szkło techniczne (dla optyki, do sprzętu laboratoryjnego, włókna szklane, kwarcowe,
pręty szklane rurki, światłowody).

Budowa drewna
Drewno to surowiec otrzymany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego

rodzaju sortymenty. Budowę drewna najlepiej można zaobserwować na przekroju
poprzecznym. Można wówczas odróżnić rdzeń, drewno właściwe, miazgę, łyko i korę. Ilość
słojów rocznych w części odziomkowej pnia wskazuje na wiek drzewa. Pod względem
chemicznym drewno składa się głównie z węgla, wodoru i tlenu, bardzo niewielkiej ilości
azotu i wreszcie z substancji mineralnych złożonych przeważnie z różnych soli. W drewnie
występuje ok. 50% węgla, 43% tlenu, 6,1% wodoru, 0,04–0,26% azotu i 0,3–1,2%
składników mineralnych.

Właściwości drewna
Do cech fizycznych drewna zalicza się: barwę, połysk, usłojenie, zapach, ciężar

właściwy, wilgotność, przewodnictwo głosu, ciepła i elektryczności. Do ważniejszych
własności mechanicznych drewna należy wytrzymałość na: rozciąganie, ściskanie, zginanie,
skręcanie, łupliwość, twardość, ścieralność, utrzymywanie gwoździ i wkrętów, sprężystość,
udarność i wytrzymałość na giętkość, ścinanie. Własności chemiczne drewna wynikają z jego
składu chemicznego. Ze składem chemicznym wiąże się też wartość opałowa drewna.
Obecnie ze względu na deficyt drewna stosowanie go na cele opałowe jest bardzo
ograniczone.

Drewno z krajowych drzew
Sosna zwyczajna ma drewno łatwo łupliwe, łatwe do obróbki, mało elastyczne, średnio

kurczliwe, łatwo się barwi, lecz źle poleruje. Przed zniszczeniem przy ściskaniu i zginaniu
trzeszczy (ma własności ostrzegawcze). Drewno sosny jest trwałe. W stanie suchym
(w budynku) trwałość jego sięga 1000 lat, w stanie mokrym (w wodzie) 500 lat. Tarcica
sosnowa ma szerokie zastosowanie w budownictwie, stolarstwie, produkcji opakowań.

wierk pospolity ma drewno miękkie, łatwo łupliwe. Obróbkę skrawaniem utrudniają

liczne twarde sęki. Drewno świerkowe suszy się dość szybko, lecz łatwo pęka, kurczliwość
ma niezbyt dużą, łatwo się barwi, lecz źle poleruje, nasycalność i przesiąkliwość ma
ograniczoną.

Trwałość jego w stanie surowym (w budynku) dochodzi nawet do 900 lat.
Jodła ma drewno miękkie, bardzo łatwo łupliwe, łatwo zapalne, o małej kurczliwości,

suszy się łatwo, lecz wykazuje skłonności do paczenia się. Obróbka skrawaniem jest łatwa,
natomiast piłowanie wilgotnego drewna natrafia na trudności wskutek włóknistej
powierzchni. Drewno jodły dobrze się barwi, lecz źle poleruje i źle polituruje; nasycalność
wykazuje średnią.

Trwałość drewna jodły w stanie suchym (w budynku) dochodzi do 900 lat.
Modrzew ma drewno dość twarde, łatwo łupliwe, dość trudno zapalne. Nie wykazuje ono

skłonności do pękania przy wysychaniu ani do paczenia się, suszy się dobrze kurczliwość ma
małą. Drewno świeże jest trudne do obróbki ze względu na wyciekającą, gęstą żywicę,
natomiast suche daje się obrabiać.

Dąb ma drewno dębu jest na ogół prosto włókniste, dosyć ciężkie, łatwo łupliwe, trudno

zapalne. Kurczliwość jego jest średnia; łatwo daje się obrabiać skrawaniem i gięciem; nadaje

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

się również do robót snycerskich. Poleruje się je trudno, natomiast barwi i klei dobrze.
Drewno dębu jest trudne w suszeniu. Trwałość twardzieli dębu w stanie suchym (w budynku)
sięga do 800 lat. Tarcica dębowa ma zastosowanie w meblarstwie, szkutnictwie produkcji
wagonów kolejowych, w stolarce budowlanej, do wyrobu parkietów.

Buk ma drewno średnio ciężkie, twarde, łupliwe. Duża i bardzo nierównomierna jego

kurczliwość jest przyczyną wyjątkowej skłonności do pęknięć. Drewno buka daje się dobrze
barwić, lakierować i polerować oraz impregnować. Wykazuje on własności ostrzegawcze,
lecz w stopniu daleko słabszym niż sosna. Drewno to jest łatwe w obróbce skrawaniem
i szczególnie dobrze nadaje się do obróbki gięciem po parzeniu. Parzenie zmniejsza również
jego skłonność do paczenia się, nadaje jednolitą, czerwonawą barwę i zwiększa odporność na
rozkład przez grzyby.

Jesion ma drewno twarde, średnio ciężkie, trudno łupliwe, giętkie. Kurczliwość jego oraz

skłonność do paczenia się i pęknięć jest niewielka. Należy ono do trudno zapalnych. Drewno
jesionu jest łatwe w obróbce skrawaniem i gięciem. Drewno wąskosłoiste, miększe, ma
zastosowanie w stolarstwie, natomiast szerokosłoiste, twardsze — konstrukcyjne. Drewno
jesionu źle się barwi i impregnuje, natomiast dobrze poleruje i polituruje. Z drewna jesionu
wyrabia się tarcicę stolarską, półwyroby meblowe, różne pojazdy, deszczułki posadzkowe,
poręcze, listwy, okleiny, meble, sprzęt sportowy, galanterię drzewną, uchwyty do narzędzi
itp.

Grab ma drewno bardzo twarde, bardzo trudno łupliwe, trudno zapalne, wykazuje dużą

kurczliwość. Drewno to jest trudne w obróbce skrawaniem (łatwo wyłupuje się). Daje się ono
dobrze barwić, polerować, politurować, impregnuje się natomiast słabo. Drewno świeże jest
bardzo mało trwałe i trudne do składowania w stanie okrągłym.

Brzoza ma drewno średnio twarde, trudno łupliwe, łatwo zapalne, o średniej

kurczliwości, nie paczy się i nie wykazuje skłonności do pęknięć desorpcyjnych. Zmienia ono
wymiary wraz ze zmianą wilgotności l temperatury otoczenia, suszy się łatwo, dobrze się
barwi, poleruje i polituruje oraz łatwo impregnuje. Drewno brzozowe jest ważnym surowcem
sklejkowym i okleinowym oraz do produkcji drewna warstwowego (lignofolu).

Olcha ma drewno miękkie, bardzo łatwo łupliwe, dość kruche, łatwo zapalne; mało się

paczy i nie pęka; jest wyjątkowo trwałe w wodzie, gdzie z czasem ulega zabarwieniu na kolor
brunatnoczarny, a następnie kamienieje.

Lipa ma drewno lekkie, miękkie, średnio łupliwe, łatwo zapalne, o dużej kurczliwości,

lecz bez skłonności -do pęknięć desorpcyjnych i paczenia się. Drewno lipy suszy się i obrabia
łatwo.

Tworzywa drzewne
Do tworzyw drzewnych zalicza się: sklejki, drewno warstwowe (lignofol, fornieryt),

drewno prasowane (lignoston), płyty stolarskie, płyty pilśniowe i płyty wiórowe. Ze względu
na podobieństwo niektórych, własności i zastosowań do tej grupy tworzyw dołączyć można
płyty paździerzowe i laminaty meblowe.

4.3.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to są materiały ceramiczne?

Z czego wytwarza się materiały ceramiczne?

Jakie właściwości posiadają wyroby z materiałów ceramicznych?

Jakie wyroby nazywa się wyrobami ogniotrwałymi?

Jakimi właściwościami odznaczają się wyroby wykonane z drewna?

Jakie znasz rodzaje drewna pozyskiwanego z krajowych drzew?

Czym różni się drewno z poszczególnych drzew?

Jakie znasz materiały z tworzywa drzewnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Analizując właściwości poszczególnych materiałów ceramicznych określ, które z nich

najlepiej nadaje się do:
–

izolowania „gołych” przewodów elektrycznych,

–

izolowania elementów grzejnych (spirali z drutu),

–

wyłożenia wnętrza pieca piekarniczego,

–

wykonania zbiornika na agresywną chemicznie ciecz,

–

wypełnienia ścianki działowej wewnątrz budynku,

–

wykonania posadzki w masarni,

–

wykonania zewnętrznej elewacji budynku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

określić właściwości poszczególnych materiałów ceramicznych,

dobrać odpowiednie materiały do poszczególnych zastosowań.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj różne wyroby wykonane z materiałów ceramicznych. Określ rodzaj materiału

ceramicznego użytego do wykonania tych wyrobów. Jakie są jego właściwości?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

rozpoznać rodzaje materiałów ceramicznych użyte do wykonania przedstawionych
wyrobów,

określić właściwości poszczególnych materiałów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

wyroby wykonane z różnych materiałów ceramicznych,

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Piec piekarski ma ubytki w izolacji cieplnej. Zastanów się, jakie materiały są potrzebne

do naprawy. Wyszukaj w Internecie producenta cegieł szamotowych i zaprawy szamotowej.
Złóż zamówienie określając warunki w jakich piec jest eksploatowany.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

poznać ofertę handlową w Internecie,

określić wymagania wobec zamawianych materiałów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 4

Rozpoznaj próbki drewniane, pochodzące z drzew różnych gatunków. Określ rodzaj

drewna. Jakie są jego właściwości?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

rozpoznać poszczególne rodzaje drewna,

opisać właściwości poszczególnych rodzajów drewna.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

drewniane próbki,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 5

Zastanów się, gdzie w przemyśle spożywczym stosuje się drewno lub tworzywa drzewne.

Opisz te sytuacje. Czy można ten materiał zastąpić innym. Czy jest to korzystne. Odpowiedź
uzasadnij.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

opisać, gdzie można spotkać wyroby drewniane w przemyśle spożywczym,

odpowiedzieć na pytania z ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

komputer z dostępem do Internetu,

−

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić rodzaj materiałów ceramicznych?

określić zastosowanie materiałów ceramicznych?

opisać

proces

technologiczny

wytwarzania

materiałów

ceramicznych?

określić właściwości różnych materiałów ceramicznych?

określić właściwości materiałów ogniotrwałych?

rozpoznać pochodzenie drewna?

określić właściwości różnych rodzajów drewna?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Materiały uszczelniające. Zjawisko korozji

4.4.1.

Materiał nauczania

Masy uszczelniające
Silikony, to plastyczne masy uszczelniające sprzedawane w charakterystycznych

opakowaniach, zwanych kartuszami. Stosuje się je do wypełniania szczelin o niewielkiej
szerokości

głębokości.

Stanowią

wówczas

zabezpieczenie

przeciwwilgociowe

i przeciwwodne. Wykonywane z nich spoiny są trwale elastyczne. Silikony mogą być również
wykorzystywane do łączenia ze sobą różnych materiałów. Uszczelniacze silikonowe mogą
mieć różny kolor. Jest to istotna cecha, ponieważ silikonowych połączeń nie da się
pomalować. Silikony mają konsystencję półplastyczną. Po nałożeniu łatwo dają się
rozsmarować, jednak w ciągu kilku minut po wyciśnięciu następuje ich utwardzanie. Są dwa
rodzaje utwardzania i odpowiadające im dwa podstawowe rodzaje silikonów:
–

silikony o utwardzaniu kwaśnym, w trakcie utwardzania wydzielają kwas octowy; mają
dobrą przyczepność do gładkich powierzchni. Odznaczają się dobra odpornością na
wilgoć i wysoką temperaturę. Niestety, mogą powodować korozję niektórych metali
i betonu, który ma odczyn zasadowy. Podczas nakładania takiego silikonu czuć
w pomieszczeniu nieprzyjemny zapach,

–

silikony o utwardzaniu neutralnym – gdy się utwardzają, wydzielane są związki
chemiczne o odczynie neutralnym, które nie mają przykrego zapachu. Dobrze przylegają
do niemal wszystkich materiałów budowlanych i wykończeniowych. Stykając się
z metalami, nie powodują ich korozji. Są jednak droższe od silikonów o utwardzaniu
kwaśnym.

Rys. 12. Silikon do zastosowań sanitarnych [www.soudal.pl]

Produkowanych jest wiele rodzajów uszczelniaczy silikonowych o różnych cechach

i różnym przeznaczeniu: silikony budowlane, silikony sanitarne, silikony szklarskie.

Zastosowanie silikonów:

−

spoiny połączeniowe między materiałami budowlanymi i wykończeniowymi,

−

fugowanie płytek ceramicznych,

−

elastyczne spojenia w szklarstwie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

szklenie okien (uszczelnienia między ramą drewnianą niemalowaną lub malowaną
farbami alkidowymi a szkłem),

−

spoiny w pomieszczeniach chłodniczych i w produkcji kontenerów,

−

uszczelnienia w instalacjach klimatyzacyjnych.
Akryle
Są to masy uszczelniające na bazie dyspersji akrylowej o bardzo dobrej przyczepności do

podłoży porowatych przeznaczone do wypełniania wszelkiego rodzaju szczelin o niewielkiej
ruchomości (do 15%) w betonie, murze, tynku, płytach gipsowo-kartonowych, przy listwach,
parapetach i schodach. Nie zawierają rozpuszczalników, są więc bezzapachowe. W handlu
dostępne są w wielu kolorach, po utwardzeniu dają się malować i lakierować

Polimery MS
Są to masy uszczelniająco-klejące łączące w sobie zalety silikonów i poliuretanów,

a pozbawione ich wad. Doskonale przyczepne do wszelkich podłoży budowlanych, mogą być
nakładane nawet na wilgotne powierzchnie. Bezwonne, nie zawierają rozpuszczalników, są
niewrażliwe na działanie wielu chemikaliów. Po utwardzeniu dają się malować – nawet
farbami wodnymi. Doskonale odporne na działanie warunków atmosferycznych
i promieniowania UV

Zjawisko korozji
Korozją nazywa się proces niszczenia materiałów, zachodzący pod wpływem

chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania otaczającego, agresywnego ośrodka.
Najczęściej jest nim powietrze, wilgotna ziemia lub woda. Chociaż pojęcie korozji często
zawęża się. do materiałów metalowych, podlegają jej również materiały nie metalowe, np.
betony, tworzywa sztuczne lub kauczuki.

W zależności od mechanizmu procesu korozyjnego rozróżnia się dwa rodzaje korozji:

–

korozję chemiczną,

–

korozję elektrochemiczną.
O ile metale ulegają zarówno korozji chemicznej jak i elektrochemicznej, to materiały

niemetalowe podlegają przede wszystkim korozji chemicznej.

Uwzględniając środowisko, w którym przebiega korozja, wyróżnia się:

–

korozję gazową (przebiegającą w suchych gazach),

–

atmosferyczną,

–

wodną,

–

ziemną (w gruncie).

Procesy korozji są potęgowane przez różnorodne dodatkowe czynniki, w tym:

–

mechaniczne (m.in. wewnętrzne naprężenia, tarcie, erozję, kawitację),

–

elektryczne (prądy błądzące potęgują korozję ziemną)

–

biologiczne (mikroorganizmy potęgują korozję ziemną i wodną).
Uwzględniając wygląd zewnętrzny lub zmianę własności fizycznych metali, można

wyróżnić następujące rodzaje korozji:
–

korozja równomierna, która charakteryzuje się tym, że rozmieszczenie produktów korozji
występuje w jednakowy sposób na całej powierzchni korodującego metalu,

–

korozja wżerowa, charakteryzuje się lokalnym tworzeniem wżerów w wyniku różnej
szybkości korozji poszczególnych obszarów powierzchni,

–

korozja międzykrystaliczna, charakteryzuje się zniszczeniem przebiegającym wzdłuż
granic ziaren metalu; ten rodzaj korozji rozprzestrzenia się w głąb materiału, nie
wywołując objawów zniszczenia na jego powierzchni,

–

korozja selektywna polega na wybiórczym utlenianiu jednego lub kilku składników
stopu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

pękanie korozyjne występuje pod wpływem naprężeń rozciągających i środowiska

korozyjnego (zwane jest także korozją naprężeniową).

Korozja materiałów powoduje bardzo duże straty. Składają się na nie zarówno koszty

bezpośrednio związane z koniecznością wymiany zniszczonych elementów, jak i nakłady
ponoszone na prace zabezpieczające i konserwacyjne. Trudne do oszacowania są koszty
pośrednie, wynikające ze zmniejszenia wydajności urządzeń, ich postoju. Ważnym
zagadnieniem jest również zagrożenie bezpieczeństwa pracy maszyn i urządzeń, które
podlegają procesom korozyjnym, a których awaria może mieć niekiedy bardzo niebezpieczne
skutki (części samolotów, konstrukcje mostów, zbiorniki ciśnieniowe, turbiny itp.).

Korozja chemiczna
Korozja chemiczna jest procesem niszczenia metali, zachodzącym w skutek

bezpośredniego działania suchych gazów (szczególnie w wysokiej temperaturze) lub
ś

rodowisk ciekłych. Środowiska te nie są zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego.

Najpospolitszym przykładem korozji chemicznej jest zendrowanie żelaza, czyli tworzenie się
na powierzchni żelaza zgorzeliny tlenkowej. śelazo jest metalem nieszlachetnym, dlatego
stosunkowo łatwo wchodzi w reakcję z tlenem (utlenia się), a na jego powierzchni tworzy się
warstwa tlenków, głównie magnetytu. Tlenki powstają również na innych metalach m.in.:
cynku, magnezie, miedzi. Jeżeli powstająca warstwa tlenkowa nie jest szczelna, to tlen
dostaje się do coraz głębszych warstw metalu. Prowadzi to do całkowitego skorodowania
(utlenienia) metalu. Jeżeli warstwa tlenków jest szczelna i spójna oraz dobrze przylega do
metalu, korozja dotyczy tylko jego wierzchniej warstwy. Taki przypadek dotyczy takich
metali jak: nikiel, chrom, czy aluminium.

Korozja elektrochemiczna
Ten przypadek korozji zachodzi wówczas, gdy metal lub stop ma kontakt z elektrolitem.

Oznacza to, że powierzchnia metalu styka się z roztworem soli, kwasu lub zasady. Niekiedy
elektrolitem może być nawet niewielka ilość wilgoci znajdującej się w powietrzu. Jest to
bardzo rozpowszechniony proces. W tym przypadku niszczenie metalu zachodzi wskutek
powstawania ogniw galwanicznych i przepływu słabego prądu w tych ogniwach.

Procesy korozji w różnych środowiskach
Korozja atmosferyczna
Korozja atmosferyczna stanowi najczęstszą przyczynę niszczenia metali, zwłaszcza

konstrukcji stalowych. Polega ona na współdziałaniu korozji chemicznej i elektrochemicznej.
Jej przebieg uzależniony jest od składu chemicznego atmosfery. Wzrost wilgotności i liczne
zanieczyszczenia powietrza intensyfikują procesy korozji atmosferycznej. Niektóre metale
(chrom, nikiel, stal nierdzewna) wykazują dużą odporność na działanie atmosfery, dzięki
zdolności do pasywacji. Jest to zjawisko polegające na tworzeniu na powierzchni metalu na
skutek utleniania ochronnej warstewki tlenkowej. Niekiedy te cienkie warstwy pasywne
ulegają jednak zniszczeniu w szczególnie agresywnych atmosferach przemysłowych lub
miejskich zawierających substancje redukujące.

Odporność na działanie atmosfery może być także wynikiem tworzenia się na

powierzchni metalu warstw ochronnych, dzięki wtórnym reakcjom produktów korozji
i składników atmosfery. Tak się dzieje w przypadku miedzi, która pod wpływem atmosfery
koroduje pokrywając się warstwą tlenku miedziowego. Tlenek ten następnie reaguje
z dwutlenkiem węgla z atmosfery, w wyniku czego powstaje zasadowy węglan miedzi.
Tworzy on szczelną warstwę zielonej barwy tzw. patynę. Stanowi ona ochronną warstwę
przed dalszą korozją. Podobne zjawisko występuje w przypadku cynku i ołowiu.

Korozja wodna
Zbiorniki, rurociągi, pompy oraz jednostki pływające ulegają często korozji wodnej.

Agresywność wody powiększa się ze wzrostem zawartości soli mineralnych rozpuszczonych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w wodzie, a także w przypadkach z napowietrzania wody oraz wzrostu jej temperatury.
Bardzo korzystne warunki dla przebiegu korozji elektrochemicznej stwarza woda morska,
która ze względu na znaczne stężenie soli stanowi roztwór o wysokim przewodnictwie
elektrycznym.

Korozja

wodna

jest

często

potęgowana

przez

burzliwy

przepływ

wody

(np. w rurociągach, wirnikach pomp) powodujący występowanie zjawisk erozyjno-
kawitacyjnych. Duży wpływ na przyśpieszenie korozji wodnej mają także mikroorganizmy
ż

ywe.

Korozja ziemna
Korozji ziemnej ulegają rurociągi, kable energetyczne i telefoniczne. Agresywność

gruntu zależy wprost od jego kwasowości, wilgotności, napowietrzenia, zawartości soli,
obecności mikroorganizmów itp. Ponadto, korozja ziemna jest potęgowana przez prądy
błądzące stałe lub przemienne pochodzące z upływów obwodów elektrycznych (w pobliżu
torów tramwajowych lub kolejowych).

Ochrona przed korozją
Zapobieganie korozji lub zmniejszanie jej rozmiarów można realizować poprzez

następujące działania:
a)

zastosowanie dodatków stopowych, uszlachetniających metal (chrom lub nikiel),

wybór takiego metalu, czy stopu metalów, by po przereagowaniu jego wierzchniej
warstwy, tworzyła się powłoka ochronna (zbiorniki z ołowiu),

odcięcie materiału od czynnika korozyjnego poprzez:
–

malowanie, lakierowanie, emaliowanie, powlekanie gumą, plastykiem lub
substancjami bitumicznymi,

–

metalizowanie natryskowe, napawanie, platerowanie, (czyli nanoszenie powłok
organicznych, nieorganicznych, metalowych i niemetalowych),

–

fosforowanie żelaza i stali lub chromianowanie cynku i magnezu,

–

elektrolityczne pokrywanie powierzchni metalu chronionego cienką warstewką
metalu trudniej korodującego.

Ochrona katodowa polega na tym, że chronioną konstrukcje, łączy się. z ujemnym

biegunem źródła prądu stałego. Biegun dodatni jest podłączony do dodatkowej elektrody
pomocniczej (anody). W takim przypadku, gdy elektrolitem jest np. woda morska,
rozpuszczać się będzie płytka będąca anodą, a nie kadłub okrętu.

Powłoki ochronne
Do czynności konserwacyjnych należy naniesienie, a niekiedy odtwarzanie

uszkodzonych powłok ochronnych.

Ochronne powłoki organiczne
Najbardziej rozpowszechnione w ochronie metali przed korozją są powłoki organiczne

wykonane z farb i lakierów. Oprócz nich do tej grupy powłok zalicza się także warstwy
wykonane z gumy (z kauczuku naturalnego lub syntetycznego) oraz powłoki z tworzyw
sztucznych (polichlorku winylu, polietylenu, poliamidów, czy epoksydów).

Ochronne materiały malarskie dzieli się zwykle pod względem ich składu na:

–

farby, które są zawiesinami pigmentów w błonkotwórczym spoiwie,

–

emalie, będące zawiesinami pigmentów w nośnikach żywicznych lub pokostowych,

–

lakiery, które są roztworami nielotnych substancji powłokotwórczych.
Antykorozyjne własności powłok malarskich zależą od własności substancji

powłokotwórczej, od chemicznej i fizycznej odporności powłoki na działanie otoczenia oraz
od przyczepności powłoki do metalu. Metal może ulegać korozji nawet wtedy, gdy powłoka
jest nienaruszona, a czynnik niszczący metal przez nią przenika. Każda farba ochronna
antykorozyjna składa się z trzech podstawowych grup składników:
–

składnika błonkotwórczego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

–

rozpuszczalnika, rozcieńczalnika i plastyfikatora (składniki tej grupy mają za zadanie
nadać farbie odpowiednie własności malarskie),

–

pigmentu, który nadaje barwę, chroni przed przenikaniem światła i wody oraz zapewnia
ochronę przeciwkorozyjną.
Do pigmentów, które mają zasadniczy wpływ na przeciwkorozyjne własności wyrobów

malarskich, należy m.in. minia ołowiowa, żółcień cynkowa, pył cynkowy i błękit ołowiowy.

Ponieważ mogą one nie nadawać błonie wymaganego zabarwienia, pigmenty te

wprowadza się na powierzchnie w pierwszej warstwie, czyli w tzw. farbie gruntowej
(podkładowej). Farby gruntowe są z kolei pokrywane farbami i emaliami nawierzchniowymi
zawierającymi pigmenty nie wykazujące działania przeciwkorozyjnego, ale mające lepsze
własności mechaniczne i dekoracyjne.

Powłoki metalowe
Powłoki metalowe mają za zadanie ochronić przed korozją zasadniczą konstrukcję

wykonaną najczęściej z łatwo korodującej stali. Wykonuje się je z chromu lub niklu. Są dość
kosztowne.

Powłoki konwersyjne
Powłoki konwersyjne są to warstwy nieorganiczne wytworzone na powierzchni metalu

w wyniku działania roztworów powodujących przemianę powierzchni metalu na
nierozpuszczalne w wodzie związki tworzące szczelną warstwę o własnościach ochronnych.
Otrzymuje się je sposobem chemicznym lub elektrochemicznym. Powłoki konwersyjne
zwiększają przyczepność farb i lakierów do powierzchni metalu. Metale pokrywa się
powłokami konwersyjnymi przez fosforanowanie i oksydowanie. W ten sposób chroni się
często powierzchnię narzędzi ślusarskich.

Powłoki nieorganiczne szkliste
Do najbardziej rozpowszechnionych sposobów nakładania powłok tego typu należy

emaliowanie szkliwami. Emalie techniczne stosowane są do powlekania przedmiotów ze stali
i żeliwa i służą głównie jako ochrona przed korozją. Naczynia, zbiorniki, aparatura służąca do
produkcji środków chemicznych, żywnościowych oraz leczniczych powlekane są specjalnymi
technicznymi emaliami kwasoodpornymi. Do wad emalii szklistych należy mała odporność
na uderzenia i na nagle skoki temperatury.

Uzupełnianie uszkodzonych powłok malarskich
Bardzo często na skutek lokalnego uszkodzenia mechanicznego powłoka malarska

zostaje na niewielkich obszarach zniszczona. Należy ją wtedy jak najszybciej uzupełnić, aby
zapobiec rozwojowi korozji, która zapoczątkowana w miejscu nieciągłości, może
spowodować duże wżery pod istniejącą w sąsiedztwie nieuszkodzoną powloką.
Charakterystycznym objawem rozwoju korozji pod powłoką ochronną są powstające
pęcherze.

Miejsca uszkodzone należy oczyścić papierem ściernym lub szczotkami drucianymi.

Wokół ogniska korozji należy utworzyć pas szerokości około 5–10mm. Jeżeli nastąpiły już
głębokie wżery korozji, oprócz oczyszczania mechanicznego należy zastosować
odrdzewiacze. Po całkowitym oczyszczeniu podłoża i starannym odtłuszczeniu należy
nałożyć warstwę gruntującą. Po jej wyschnięciu ubytek należy szpachlować wyrównując
powstałe zagłębienie. Po utwardzeniu szpachlówki matuje się jej powierzchnię i najbliższą
okolicę drobnym papierem ściernym. Następnie nakłada się emalię powierzchniową o tym
samym kolorze i odcieniu, co nieuszkodzona powłoka.

Nanoszenie emalii (lakieru) powierzchniowej na małych ubytkach dokonujemy

pędzelkiem, większe powierzchnie pokrywamy natryskowo. Uzupełniające materiały
malarskie powinny być tego samego rodzaju, co dotychczasowa powłoka; niekiedy stosuje się
specjalne odmiany farb podkładowych i emalii renowacyjnych. Bardzo wygodne w użyciu są

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pojemniki aerozolowe z materiałami renowacyjnymi zarówno podkładowymi, jak też
zewnętrznymi.

rodki czasowej ochrony przeciwkorozyjnej powierzchni metalowych

rodki służące do ochrony czasowej powinny posiadać następujące cechy:

–

dobre właściwości przeciwkorozyjne,

–

łatwość nanoszenia i usuwania z powierzchni prostymi metodami,

–

nietoksyczność w czasie nakładania oraz trudność zapalenia po nałożeniu,

–

stabilność chemiczną gwarantującą ochronę antykorozyjną przez od 10 do 24 miesięcy,

–

nieszkodliwość dla niemetalicznych elementów konstrukcyjnych maszyn (np. gumy).

rodki ochrony czasowej metali dzieli się na:

–

oleje i smary ochronne,

–

antykorozyjne preparaty błonkotwórcze (fluidole),

–

substancje pasywujące i lotne inhibitory korozji,

–

woski, farby i lakiery antykorozyjne,

–

powłoki z tworzyw sztucznych.

Oleje i smary ochronne
Elementy trące, występujące w strefie spożywczej powinny być wyłącznie smarowane

smarem, dopuszczonym do kontaktu z żywnością i powinny być łatwe do czyszczenia.

rodki smarne w przemyśle spożywczym służą często do smarowania elementów ze stali

nierdzewnej, bardzo czułych na zatarcie. Obecność wody czy pary, kwaśne lub alkaliczne
ś

rodowisko, sprzyjają zmywaniu substancji smarujących ze smarowanych powierzchni, co

może spowodować zatarcie powierzchni wzajemnie się trących.

Funkcjonowanie maszyn „na sucho” powoduje szybsze zużycie maszyn, a także

zanieczyszczenie żywności poprzez cząsteczki metali. Stosowane w niektórych rozwiązaniach
polimery (spiek z PTFE) mają porowate powierzchnie, trudne do czyszczenia w sposób
gwarantujący zachowanie higieny. W porach mogą rozwijać się drobnoustroje, skażające
gotowy wyrób.

Zwykłe oleje nie zabezpieczają przedmiotów przed korozją na dłuższy okres. Cienka

warstwa oleju, która pokrywa ścianki przechowywanych przedmiotów, ulega utlenieniu
w stosunkowo krótkim czasie. Dzieje się to na skutek katalitycznego działania metali, wody
i zanieczyszczeń powietrza. Dlatego do ochrony powierzchni metalowych należy stosować
specjalne oleje konserwacyjne.

Dobre smary konserwacyjne muszą mieć następujące cechy:

–

dobrą zwilżalność i przyczepność do powierzchni metalu pozwalającą na tworzenie się
możliwie grubej warstwy oleju na powierzchniach pionowych,

–

własności przeciwutleniające i przeciwkorozyjne pozwalające na długotrwałe
utrzymywanie

węglowodorów

stanie

niezmiennym

atmosferze

tlenu

atmosferycznego,

–

korzystne własności smarne, nie ustępujące olejom smarującym,

–

własności myjące pozwalające na wymywanie osadów (np. w silniku),

–

w razie potrzeby powinny dać się łatwo usunąć za pomocą rozpuszczalników
pochodzenia naftowego.
Oleje i smary ochronne powinny charakteryzować się możliwie dużą lepkością, która

zapobiega spływaniu z pionowych powierzchni. W tym celu stosuje się takie dodatki jak: olej
cylindrowy, cerezyn i kauczuki syntetyczne.

Smary maziste (plastyczne) stosuje się do ochrony powierzchni zewnętrznych i par

kinematycznych. Smary takie, będące zagęszczonymi ciężkimi olejami mineralnymi

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zawierającymi inhibitory korozji i dodatki stabilizujące, zapewniają długotrwale działanie
ochronne nawet w warunkach klimatu morskiego, czy tropikalnego. Przykładem takich
substancji są smary ŁTG i TDM.

Tradycyjnie do konserwacji bywa używana wazelina techniczna. Wazelinę techniczną N

i W stosuje się do zabezpieczania przed korozją atmosferyczną powierzchni części
metalowych przechowywanych przez krótki okres w łagodnych warunkach. Wazelina
techniczna N może być stosowana w pomieszczeniu, gdzie temperatura nie przekracza 308 K
(35°C), natomiast wazelina W, gdy temperatura nie przekracza 321 K (48°C). Wazeliny nie
mają dobrych właściwości smarnych i przeciwkorozyjnych.

Ciekłe antykorozyjne preparaty błonkotwórcze
Do preparatów błonkotwórczych należą tzw. fluidole. Są to specjalne kompozycje

błonkotwórcze na osnowie lanoliny stosowane do pokrywania powierzchni wyrobów
metalowych. Fluidole tworzą na powierzchni chronionego metalu bardzo cienką (o grubości
kilku mikrometrów) szczelną warstewkę odporną na działanie agresywnych czynników
atmosferycznych takich, takich jak dwutlenek węgla i siarki, siarkowodór, tlenek azotu, para
wodna itp. Ta cienka warstewka chroni powierzchnię metalu przed korozją przez około jeden
rok (o ile nie zostanie uszkodzona mechanicznie),

Lotne inhibitory korozji
Inhibitory korozji atmosferycznej mają obecnie coraz większe zastosowanie do ochrony

magazynowanych wyrobów metalowych. Podstawowym warunkiem prawidłowej ochrony
powierzchni metalowej jest obecność par inhibitora w gazowym środowisku otaczającym lub
wypełniającym wyrób. Aby spełnić ten warunek, impregnuje się lotnym inhibitorem materiał
opakowania lub do szczelnie zapakowanych wyrobów wkłada się tampon nasycony takim
inhibitorem.

Antykorozyjne powłoki woskowe, bitumiczne i lakierowe
Działanie powłok woskowych, bitumicznych i lakierowych polega na tworzeniu

szczelnej i plastycznej warstwy ochronnej, która nie dopuszcza czynników agresywnych do
powierzchni chronionego obiektu. Dodatki antykorozyjne powodują wystarczająco aktywną
ochronę nawet w agresywnych i wilgotnych środowiskach.

Przykłady substancji: Protektol S, Korplast P, Bitex.
Powłoki z tworzyw sztucznych do czasowej ochrony antykorozyjnej
Do ochrony czasowej wykorzystuje się takie tworzywa, które możną łatwo usuwać.

Najczęściej stosuje się powłokotwórcze polimery, które przy dekonserwacji usuwa się przez
zdzieranie mechaniczne.

4.4.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie znasz rodzaje mas uszczelniających?

Do czego służą silikony?

Do czego służą akryle?

Co to jest korozja?

Jakie znasz rodzaje korozji, uwzględniając mechanizm procesu korozyjnego?

Jakie znasz rodzaje korozji, uwzględniając środowisko w którym ona przebiega?

Jakie znasz sposoby zapobiegania korozji?

Jakie znasz rodzaje powłok ochronnych?

Jakie cechy powinien posiadać dobry smar konserwacyjny?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z Internetu i innych dostępnych źródeł dobierz masy uszczelniające do

uzupełnienia ubytków w podłożu budowlanym między płytami kartonowo-gipsowymi,
w szczelinach parapetu, ramy okiennej, tynku, w pomieszczeniu chłodniczym. Odszukaj też
takich mas uszczelniających, które można stosować w środowiskach wilgotnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać pożądane informacje,

wykonać uszczelnienie w miejscach wskazanych przez nauczyciela.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

broszury handlowe,

–

masy silikonowe, akrylowe,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Odszukaj w Internecie oferowane na rynku preparaty antykorozyjne. Przeanalizuj ich

charakterystykę. Ustal sposób postępowania przy nanoszeniu poszczególnych preparatów na
chronione powierzchnie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

odszukać w Internecie polecane preparaty,

określić ich charakterystykę i sposób nanoszenia polecany przez ich producentów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

komputer z dostępem do Internetu,

–

materiały piśmiennicze,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Dysponując przedmiotem, którego powierzchnia jest pokryta korozją, oczyść tę

powierzchnię i odpowiednio przygotuj do naniesienia powłoki ochronnej. W przypadku
głębokich wżerów, powierzchnię oczyść, uzupełnij ubytki szpachlą, wyszlifuj ja w następnej
kolejności i pokryj warstwą farby przeciwkorozyjnej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić zasady bezpiecznej pracy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,

przygotować powierzchnię zardzewiałego przedmiotu do nałożenia powłoki ochronnej,

nanieść warstwy szpachli i przeszlifować,

nanieść warstwy farby antykorozyjnej,

ocenić jakość wykonanej przez siebie pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

skorodowany przedmiot wymagający renowacji,

–

szczotka druciana, płótno ścierne, szlifierka kątowa,

–

szpachla, rozcieńczalnik, farba antykorozyjna,

−

literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dobrać odpowiednie masy uszczelniające do zadanych warunków?

wykonać uszczelnienie elementów o niewielkiej ruchowości?

rozpoznać zjawiska korozyjne i ich skutki?

dobrać sposoby zapobiegania korozji?

rozróżnić i dobrać powłoki ochronne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uważnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

Na rozwiązanie testu masz 35 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Właściwości mechaniczne metali m.in. określa

gęstość.

temperatura topnienia.

twardość.

rozszerzalność cieplna

2. Właściwości fizyczne metali m.in. określa

wytrzymałość na zginanie.

wytrzymałość na ściskanie.

udarność.

przewodność elektryczna.

3. Właściwości technologiczne metali nie są określone przez

udarność.

skrawalność.

spawalność.

kowalność.

4. Stal, jest to stop żelaza z węglem, w którym zawartość węgla nie przekracza

2%.

3%.

4%.

5%.

5. Uwzględniając przeznaczenie, stal nierdzewna, kwasoodporna i żaroodporna należy do

stali
a)

konstrukcyjnych.

specjalnych.

narzędziowych.

węglowych.

6. śeliwo jest to stop odlewniczy żelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką

i innymi składnikami zawierający
a)

od 0% do 1,6% węgla.

od 1% do 2,6% węgla.

od 2% do 3,6% węgla.

od 3% do 4,6% węgla.

7. Silumin jest

odmianą stopu aluminiowego, zawierającą dużo krzemu i niewiele miedzi, magnezu.

rodzajem twardego tworzywa sztucznego.

impregnowanym pod wysokim ciśnieniem i wysokiej temperaturze drewnem akacji.

stopem mosiądzu z brązem w obecności krzemu.

8. Brąz to stop

mosiądzu z cyną.

miedzi z cynkiem.

miedzi z cyną.

miedzi z mosiądzem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9. Polimery można otrzymywać na drodze

wyłącznie polimeryzacji.

wyłącznie polikondensacji.

włącznie poliaddycji.

polimeryzacji, polikondensacji lub poliaddycji.

10. Na drodze polimeryzacji styrenu otrzymuje się

polietylen.

polipropylen.

poliuretan.

polistyren.

11. śywice epoksydowe

to rodzaj materiałów ceramicznych.

uzyskuje się z przeróbki drewna sosnowego.

znajdują zastosowanie jako dwuskładnikowe kleje.

to składnik poliwęglanów.

12. Kompozyty to materiały które pozwalają osiągnąć

właściwości niemożliwe do osiągnięcia w materiałach wyjściowych.

oszczędność deficytowych importowanych materiałów.

oszczędność drogich komponentów.

właściwości materiałów wyjściowych.

13. Piasek, mielony kwarc lub szamot pełni w produkcji materiałów ceramicznych rolę

wypełniającą.

schudzającą.

schładzającą.

zlepiającą.

14. Wyrobami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość

zwykła jest równa lub wyższa od
a)

80°C.

580°C.

1080°C.

1580°C.

15. Do cech fizycznych drewna zalicza się

barwę, połysk, usłojenie, zapach, ciężar właściwy, wilgotność.

wymiary gabarytowe.

wysokość i szerokość sortymentu.

wartość opałowa.

16. Do tworzyw drzewnych zalicza się

drewnopodobne tworzywa sztuczne.

płyty pilśniowe, wiórowe, sklejki, lignoston.

sezonowane deski z drzew iglastych.

belki budowlane wykonane z drzew iglastych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17. Silikon to

substancja służąca do rozpuszczania krzemu.

materiał do wykonania izolacji elektrycznych.

rodzaj plastycznej masy uszczelniającej.

rodzaj twardego tworzywa sztucznego.

18. Korozja charakteryzująca się zniszczeniem przebiegającym wzdłuż granic ziaren metalu;

nie wywołując objawów zniszczenia na jego powierzchni, to korozja
a)

powierzchniowa.

międzykrystaliczna.

wżerowa.

selektywna.

19. Fluidole to

specjalne farby na bazie fluidu.

warstwy organiczne służące do regeneracji powierzchni metalowych.

warstwy nieorganiczne służące do regeneracji powierzchni metalowych.

specjalne kompozycje błonkotwórcze tworzące na powierzchni metalu bardzo cienką
szczelną warstewkę odporną na działanie agresywnych czynników atmosferycznych.

20. Elementy trące, występujące w strefie spożywczej powinny być wyłącznie smarowane

smarem
a)

dopuszczonym do kontaktu z żywnością.

roślinnym.

produkowanym w aseptycznych warunkach.

bezbarwnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko...............................................................................

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spożywczym

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

Bernaciak A.: Ochrona środowiska w praktyce. Wydawnictwo SORUS, Warszawa 2004

Bożenko L.: Maszynoznawstwo dla szkoły zasadniczej. WSiP, Warszawa 2004

Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych. WSiP,
Warszawa 2005

Dobrzański L.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna. WSiP, Warszawa 2004

Dretkiewicz – Więch J.: Materiałoznawstwo. OBRPNiSz, Warszawa 1993

Dretkiewicz – Więch J.: Technologia mechaniczna. Techniki wytwarzania. WSiP,
Warszawa 2000

Górecki A.: Technologia ogólna – podstawy technologii mechanicznych. WSiP,
Warszawa 2004

Koza W., Lorenc W.: Pracownia techniczna. PWRiL, Warszawa 1985

Mac S., Leonowski J.: Bezpieczeństwo i higiena pracy dla szkół zasadniczych. WSiP,
Warszawa 2004

10.

Mac S.: Obróbka metali z materiałoznawstwem. WSiP, Warszawa 2004

11.

Mały poradnik mechanika. Tom I i II. WNT, Warszawa 1996

12.

Rączkowski B.: Bhp w praktyce. ODDK, Gdańsk 2002

13.

Stawiszyński F.: Poradnik mechanika samochodowego. WKiŁ, Warszawa 1983

14.

Struzik Cz.: Pracownia techniczna. PWSZ, Warszawa 1973.

15.

Zając B.: Materiałoznawstwo. Materiały pomocnicze. WSiP, Warszawa 1997

16.

Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. WSiP, Warszawa 2001

Podstawowe akty prawne dotyczące materiałów w przemyśle spożywczym
1. Rozporządzenie (WE) Nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia

27 października 2004r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu
z żywnością

Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia (Dz. U. z 2006
r. Nr 171 poz. 1225)

3. Ustawa z dnia 6 września 2001r. o materiałach i wyrobach przeznaczonych do kontaktu

z żywnością (Dz. U. z 2001r., Nr128, poz. 1408, z późniejszymi zmianami)

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 8 czerwca 2004r. w sprawie wykazu substancji,
których stosowanie jest dozwolone w procesie wytwarzania lub przetwarzania
materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych, a także sposobu sprawdzania zgodności
tych materiałów i wyrobów z ustalonymi limitami ( Dz. U. z 2004r., Nr 157, poz.1643
z późniejszymi zmianami Dz. U. z 2005 r., Nr 216, poz.1832 )

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 1 czerwca 2004r. w sprawie wytwarzania lub
przetwarzania materiałów i wyrobów z innych tworzyw niż tworzywa sztuczne
(Dz. U. z 2004r., Nr 145, poz.1544)

Ustawa z dnia 11 maja 2001r. o warunkach zdrowotnych żywności i żywienia
(Dz. U. z 2005r. nr 31 poz.265 z póź. zm.)

Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1895/2005 z dnia 18 listopada 2005 r. w sprawie
ograniczenia wykorzystania niektórych pochodnych epoksydowych w materiałach
i wyrobach przeznaczonych do kontaktu z żywnością ( Dz. Urz. WE L 302 str. 28 )