Charakterystyka tworzyw termoplastycznych

Tworzywo termoplastyczne

–

tworzywo sztuczne

, które w określonej temperaturze i ciśnieniu

zaczyna mieć własności lepkiego

płynu

. Tworzywa termoplastyczne można kształtować przez

tłoczenie i

wtryskiwanie

w podwyższonej temperaturze a następnie szybkie schłodzenie do

temperatury użytkowej.

Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie w przeciwieństwie do

duroplastów

, jednak po każdym

przetworzeniu zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe i mechaniczne na skutek
zjawiska

depolimeryzacji

oraz

degradacji

twor

zących te tworzywa

polimerów

lub żywic.

Dzięki zjawisku termoplastyczności tworzyw sztucznych, można je kształtować w jednym, względnie
prostym i szybkim procesie technologicznym. Umożliwia to tworzenie z nich przedmiotów o bardzo
złożonym kształcie, który nie mógłby być osiągnięty przy pomocy technik

skrawania

, stosowanych

dla

metali

czy technik spiekania stosowanych dla materiałów

ceramicznych

. Oprócz masowej

pr

odukcji z tworzyw termoplastycznych za pomocą technologii wtrysku skomplikowanych kształtek

wykorzystywanych jako naczynia domowego użytku, elementy zabawek, mebli czy karoserii
samochodów, można z nich tak

-POLIAMID (PA) – duża twardośd, do produkcji kół zębatych. Niska ścieralnośd, dobra skrawalnośd,
zdolnośd tłumienia drgao, odpornośd chemiczna na tłuszcze, oleje, benzynę

-POLIETYLEN (PE) – odpornośd na działanie kwasów, zasad i soli. Bardzo wysoka odpornośd na
ścieranie. Odpornośd na działanie wody, nie zmienia wtedy swoich wymiarów i właściwości

-POLISTYREN (PS) – Dobra sztywnośd oraz jakośd powierzchni. Dośd zadowalająca odpornośd na
działanie wody, właściwości izolacyjne. Wrażliwy na długotrwałe działanie czynników
atmosferycznych. Stosowane jako opakowania, zabawki, wyroby AGD.

Polichlorek winylu (PVC) – stosowany jako elementy kanalizacji, elementy montażowe. Jest
termoplastem. Wytrzymałośd mechaniczna i dobry dielektryk. Odporny na działanie większości
rozpuszczalników.

POLIPROPYLEN (PP) – Jeden z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych. Wykonuje się z niego
folie, rury, koła zębate. Charakteryzuje go duża odpornośd chemiczna, dobra przepuszczalnośd
powietrza, niewielka przepuszczalnośd pary, obojętny fizjologicznie, łatwy w przetwarzaniu.

METODY ŁĄCZENIA TWORZYW SZTUCZNYCH

-Zgrzewanie

-Spawanie

-Klejenie

-Zaciskowe

-Obtryskowe

Zasada i rodzaje procesu zgrzewania tworzyw
sztucznych

Zgrzewanie

Zgrzewaniem nazywamy taki proces technologiczny w którym po uprzednim przygotowaniu,
nagrzewamy do odpowiedniej temperatury łączone powierzchnie, a następnie dociskamy i pod
naciskiem studzimy. Ciepło do łączenia powierzchni może byd doprowadzone z wykorzystaniem:

- promieniowania podczerwienią

- konwekcji (gorącym gazem)

- stykowej wymiany ciepła (elementem zewnętrznym lub wewnętrznym)

Na skalę przemysłową do łączenia drobnych detali wykorzystuje się najczęściej metodę
ultradźwiękową (PMMA, PC, PF itp. ) natomiast zgrzewanie pojemnościowe stosowane jest do
zgrzewania folii (PVC, PA). Pozostałe technologie wykorzystywane są do łączenia wszelkiego rodzaju
rurociągów oraz instalacji.

Najszersze zastosowanie znalazły metody :

- doczołowa

- mufowa

- elektrooporowa

Metoda doczołowa – polega na ogrzaniu kooców łączonych np. rur za pomocą elementu grzejnego
w postaci płyty grzejnej i po uplastycznieniu dociśnięciu ich do siebie. Studzenie połączenia odbywa
się pod naciskiem.

Metoda mufowa – polega na ogrzaniu dwóch kooców łączonych rur a następnie połączenie ich po
przez kształtkę która także była uprzednio podgrzewana do temperatury uplastycznienia wnętrza
kształtki i części zewnętrznej rury.

Zgrzewanie elektrooporowe – zasadą tej metody jest wykorzystanie ciepła wydzielającego się przy
przepływie prądu prze drut oporowy do uplastycznienia wewnętrznej powierzchni kształtki i
zewnętrznej rury. Uzwojenie oporowe stanowi integralną częśd kształtki a do jego zasilania stosuje
się urządzenia (elektrozgrzewarki) działające na zasadzie transformatora i wyposażone są w
odpowiednią automatykę do dozowania energii i regulacji czasu nagrzewania.

Przebieg procesu spawania tworzyw
sztucznych

Spawaniem tworzyw sztucznych to łączenie uplastycznionych krawędzi za pomocą
dodatkowego materiału w postaci pręta spawalniczego. Proces odbywa się bez nacisku
wywieranego

na

łączone

elementy.

Największe przemysłowe znaczenie ma proces spawania w strumieniu gorącego gazu przy użyciu
prętów spawalniczych spełniających rolę spoiwa. Znajduje on zastosowanie głównie do spawania
elementów z twardego poli(chlorek winylu) PVC, rzadziej poliolefin, poliamidów i
polimetakrylanu metylu PMMA.

Najczęściej stosowanym nośnikiem ciepła jest sprężone powietrze, oczyszczone z oleju i wody. Do
spawania tworzyw, podatnych na utlenianie w podw
yższonej temperaturze, używa się obojętnego gazu, zwykle azotu. Pręty spawalnicze są
wykonywane z tego samego tworzywa co łączone elementy. Jedynie do spawania polimetakrylanu
metylu stosuje się również pręty wykonane z zmiękczonego PVC. Umożliwiają one uzyskanie
większej wytrzymałości łączenia niż pręty z PMMA.

Spawanie gorącym powietrzem

Technika ta polega na doprowadzeniu do obszaru spawania materiału dodatkowego najczęściej
pręta okrągłego lub trójkątnego i uplastycznieniu łączonych elementów oraz spoiwa gorącym
powietrzem. Najszerzej wykorzystuje się elektryczne podgrzewanie powietrza. Podstawowe
parametry spawania gorącym powietrzem to temperatura powietrza, jego ciśnienie i wydajnośd oraz
siła nacisku spoiwa. Temperatura silnie zależy od rodzaju spawanego tworzywa i wynosi dla: HDPE
(300¸350oC) lub 280¸370oC.

Materiał spoiwa jest najczęściej taki sam jak materiał spawanych elementów. Przebieg spawania
jest najczęściej następujący:

- przygotowanie elementów do spawania

- przygotowanie spoiwa pistoletu

- dobór parametrów spawania

- wykonanie spoiny

- ochłodzenie spoiny

- zdjęcie zacisków

- obróbka koocowa

- odbiór jakościowy spoiny

Spawanie ekstruzyjne

Zasadnicza różnica w stosunku do spawania gorącym powietrzem polega na wprowadzeniu do
spoiny tworzywa uplastycznionego w niewielkiej wytłaczarce (ekstruderze). Do wytłaczarki tworzywo
podawane jest w postaci pręta okrągłego albo granulatu. Jeśli podawany jest ciągły pręt, ślimak tnie
go na krótkie odcinki podobne do granulek. Gorące powietrze używane jest do nagrzewania obszaru
spawania łączonych elementów i podtrzymania temperatury koocówki spawarki. Spawanie
ekstruzyjne pozwala na uzyskanie spoin o większej wytrzymałości i jednorodności niż spawanie
gorącym powietrzem. W jednym przejściu można spawad elementy o grubości do 30mm a wydajnośd
uplastycznienia, regulowana prędkością obrotową ślimaka wytłaczarki dla HDPE dochodzi do 10kg na
godzinę.

RODZAJE POŁĄCZEŃ SPAWANYCH

KLEJENIE TWORZYW SZTUCZNYCH

Klejenie

Klejenie jest procesem polegającym na połączeniu dwóch elementów z wykorzystaniem substancji
organicznej lub nie organicznej (kleju). Pod pojęciem kleju rozumie się substancję, która dzięki swojej
przyczepności (adhezji) i wewnętrznej spoistości (kohezji) łączy materiały nie wywołując zasadniczej
zmiany łączonych powierzchni. Miejsce połączenia klejem elementów nosi nazwę złącza klejowego,
warstwę kleju łączącą dwa elementy nazywamy spoiną klejową. Proces wiązania kleju w efekcie
którego uzyskujemy spoinę klejową nieodwracalnie stałą, nazywamy utwardzeniem kleju. Celem
zainicjowania i przyspieszenia procesu utwardzania dodaje się do kleju odpowiednie substancje lub
ich mieszaniny zwane utwardzaczem.

Wytrzymałośd złącza klejowego mierzy się naprężeniem, przy którym następuje zniszczenie spoiny
klejowej lub łączonego materiału. W zależności od kierunku działania siły niszczącej w stosunku do
klejonych powierzchni rozróżnia się wytrzymałośd:

- na odrywanie

- na ścieranie

- na odzieranie

Klejenie jest możliwe dzięki adhezji i kohezji. Rozróżnia się adhezję mechaniczną i właściwą.
Adhezja mechaniczna polega na wnikaniu kleju w mikroszczeliny na powierzchni łączonych
elementów i mechanicznym zakotwieniu cząstek kleju. Ten mechanizm łączenia leży u podstaw
łatwości klejenia materiałów porowatych (drewno, skóra itp.). Adhezja właściwa daje możliwośd
łączenia materiałów o gładkiej i spójnej powierzchni (metale szkło, tworzywa sztuczne). Istnieje kilka
teorii próbujących wyjaśnid zjawisko adhezji właściwej.