Autor:
Michał Robak
1.Co to są ,,Tworzywa sztuczne’’?
2.Najczęściej spotykane tworzywa sztuczne
10.Przykład polichlorku winylu
15.Tworzywa sztuczne a naturalne
16.Światowy wzrost popytu na tworzywa sztuczne
18.Ze względu na zastosowanie
19.Ze względu na własności fizykoche
miczne
20.Ze względu na dodatki które występ
ują w tworzywie
21.Przetwórstwo i obróbka
22.Maszyna do przetworu tworzyw szt
ucznych
Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych
(wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub
zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich
jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory
promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające,
barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często
stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej
poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny
składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy
naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".
Tworzywa polimerowe stanowią osobną grupę materiałów obok materiałów
ceramicznych, metali i ich stopów oraz drewna, które, ze względu na budowę
cząsteczek celulozy, również należy zaliczyć do naturalnych materiałów
polimerowych.
Zaletami tworzyw polimerowych są: mała gęstość, odporność na korozję oraz
łatwość przetwórstwa (niskie koszty wykonywania dużych serii gotowych
wyrobów w porównaniu do innych grup materiałów). Ta ostatnia cecha głównie
zadecydowała o wielkim rozwoju przemysłu tworzyw polimerowych w XX wieku i
ich obecną wielką powszechnością w życiu codziennym człowieka.
Wadami tworzyw polimerowych są: mała odporność na wysokie temperatury i
mniejsze właściwości mechaniczne (np. twardość, podatność na pełzanie) w
porównaniu do np. metali lub ceramiki. Pomimo że właściwości mechaniczne
większości tworzyw polimerowych są mniejsze w stosunku do metali, to włókna z
niektórych tworzyw polimerowych (np. aromatyczne poliamidy - Kevlar) mogą
wykazywać większą wytrzymałość na rozciąganie (powyżej 3500 MPa) nawet w
stosunku do wysokogatunkowych stali. Podobnie bardzo wysoką wytrzymałością
charakteryzują się kompozyty polimerowe.
Do wad tworzyw polimerowych zalicza się bardzo długi czas rozkładu, jeśli człowiek
dokonuje zaśmiecania nimi środowiska naturalnego, czy też podczas składowania ich
na składowiskach odpadów. Tymczasem tworzywa polimerowe stanowią doskonałe
materiały wtórne do ponownego przerobu w technologiach recyklingu, gdzie na
samym końcu powinny one kończyć "swoje życie" jako materiał opałowy, ze względu
na wysoką wartość opałową, często porównywalną do węgla. Pomimo
zaawansowanych technologii w spalarniach odpadów, które eliminują emisję
szkodliwych związków do środowiska, wciąż obserwuje się wysoki opór społeczny
podczas wyboru lokalizacji spalarni odpadów. Spalanie tworzyw polimerowych w
gospodarstwach domowych jest zabronione, gdyż, m.in. ze względu na za niską
temperaturę spalania, może powodować to emisję do atmosfery silnie trujących
związków.
W latach 1988 - 2010 światowa roczna produkcja wzrosła z 75 mln do 245 mln ton.
Zaobserwowano, że drobne odpady tworzyw sztucznych unoszą się na powierzchni
północnego Oceanu Atlantyckiego i północnego Oceanu Spokojnego. W latach 1988 -
2010 nie zaobserwowano wzrostu ilości tych odpadów. Badania na Morzu
Sargassowym sugerują, że morskie mikroorganizmy są zdolne do rozkładania tworzyw
sztucznych.
• polietylen
• polipropylen
• polistyren
• polichlorek winylu
• nylon
• teflon
-"tłusty" w dotyku, giętki, bezbarwny lub
mlecznobiały, topliwy w temperaturze około
60°C, palny, produkt polimeryzacji etylenu,
odporny na działanie niskich temperatur,
stężonych kwasów i zasad oraz większości
rozpuszczalników organicznych, z wyjątkiem
tłuszczów i węglowodorów. Stosuje się go do
wyrobu folii opakowaniowych, artykułów
gospodarstwa domowego, poje
mników,
butelek zabawek, rur, powłok kablowych, itp.
Przykład polietylenu:
- jest tworzywem otrzymywanym poprzez
polimeryzację propenu. Jest to biało żółtawa,
przejrzysta masa, twarda, o bardzo dobrych
właściwościach mechanicznych i
dielektrycznych, odporna na działanie
czynników chemicznych. Polipropylen jest
palny, ma dość dobrą odporność cieplną (do
ok. 130°C). Ma zastosowanie w produkcji
elementów, osłon i obudów maszyn,
wykładzin, opakowań, pojemników na
chemikalia, rur, folii, włókien, itp.
- produkt polimeryzacji styrenu, bezbarwne,
przezroczyste ciało stałe, kruche, odporne
na działanie kwasów (z wyjątkiem kwasu
azotowego HNO3), zasad, alkoholi, olejów,
rozpuszcza się w węglowodorach
aromatycznych, ma dobre właściwości
dielektryczne, małą odporność cieplną, jest
palny. Zastosowanie: do wyrobu materiałów
elektroizolacyjnych, części samochodów,
rowerów, lodówek, naczyń, pojemników,
zabawek, galanterii. Z polistyrenu można
otrzymać styropian - doskonały, lekki
materiał izolacyjny.
POWRÓT
POWRÓT
- produkt polimeryzacji chlorku winylu
(chloroetenu). Czysty PVC jest twardy,
niepalny, odporny na działanie rozcieńczonych
kwasów i zasad, alkoholi, benzyny, rozpuszcza
się w wielu rozpuszczalnikach organicznych, ma
dobre właściwości dielektryczne, małą
odporność cieplną, ulega rozkładowi pod
wpływem ciepła i światła. Znajduje
zastosowanie w produkcji rur, armatury
sanitarnej, elementów budowlanych, przyborów
kreślarskich, opakowań, uszczelek, wykładzin
podłogowych i tapicerskich, powłok
ochronnych, folii ubraniowych i galanteryjnych,
sztucznej skóry, cewników, drenów.
POWRÓT
POWRÓT
- bezbarwne lub kremowe, włóknotwórcze,
elastyczne, wytrzymałe mechanicznie,
odporne na działanie czynników
chemicznych, oprócz kwasów, stężonych
zasad i utleniaczy. Są stosowane do
wyrobu włókien, folii, artykułów
gospodarstwa domowego, części maszyn,
powłok elektroizolacyjnych.
POWRÓT
POWRÓT
- cechuje go wyjątkowa odporność
chemiczna i cieplna, doskonałe właściwości
ślizgowe, dobre właściwości mechaniczne i
dielektryczne, niepalność. Zastosowanie:
do wyrobu urządzeń i aparatury
chemicznej, w elektronice i
elektrotechnice, w przemyśle
maszynowym, samochodowym,
papierniczym, włókienniczym.
POWRÓT
POWRÓT
Współcześnie paleta dostępnych tworzyw sztucznych umożliwia w praktyce zastąpienie
nimi niemal każde tworzywo naturalne. Tworzywa sztuczne nie mają jednak zwykle
własności identycznych z tworzywami naturalnymi. Zwykle tworzywa sztuczne mają takie
same a nawet lepsze te własności, które są najbardziej istotne dla danego zastosowania,
może mieć jednak gorsze mniej istotne własności.
Np: zastosowanie tworzywa PET zamiast szkła do produkcji butelek ma następujące zalety:
butelki z PET są lżejsze (znacznie mniejsze zużycie surowca i energii potrzebnej do
produkcji, transportu, recyklingu),
PET się nie tłucze (zastosowanie w miejscach gdzie nie jest dopuszczalne szkło: stadion,
basen itp.),
łatwiej jest uformować je w niemal dowolny kształt (wysokie walory estetyczne opakowań),
ale ma też wady:
PET w temperaturze pow 70 °C traci swoje własności mechaniczne (butelki nie nadają się
do pasteryzacji w wysokiej temperaturze bez stosowania dodatkowych technik
uszlachetniających np. dodatek PEN)
niska barierowość butelki (bez dodatkowych technologii zwiększających barierowość (np.
butelki wielowarstwowe) nie nadaje się do długoterminowego pakowania piwa, soków,
mleka)
Podobne wady i zalety posiada wiele innych tworzyw sztucznych
POWRÓT
Wzrósł światowy popyt na tworzywa
sztuczne:
POWRÓT
1.
tworzywa termoplastyczne - uplastyczniające ("topiące")
się pod wpływem temperatury np. polietylen, polipropylen,
poli(chlorek winylu) itp.
2.
tworzywa reaktywne - ulegające reakcji chemicznej
sieciowania np. żywice epoksydowe, żywice poliestrowe,
kauczuk
POWRÓT
konstrukcyjne,
elastoplastyczne,
porowate,
powłokotwórcze,
adhezyjne,
włóknotwórcze,
specjalne (wymieniacze jonowe,
polimery biomedyczne itp).
POWRÓT
Duromery – twarde, trudnotopliwe o wysokiej odporności
mechanicznej służące jako materiały konstrukcyjne.
Niektóre duromery zastępują materiały ceramiczne.
Plastomery – popularnie zwane termoplastami mniej
sztywne od duromerów ale łatwotopliwe – dzięki ich
topliwości można je przetwarzać poprzez topienie i
wtryskiwanie do form lub wytłaczanie, dzięki czemu można
z nich uzyskać bardzo skomplikowane kształty.
Elastomery – tworzywa, które można rozciągać i ściskać; w
wyniku rozciągania lub ściskania elastomery zmieniają
znacznie swój kształt ale po odjęciu siły wracają do
poprzednich kształtów. Elastomery zastąpiły prawie
całkowicie kauczuk naturalny, ale znalazły też szereg
nowych zastosowań niedostępnych dla zwykłego kauczuku.
Ze względów ekologicznych trwają prace nad biologicznie
rozkładającymi się tworzywami sztucznymi, produkowanymi
na bazie roślinnej czy zwierzęcej.
POWRÓT
W skład tworzyw sztucznych oprócz polimerów wchodzą
różnego rodzaju dodatki nadające im określone
właściwości fizyczne. Mogą to być:
Napełniacze
są dodawane w celu zwiększenia
wytrzymałości polimerów, głównie przez ograniczenie
zdolności do przemieszczeń cząstek liniowych. Zwiększają
one również stabilność wymiarów i obniżają koszt
wytwarzania. Napełniaczami (wypełniaczami) są względnie
obojętne materiały jak: krótkowłóknista celuloza, skrawki
tkanin, krzemionka, mika, proszki metali, sadza.
Zmiękczacze
(plastyfikatory) dodaje się w celu obniżenia
temperatury zeszklenia, a przez to zwiększenie
plastyczności polimerów w określonym przedziale
temperatur. Często stosowanymi zmiękczaczami są
polimery o cząsteczkach liniowych z niezbyt dużą masą
cząsteczkową
POWRÓT
Stabilizatory
zapobiegają rozkładowi polimeru pod wpływem
utleniania, promieniowania nadfioletowego lub podwyższonej
temperatury. Mogą to być: sadza, związki ołowiu, organiczne
sole metali.
Środki smarujące
są dodawane w celu ułatwienia
przetwórstwa polimerów. Ich zadaniem jest zmniejszenie
lepkości polimeru podczas formowania i zmniejszenie
przyczepności polimeru do gorących powierzchni maszyn
przetwórczych. Najczęściej stosowanymi środkami smarującymi
są parafiny i woski.
Środki zmniejszające palność- Większość polimerów, ze
względu na to, że są one materiałami organicznymi, po
zainicjowaniu palenia płonie aż do całkowitego spalenia. Przez
wprowadzenie do polimerów substancji wydzielających podczas
spiekania duże ilości niepalnych gazów odcinających dopływ
Tlenu do płonącego materiału, można wywołać efekt
samogaśnięcia. Podstawowymi składnikami dodatków
zmniejszających palność są: chlor, brom, fosfor, antymon.
Dodatkami są np. chloroparafiny cztero lub pięciobromobenzen.
POWRÓT
Środki barwiące
nadają polimerom żądane zabarwienie.
Pigmenty są nierozpuszczalnymi materiałami barwiącymi,
dodawanymi do polimeru w postaci proszku. Typowymi
pigmentami są niektóre ceramiki krystaliczne np. tlenek
tytanu, tlenki żelaza, pigmenty organiczne. Barwniki są
rozpuszczalnymi związkami organicznymi mogącymi
powodować zabarwienie materiału z zachowaniem jego
przeźroczystości.
POWRÓT
Przetwórstwem tworzyw sztucznych nazywa
się proces formowania z nich wyrobów.
Do podstawowych technik stosowanych w
przetwórstwie zalicza się:
wytłaczanie
wtryskiwanie
prasowanie
•
tłoczenie
•
przetłaczanie
•
formowanie płyt
walcowanie i kalandrowanie
odlewanie
POWRÓT
Maszyna do przetworu tworzyw
sztucznych:
POWRÓT
Obróbka tworzyw sztucznych:
POWRÓT
POWRÓT
POWRÓT