Zagadnienia na zaliczenie z właściwości i przetwórstwa polimerów

1. Budowa chemiczna polimerów i jej wpływ na właściwości

Na budowę chemiczną polimerów ma wpływ budowa monomerów, warunki syntezy i modyfikacja chemiczna. Polimery pod względem chemicznym dzielą się ze względu na: funkcyjność, symetria, polarność, ciężar cząsteczkowy i jego rozrzut, izomeria, taktyczność rozgałęzienia, kopolimeryzacja, funkcjonalizacja.

• Budowa monomeru: wyróżniamy monomery symetryczne (etylen), oraz asymetryczne (monomery winylowe), które mogą polimeryzować głowa do głowy lub głowa do ogona, wykazują zwykle zjawisko taktyczności. Polimery z monomerów polarnych wykazują większe oddziaływania międzycząsteczkowe, polimery z wiązaniami podwójnymi mogą wykazywać zjawisko izomerii cis-trans.

• Warunki syntezy: ciśnienie, temperatura, rodzaj inicjatora i katalizatora mogą zmieniać ciężar cząsteczkowy, polidyspersyjność, stopień rozgałęzienia oraz taktyczność.

• Rozgałęzienia: wyróżniamy polimery liniowe prawie bez rozgałęzień, liniowe z kontrolowanymi odgałęzieniami oraz rozgałęzione; każdy z tych polimerów posiada odmienne właściwości

• Taktyczność: stereo regularność głównego łańcucha polimeru; wyróżnia się polimery ataktyczne, syndiotaktyczne, izotaktyczne, blokowo taktyczne; taktyczność silnie wpływa na właściwości polimerów

• Izomeria cis-trans: występuje w polimerach posiadających wiązania podwójne w łańcuchu, głównie w polimerach dienowych; właściwości elastomeru w polimerach dienowych zapewnia głównie obecność formy cis

• Ciężar cząsteczkowy: polimery zawierają w swej masie łańcuchy o różnej długości (polidyspersyjność); ciężar cząsteczkowy wpływa na właściwości reologiczne (lepkość, podatność równowagowa) oraz na właściwości mechaniczne tj. wytrzymałość;

• Kopolimeryzacja: polimeryzacja w której udział biorą co najmniej dwa różne monomery; wyróżniamy kopolimery statystyczne, blokowe lub szczepione

2. Budowa fizyczna polimerów i jej wpływ na właściwości

Budowa fizyczna polimerów zależy od budowy łańcucha, warunków formowania i modyfikacji fizycznej. Na właściwości fizyczne wpływ ma: mikrostruktura, stan fizyczny, makrostruktura, środki pomocnicze.

• Krystalizacja: powstawanie sieci przestrzennej związane ze zmniejszeniem entalpii swobodnej; sprzyja jej wzrost regularności budowy łańcucha polimeru, wzrost giętkości (ruchliwości) łańcucha polimeru, na przebieg krystalizacji mają wpływ warunki przebiegu procesu (stężenie, chłodzenie); krystalizacja w spoczynku - powstają lamele lub sferolity, krystalizacja w przepływie - tworzą się fibryle

• Orientacja - nadanie pewnego kierunku ułożenia łańcuchów w całej masie polimeru; powoduje anizotropię właściwości polimeru w skali makro; orientacja w stanie stałym (rozciąganie), w stanie stopionym (ścinanie, rozciąganie)

• Makrostruktura: wynika z istnienia kilku faz, które tworzą składniki o różnych właściwościach makroskopowych, np. polimery semikrystaliczne złożone z fazy krystalicznej i amorficznej

• Stan fizyczny: określa jego zdolność do deformacji, która zależy od ruchliwości cząsteczek; w cieczach cząsteczki są ruchliwe i łatwo się przemieszczają stąd są podatne na deformację w przeciwieństwie do ciał stałych

• Dodatki: plastyfikatory (stosowane do polimerów amorficznych w celu zwiększenia ruchliwości makrocząsteczek w obniżonych temperaturach), barwniki, nukleanty (bardzo drobne cząstki stałe które zmniejszają wymiary krystalitów polimerów semikrystalicznych poprawiając przeźroczystość), promotory adhezji, porofory, napełniacze

3. Stany fizyczne w polimerach amorficznych i krystalicznych

4. Zachowanie sprężyste i rodzaje sprężystości w polimerach

Zachowanie sprężyste: ciało sprężyste jest układem, w którym odkształcenie powstaje lub zanika natychmiast po przyłożeniu lub usunięciu naprężenia, przy czym wielkość tego odkształcenia zależy tylko od siły naprężenia. Oznacza to, że układ odkształca się nietrwale i po usunięciu naprężenia wraca do stanu początkowego.

Rodzaje sprężystości: rozciąganie, ściskanie, ścinanie, skręcanie.

5. Zachowanie lepkosprężyste i plastyczne polimerów

Zachowanie plastyczne polimerów jest to zdolność do odwracalnej zmiany kształtu pod wpływem działania sił zewnętrznych. Materiał doskonale elastyczny powinien powrócić do stanu początkowego bez pochłaniania energii mechanicznej, co się nie zdarza ze względu an występowanie tarcia wewnętrznego. W materiałach elastycznych z czasem zachodzą także niewielkie deformacje tzw. Zmęczenie materiału.

Zachowanie lepko sprężyste - materiały pod wpływem działania sił zewnętrznych odkształcają się sprężyście (odwracalnie) i niesprężyście (nieodwracalnie), w zależności od temperatury i czasu działania naprężenia. Oznacza to, że oprócz typowej dla cieczy zdolności do płynięcia bez utraty ciągłości przepływu wykazują szereg cech przypominających gumę.

6. Klasyfikacja cieczy polimerowych w przepływach ścinających

Ciecze pseudoplastyczne - lepkość maleje ze wzrostem szybkości ścinania.

Ciecze dylatantne - wzrost lepkości wraz z szybkością ścinania.

7. 
   Krzywe lepkości cieczy polimerowych i parametry wpływające na lepkość

1-zachowanie dylantatne

2 - zachowanie pseudoplastyczne (a-proste, b-złożone)

na lepkości wpływa szybkość ścinania (lub naprężenia ścinającego)

8. Sprężystość cieczy polimerowych i zjawiska jej towarzyszące

Ciecze polimerowe mają charakter lepkosprężysty co oznacza, że oprócz zdolności do płynięcia bez utraty ciągłości przepływu, wykazują cechy przypominające gumę, np. powrót sprężysty (zdolność do cofania po przerwaniu ciągłości przepływu). Jako główną miarę sprężystości cieczy wskazuje się istnienie niezerowej tzw pierwszej różnicy naprężeń normalnych. Jednym ze zjawisk towarzyszących powrotowi sprężystemu jest tzw. Pęcznienie wytłoczyny po wyjściu z kanału (efekt Barusa).

9. Metody pomiaru lepkości i sprężystości cieczy polimerowych

Do pomiaru lepkości i sprężystości stopionych polimerów w wysokich temperaturach (100-300*C) stosuje się urządzenia zwane reometrami. Największe znaczenie mają reometr kapilarny oraz rotacyjny w układzie stożek-płytka.

10. Termiczne i ogniowe właściwości polimerów

Polimery są przetwarzane i użytkowane w szerokim zakresie temperatur, najczęściej od -100*C do +300*C.

Do najważniejszych właściwości termicznych (zmiany zachowania polimerów pod wpływem zmian bądź różnic temperatur) należą:

- temperatury przemian fazy amorficznej i/lub krystalicznej: temperatura zeszklenia w polimerach semikrystalicznych lub amorficznych jest to przejście ze stanu szklistego (twardy, kruchy) w kauczukopodobny (miękki, ciągliwy); temperatura topnienia w polimerach semikrystalicznych i krystalicznych jest to przejście ze stanu stałego w płynny.

- właściwości kalorymetryczne tj. ciepło właściwe i ciepło topnienia: średnie wartości ciepła właściwego polimerów są największe w porównaniu z innymi materiałami (polimery>ceramika>metale), natomiast ciepło topnienia kryształów polimerów jest porównywalne z metalami (100-300J/g); ciepła topnienia polimerów semikrystalicznych są nieco mniejsze. Ciepła oznacza się tzw. Metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej

- stabilność termiczna, w szczególności temperatura rozkładu: określa intensywność zmian struktury chemicznej polimeru pod wpływem wysokiej temperatury, na co istotny wpływ mają także warunki otoczenia; stabilność termiczna jest uwarunkowana siłą wiązań chemicznych oraz specyfiką struktury chemicznej, tj. wyższą stabilność mają polimery liniowe niż rozgałęzione, stabilność podnosi obecność pierścieni aromatycznych, brak heteroatomów, usieciowanie polimeru. Ocenę stabilności termicznej określa się za pomocą termograwimetrii.

- właściwości fizykochemiczne tj. przewodnictwo cieplne i rozszerzalność cieplna: polimery należą do słabych przewodników ciepła i elektryczności; małe przewodnictwo preferuje polimery jako materiały izolacyjne; polimery odznaczają się dużą rozszerzalnością termiczną, a wynikający stąd znaczny skurcz termiczny utrudnia formowanie wyrobów.

- właściwości przetwórcze tj. skurcz przetwórczy i termiczne zmiany płynności: znaczny skurcz przetwórczy jest spowodowany dużą rozszerzalnością cieplną, może być jeszcze zwiększony wskutek orientacji łańcuchów podczas przepływu przy formowaniu wyrobów.

Do najważniejszych właściwości ogniowych (zachowanie polimerów pod działaniem żaru lub płomienia) należą: żaroodporność, palność oraz temperatura (samo)zapłonu: polimery są palne jak niemal wszystkie materiały organiczne, stąd główną rolę przy określaniu właściwości ogniowych polimerów odgrywa ocena jak łatwo ulega zapłonowi w kontakcie z płomieniem lub żarzącym się prętem i jak łatwo się pali. W skrajnych przypadkach wyróżnia się polimery łatwopalne i trudnopalne (samogasnące). Do czynników utrudniających palenie oraz zapłon zalicza się m.in.: sztywną budowę łańcucha, obecność heteroatomów, usieciowaną strukturę polimeru. Polimery zaliczają się do materiałów, które stosunkowo łatwo ulegają samozapłonowi.

11. Elektryczne i magnetyczne właściwości polimerów

Polimery są izolatorami elektrycznymi. Najważniejsze elektryczne właściwości użytkowe polimerów: oporność powierzchniowa i skośna (przewodzenie prąd wewnątrz i po powierzchni), wytrzymałość elektryczna, stratność dielektryczna, elektryzowalność, przenikalność dielektryczna.

Polimery przewodzące dzielą się na trzy grupy: przewodzące po łańcuchu głównym, tworzące tzw kompleksy z przeniesieniem ładunku, przewodzące jonowo czyli polielektrolity. Takie polimery są półprzewodnikami a po odpowiednim uporządkowaniu ich struktury i wprowadzeniu specjalnych domieszek stają się dobrymi przewodnikami.

12. Optyczne i akustyczne (działanie ultradźwięków) właściwości polimerów

Do właściwości optycznych zalicza się: barwę przeźroczystość, mętność, połysk itp. Barwa polimerów związana jest ze zjawiskiem absorpcji promieniowania świetlnego. Polimery, które nie mają specjalnie wbudowanych grup chromoforowych są bezbarwne lub białe. Nieliczne mają naturalną barwę. Polimery nie absorbują światła w zakresie widzialnym lecz w podczerwieni, stad spektroskopia IR stanowi podstawę analizy polimerów.

Przeźroczystość polimerów jest uwarunkowana głównie zjawiskami odbicia, rozpraszania i załamania światła w powiązaniu ze stopniem jednorodności ich struktury fizycznej. Dużą przeźroczystość mają polimery jednorodne strukturalnie-jednofazowe a więc amorficzne. Polimery semikrystaliczne ze względu na swoją dwufazową budowę posiadają mała a niekiedy bardzo małą przeźroczystość. Przeźroczystość takich polimerów można poprawić przez użycie tzw. nukleantów, które rozpraszają skupiska fazy krystalicznej.

Połysk zależy od zdolności odbicia światła, na co wpływ ma charakter powierzchni polimeru. Powierzchnie niejednorodne powodują rozpraszanie światła a więc zmniejszają połysk. Ponieważ odbicie światła rośnie ze wzrostem współczynnika załamania światła, to na powierzchnie antyodblaskowe stosuje się polimery o mniejszej refrakcji. Stosuje się także dodatki matujące.

13. Trybologiczne (cierne) właściwości polimerów

Właściwości trybologiczne polimerów opisują ich zachowanie w czasie poruszania się po innych materiałach, powierzchniach. W czasie przesuwania polimeru zestalonego po powierzchni występuje tarcie zewnętrzne (suche), które charakteryzuje współczynnik tarcia. Jeżeli po powierzchni przepływa ciecz polimerowa, występuje tarcie wewnętrzne (lepkie), którego miarą jest współczynnik lepkości. Współczynnik tarcia zależy od: rodzaju polimeru, rodzaju trących powierzchni, obecności smarów, szorstkości, nacisku jednostkowego, szybkości i czasu poślizgu oraz temperatury.

Inną właściwością trybologiczną jest ścieralność, czyli zużycie cierne. Jest ono określane jako ubytek wysokości warstwy tworzywa wskutek jego przesunięcia po wybranym materiale na określonej drodze.

14. Gęstość polimerów i metody jej pomiaru

Polimery w porównaniu z innymi materiałami są lekkie, ich gęstość zmienia się w zakresie 0.9-2.2g/cm3 przy czym zaznacza się, że większość ma gęstość 1-1.5g/cm3. Polimery krystaliczne mają większą gęstość od polimerów amorficznych. W polimerach semikrystalicznych zawartość części krystalicznej wpływa na gęstość. Wzrost temperatury powoduje spadek gęstości, ciśnienie ma odwrotny wpływ.

Pomiar gęstości polimerów stałych można obliczyć ważąc określony materiał polimerowy a następnie wyznaczając jego objętość (suwmiarką bądź zanurzając go w wodzie).

15. Omówić metody przygotowania polimerów do przetwarzania (bez procesów mieszania)

Podstawowe operacje przygotowawcze polimerów do przetwarzania to: rozdrabnianie, granulowanie, suszenie i mieszanie.

Rozdrabnianie: sposób rozdrabniania zależy od wielkości i kształtu rozdrabnianego przedmiotu oraz rodzaju tworzywa, z którego jest zbudowany. Rozdrabnianie dużych przedmiotów, np. płyt, ma charakter dwuetapowy. Pierwszy etap to rozdrabnianie wstępne, które ma na celu obniżenie wymiarów materiału do 100mm: cięcie w krajarkach oraz kruszenie w rozdrabniarkach. Drugi etap - rozdrabnianie właściwe to obniżenie wymiarów materiału poniżej 10mm. Podstawą tego procesu jest mielenie (granulacja na zimno) w młynkach (granulatorach), gdzie tworzywo jest rozbijane uderzeniami obracających się noży oraz łamane i ścinane w przestrzeni między ścianą komory a nożami. Efektywność działania tych granulatorów jest zależna od rodzaju polimeru - od temperatury zeszklenia i udarności. Ponieważ mielenie odbywa się w temperaturze pokojowej to najłatwiej rozdrabniają się tworzywa będące w stanie szklistym w tej temperaturze.

Granulacja podczas wytłaczania jest stosowana w przetwórstwie polimerów sproszkowanych i niektórych przemiałów. Metoda ta polega na wytłoczeniu ich w postaci pręta, który po szybkim schłodzeniu tnie się na bardzo krótkie odcinki za pomocą walcowatego granulatora nożowego.

Suszenie: tworzywa sztuczne posiadają zdolność do pochłaniania wilgoci z otoczenia. Zdolność ta zależy od polarności polimeru oraz ilości zawartych w nim dodatków, np. wypełniaczy. Niezależnie od rodzaju polimeru jego wilgotność musi być doprowadzona do optymalnego poziomu przed etapem formowania wyrobów. W tym celu poddaje się tworzywa suszeniu, w którym wykorzystuje się różne typy suszarek o konstrukcji dostosowanej do skali produkcji i rodzaju tworzywa. Do najpopularniejszych należą suszarki komorowe. Tworzywo umieszczone na nieruchomych półkach jest suszone za pomocą gorącego powietrza. Wprowadzono wiele modyfikacji w celu usprawnienia procesu suszenia, np. zmniejszenie ciśnienia, suszenie w atmosferze gazów obojętnych. Oprócz suszenia periodycznego stosuje się suszenie ciągłe, np. suszarnia tunelowa, w której tworzywo przesuwane jest z określoną prędkością przez ogrzewany tunel, czy suszarnia bębnowa. Temperatury suszenia wynoszą najczęściej 70-80*C ale mogą dochodzić do 150*C. czas trwania suszenia zależy od wodochłonności tworzyw i waha się od 1 do 4 godzin.

16. Omówić procesy mieszania pod kątem rozdziału składników (ekstensywne, intensywne, itp) oraz zdefiniować pojęcia: aerozol, emulsja, zawiesina, lateks, pasta, piana, dym.

Procesy mieszania pod kątem rozdziału składników:

- dystrybucyjne (ekstensywne) - ujednorodnianie składu w skali makro; celem jest rozdział składników, a produktem jest mieszanka; związane z mieszaniem składników sypkich (proszki, granulaty)

- dyspersyjne (intensywne) -ujednorodnienie składu w skali mikro; celem jest rozproszenie składników, a produktem jest mieszanina; związane z mieszaniem składników ciekłych (roztwory, stopy)

Aerozol - kropelki cieczy rozproszone w gazie.

Emulsja - układ dwufazowy dwóch cieczy, z których jedna jest rozproszona w drugiej na poziomie ponadcząsteczkowym.

Zawiesina - układ dwufazowy, z których jedna - ciało stałe o dużym rozdrobnieniu jest rozproszona w drugiej - cieczy dyspergującej.

Lateks - ciecz dyspergująca -> (upłynniacz) niespęczniająca

Pasta - ciecz dyspergująca -> (plastyfikator) spęczniająca

Piana - układ dwufazowy gaz-ciecz, w którym gaz jest rozproszony w cieczy.

Dym - układ koloidalny, w którym ciało stałe jest rozproszone w gazie.

17. Omówić metody i podać przykłady mieszania w stanie sypkim i ciekłym

Mieszanie w stanie sypkim: w celu otrzymania tworzyw o określonych właściwościach konieczne jest dodawanie do polimerów sypkich (proszek, granulat) niewielkich ilości stałych lub ciekłych modyfikatorów, np. napełniaczy, pigmentów, antystatyków itp. muszą one być wstępnie równomiernie rozprowadzone w całej objętości polimeru przed przystąpieniem do właściwego etapu homogenizacji realizowanego metodami mieszania w stanie plastycznym lub bezpośrednio w trakcie procesu formowania. Do najbardziej popularnych należą mieszalniki bębnowe, czyli zamocowane na osi obracające się pojemniki o nieopływowych kształtach, mające często wewnątrz wystające elementy powodujące intensywne przesypywanie się materiału. Stosuje się także mieszalniki z nieruchomym bębnem zaopatrzone w poziome i pionowe mieszadła. Często stosuje się także mieszanie w złożu fluidalnym. Metody te nalezą do metod periodycznych. Wśród metod ciągłych wyróżnia się zastosowanie mieszalników ślimakowych.

Mieszanie w stanie ciekłym: stosowane do otrzymywania kompozycji polimerowych tj. roztwory polimerów, wodne emulsje ciekłych żywic, zawiesiny, pasty. Ich konsystencja w temperaturze otoczenia może się zmieniać w bardzo szerokich granicach, począwszy od układów o dużej płynności, skończywszy na plastycznych, ciastowatych zawiesinach i pastach. Rodzaj stosowanych mieszalników jest zależny od właściwości kompozycji. W przypadku kompozycji o małej lepkości stosuje się mieszalniki szybko- lub wolnoobrotowe w postaci kadzi zaopatrzonych w mieszadła: łopatowe, śmigłowe, kotwicowe, ramowe, turbinowe. Do mieszania kompozycji o większej lepkości stosuje się mieszadła ślimakowe, taśmowe lub spiralno-taśmowe. Do sporządzania kompozycji o bardzo dużej lepkości lub kleistości konieczne jest zastosowanie specjalnych mieszalników wolnoobrotowych, tzw. mieszalników Z lub mieszalników planetarnych. Do przygotowania past barwiących będących zawiesinami barwnika lub pigmentu w plastyfikatorze stosuje się trójwalcarki. Specjalne wymagania stwarza przygotowanie kompozycji opartych na ciekłych żywicach chemoutrwaldzalnych, utwardzaczach, napełniaczach i barwnikach lub pigmentach. Aby zapobiec reakcji utwardzania żywicy w trakcie procesu mieszania składników używa się specjalnych przepływowych głowic mieszających w których żywica i utwardzacz podawane w sposób ciągły ulegają zmieszaniu tuż przed procesem formowania. Klasycznym przykładem jest metoda niskociśnieniowego wtryskiwania reaktywnego RIM.

18. Omówić metody i podać przykłady mieszania w stanie uplastycznionym

Mieszanie w stanie uplastycznionym, znane też jako mieszanie w stopie, związane jest z przygotowaniem kompozycji opartych na tworzywach termoplastycznych, umożliwia wprowadzenie modyfikatorów tj. napełniacze, środki barwiące, unieplaniające, spieniające. Mieszanie to można przeprowadzić sposobem periodycznym (walcowanie, ugniatanie) i ciągłym (wytłaczanie). Proces walcowania jest prowadzony na dwuwalcarce. Ugniatanie jest procesem mieszania szczególnie często stosowanym w przetwórstwie elastomerów. Ugniatanie prowadzi się w ugniatarkach. Najczęściej stosowaną metodą mieszania w stanie uplastycznionym jest wytłaczanie. Jest to proces ciągły, umożliwiający uzyskanie dużych wydajności i dobrej efektywności energetycznej.

19. Omówić rodzaje wytłaczarek wraz z głównymi (regulowanymi) parametrami wytłaczania.

20. Omówić najważniejsze technologie wytłaczania

Wytłaczanie płyt: tworzywo wychodzące z wytłaczarki formowe jest za pomocą płaskiej głowicy szczelinowej i podawane na walce odbierająco-chłodzące, które umożliwiają odpowiednią obróbkę powierzchni płyty. Uformowana płyta jest cięta na odcinki o wymaganej długości za pomocą nożyc gilotynowych. Istnieją także głowice do współwytłaczania,w których kilka strumieni tworzywa podawanych przez kilka niezależnych wytłaczarek łączy się tworząc wyroby warstwowe.

Wytłaczanie folii: znaczna część folii jest produkowana metodą wytłaczania z rozdmuchem. Uplastycznione tworzywo jest wytłaczane pionowo w górę lub w dół w formie cienkościennej rury, do której doprowadzane jest powietrze, które dzięki szczelnemu zamknięciu rękawa powoduje jego rozdmuch. Rękaw jest najczęściej chłodzony za pomocą dmuchawy. Przez regulację szybkości odbioru i wielkości rozdmuchu możliwe jest regulowanie grubości folii oraz średnicy rękawa, a także niewielka orientacja folii.

Wytłaczanie rur i węży: rury i węże otrzymuje się przy użyciu głowic w postaci szczeliny pierścieniowej. Wytłaczanie prowadzi się w układzie poziomym przy zastosowaniu chłodzenia wodnego oraz określonych metod kalibracji średnicy, a także odbioru wytłaczanego wyrobu. Podstawowe układy do otrzymywania rur i węży mogą być modyfikowane aby umożliwić, np. prowadzenie współwytłaczania lub zbrojenia wyrobów.

Wytłaczanie powlekające: jest prowadzone w dwóch wariantach, jako powlekanie ciśnieniowe lub próżniowe. W przypadku metody ciśnieniowej powlekany profil przesuwany jest z okesloną prędkością przez głowicę powlekającą, do której dostarczane jest z wytłaczarki uplastycznione tworzywo, które pod ciśnieniem zostaje nałożone na profil. Po wyjściu z głowicy naniesiona warstwa ulega schłodzeniu, dzięki czemu dokładnie obkurcza profil. Metoda ta jest stosowana do powlekania elementów sztywnych o regularnym przekroju poprzecznym, np. przewodów elektrycznych. Metoda powlekania próżniowego jest stosowana do elementów o większej elastyczności lub nieregularnym przekroju, np. węże zbrojeniowe. W procesie tym powlekany detal jest przepuszczany przez głowicę jak w metodzie ciśnieniowej, jednak nanoszone tworzywo jest wytłaczane w postaci odrębnej otoczki, która powleka profil poza głowicą pod wpływem podciśnienia wytworzonego między profilem a otoczką. Proces chłodzenia zwiększa przyleganie naniesionej warstwy.

Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem w formie: proces umożliwia otrzymanie wyrobów wewnątrz pustych, np. butelek, karnistrów. Tworzywo w postaci węża o właściwie dobranej grubości ścianki i średnicy jest wytłaczane pionowo w dół. Określony odcinek plastycznego węża zostaje odcięty i zamknięty wewnątrz chłodzonej formy. Do wnętrza jest podawane powietrze powodujące rozdmuch tworzywa. Po uzyskaniu odpowiedniego kształtu oraz schłodzeniu forma otwiera się i produkt jest usuwany.

Wytłaczanie siatek: proces stosuje się przy produkcji siatek bezwęzełkowych używanych do pakowania warzyw, jako sita. Do otrzymywania takich produktów stosuje się głowice, które mają ruchome elementy - trzepień i pierścień, które wówczas gdy się nie pokrywają to tworzą nitki siatki, a gdy pokrywają się to tworzą węzły.

21. Omówić budowę wtryskarki i (regulowane) parametry procesu wtryskiwania

Wtryskarka: wyróżnia się wtryskarkę tłokową i ślimakową. Wtryskarka tłokowa składa się z leja zasypowego, tłoka, torpeda mieszającego i formy wtryskowej. Tworzywo pobierane z leja trafia do cylindra, gdzie jest przesuwane dzięki posuwistym ruchom tłoka do formy. Wpływa to na słabą homogenizację tworzywa, ogranicza wydajność uplastyczniania tworzywa, uniemożliwia precyzyjne dozowanie tworzywa do cylindra. Wtryskarka ślimakowa składa się z leja zasypowego, z którego dozowane jest tworzywo. Trafia ono do ślimaka, w którym jest transportowane ruchem posuwisto-zwrotnym, dzięki czemu następuje równomierne dozowanie i intensywne mieszanie tworzywa.

Regulowane parametry: temperatura cylindra i formy, ciśnienie, szybkość wtrysku, prędkość obrotu ślimaka.

22. Omówić podstawowe technologie wtryskiwania

Wtryskiwanie z rozdmuchem: opiera się na wytwarzaniu preform, z których formuje się butelki przez poddanie rozdmuchowi w stanie plastycznym w obrębie jednego urządzenia.

Wtrysk wielkokomponentowy: umożliwia otrzymanie detali w różnych kolorach i składnikach, podobnie jak przy współwytłaczaniu. W tym przypadku do formy o odpowiedniej konstrukcji wtryskiwane są z kilku wtryskiwarek określone składniki.

Wtrysk tworzyw termoutwardzalnych: uplastycznione tworzywo termoutwardzalne jest wtryskiwane do gorącej formy, gdzie ulega utwardzeniu

23. Omówić cykl i (regulowane) parametry procesu prasowania

Cykl prasowania rozpoczyna się od zasypania określonej ilości tworzywa do gniazda formy po czym formę zamyka się, przykładając na pewien czas ciśnienie równe połowie ciśnienia prasowania. W tym etapie nazywanym prasowaniem wstępnym zachodzi intensywne stapianie połączone z zapoczątkowaniem reakcji utwardzania. Wydziela się przy tym duża ilość małocząsteczkowych substancji lotnych, które usuwa się otwierając na chwilę formę, po czym ponownie się ją zamyka, przykładając ciśnienie prasowania na okres niezbędny do całkowitego utwardzenia wyrobu. Jest to etap właściwego prasowania po którym otwiera się formę w celu wyjęcia wyrobu i oczyszczenia go z ewentualnych pozostałości tworzywa.

Podstawowymi parametrami prasowania są: ciśnienie, temperatura i czas prasowania.

24. Omówić rodzaje prasowania i scharakteryzować stosowane do tego celu tłoczywa i formy

Prasowanie tłoczne: stosowanie do otrzymania wyrobów z tzw. tłoczyw, będących sypkimi mieszaninami żywic termoutwardzalnych z wypełniaczami organicznymi oraz nieorganicznymi, pigmentami i innymi modyfikatorami. Prasowanie prowadzi się w zamkniętych ogrzewanych formach przymocowanych na stołach prasy hydraulicznej, do których wcześniej wsypuje się tłoczywo.

Prasowanie płytowe: do otrzymywania wyrobów warstwowych (laminatów), gdzie stosuje się arkusze papieru lub tkanin nasycanych wspomnianymi żywicami. Arkusze te składa się po kilkanaście sztuki poddaje prasowaniu między płytami na dużych prasach półkowych.

25. Omówić metody laminowania i scharakteryzować stosowane do tego celu materiały.

Laminowanie natryskowe: do natryskiwania stosowany jest pistolet, do którego pod ciśnieniem podawana jest żywica mieszana w trakcie procesu z środkiem utwardzającym. Równocześnie do pistoletu podawane jest włókno w postaci długich pasm. Cięcie włókna na krótsze odcinki odbywa się w pistolecie. Pocięte włókno wraz z żywicą natryskiwane jest na powierzchnię gniazda formującego. Po naniesieniu warstwy kompozycji o określonej grubości żywica jest utwardzana, po czym uzyskany produkt jest usuwany z gniazda formującego i poddawany obróbce wykończającej.

Przeciąganie: stosowana przy formowaniu profili laminowanych z włókien długich spajanych z ciekłymi żywicami. Polega na ciągłym przeciąganiu włókien żywicą w urządzeniu zwanym przeciągadłem.

Nawijanie: stosowana do otrzymywania zbiorników i rur. Polega na nawijaniu na odpowiedni rdzeń pasm rowingu lub taśmy spajanych żywicą. Proces realizuje się za pomocą tzw. nawijarek. Wyróżnia się nawijanie planetarne i śrubowe.

Nakładanie: jest stosowana w przypadku użycia nośnika w formie arkuszy. Polega ona na nakładaniu na powierzchnię formy o zadanym kształcie kolejnych arkuszy nośnika przesycanych żywicą. Proces prowadzony jest w sposób ręczny za pomocą pędzli i wałków lub częściowo mechaniczny

26. Omówić metody nanoszenia warstw i powłok

Nanoszenie polimerów ciekłych:

Nanoszenie wymuszone: stosuje się pastę PVC, która może być nakładana bezpośrednio na przesuwającą się tkaninę za pomocą specjalnego noża lub wałków. Tak naniesiona warstwa podlega żelowaniu w piecu tunelowym, a następnie obróbce wykańczającej, np. lakierowaniu. W przypadku gdy trzeba nanieść kilka warstw a powierzchnia czołowa musi mieć fakturę, stosuje się nanoszenie odwrotne. Pierwszą warstwę - czołową, nanosi się na taśmę specjalnego papieru nadającego jej fakturę. Po częściowym zżelowaniu, nanosi się kolejne częściowo zżelowane warstwy. Po tym prowadzi się proces zdwajania tworzywa z tkaniną nośnikową przez przepuszczenie między system walców. Taki produkt poddaje się żelowaniu w piecu tunelowym.

Nanoszenie swobodne: w przypadku pokrywania sztywnych płyt. Pokrywane detale znajdujące się na przenośniku taśmowym przepuszczane są przez jednorodny strumień swobodnie spadającego ciekłego tworzywa, które równomiernie pokryw powierzchnię.

Nanoszenie polimerów stałych:

Nanoszenie fluidyzacyjne: stosowane w przypadku przedmiotów drobnych i o ażurowej konstrukcji. Proces prowadzi się we fluidyzatorze zawierającym proszkowy polimer. Detal ogrzany do temperatury ponad temperaturę topnienia zanurza się w proszku, który oblepia jego powierzchnię, ulega stopieniu i tworzy zwartą warstwę.

Nanoszenie elektrostatyczne: opiera się na napyleniu cząstek tworzywa obdarzonych ładunkiem elektrycznym na powierzchnię przedmiotu obdarzonego ładunkiem przeciwnym. Dzięki temu proszek polimeru dokładnie pokrywa powierzchnię. Taki przedmiot poddaje się obróbce cieplnej, polegającej na stopieniu i utwardzeniu tworzywa.

Nanoszenie płomieniowe: proszek polimeru wypychany jest z pistoletu pod ciśnieniem, przechodzi przez strefę wysokiej temperatury (płomień), dzięki czemu polimer jest stapiany i pokrywa równomiernie przedmiot.

27. Omówić metody termoformowania, formowania rotacyjnego i spieniania

28. Omówić metody obróbki mechanicznej i łączenia polimerów

Obróbka mechaniczna: umożliwia otrzymanie bardzo skomplikowanych detali z tworzyw sztucznych przy zastosowaniu metod obróbki typowych dla metali, np. cięcie, toczenie, frezowanie, wiercenie, gwintowanie. Materiałem wyjściowym są bloki, płyty, pręty i rury. Warunki obróbki mechanicznej tworzyw sztucznych są znacznie łagodniejsze niż metali, co pozwala uniknąć pięknienia tworzywa i zwiększa dokładność wymiarową.

Łączenie: umożliwia otrzymywanie z płyt, folii, rur konstrukcji o dużych rozmiarach. Metody łączenia tworzyw sztucznych można podzielić na trzy grupy: klejenie, zgrzewanie i spawanie.

-klejenie: łączenie za pomocą specjalnie dobranych spoiw. Stosowany klej powinien wykazywać dużą adhezję w stosunku do łączonych powierzchni i zapewnić dużą wytrzymałość złącza. Istotną rolę odgrywa dobre przygotowanie klejonych powierzchni poprzez oczyszczenie i zszorstkowanie. Niektóre tworzywa uznaje się za nie nadające się do klejenia. Klejenie może zachodzić także między tworzywem a innym materiałem, np. drewnem. Kleje dzieli się na dwie kategorie: kleje ulegające zestaleniu zgodnie z procesami fizycznymi i kleje chemoutwardzalne (termoutwardzalne).

- zgrzewanie: metoda łączenia tworzyw polegająca na uplastycznieniu powierzchni tworzyw w miejscu łączenia, a następnie wywarciu nacisku umożliwiającego powstanie trwałego złącza po zestaleniu się tworzywa. Wyróżnia się: zgrzewanie za pomocą gorącego elementu, zgrzewanie pojemnościowe, ultradźwiękami, przez tarcie.

-spawanie: metoda łączenia tworzyw polegająca na ich powierzchniowym uplastycznieniu w miejscu łączenia, a następnie wypełnieniu miejsca łączenia spoiwem, które stanowi najczęściej takie samo tworzywo w postaci pręta o małej średnicy.

29. Omówić metody obróbki powierzchniowej materiałów polimerowych

Wyrównywanie: nadanie tworzywu większej gładkości lub połysku poprzez szpachlowanie (wypełnienie nierówności i ubytków za pomocą mas szpachlowych), szlifowanie (wygładzanie naniesionej szpachli za pomocą ściernic tarczowych lub płatów ściernych), polerowanie (nadanie gładkości i połysku za pomocą pasty lub gęstej cieczy, w której materiał ścierny występuje w postaci drobnej) oraz lakierowanie.

Aktywowanie: procesy klejenia, metalizowania, drukowania wymagają bardzo dobrej adhezji pomiędzy tworzywem a klejem, metalem czy farbą. Tymczasem wiele tworzyw wykazuje niewielką adhezję do tego typu materiałów. Poprawę tego stanu można osiągnąć poprzez wytworzenie na powierzchni wyrobów ugrupowań polarnych. Służą temu m.in.: trawienie chemiczne, wyładowania ulotowe, promieniowanie ultrafioletowe, radiacja.

Metalizowanie: polega na naniesieniu na tworzywo różnych warstw metalicznych, które mają na celu zmianę właściwości elektrycznych, optycznych, chemicznych, dekoracyjnych. Najczęściej nanosi się aluminium, miedź, nikiel, chrom, kobalt, srebro i cynk. Wyróżnia się rodzaje metalizacji: metalizowanie folią, próżniowe, zanurzeniowe, elektrochemiczne i natryskowe.

Drukowanie: polega na nanoszeniu na tworzywo farby graficznej w formie określonych wzorów, napisów, rysunków. Proces jest realizowany za pomocą tzw. formy drukowej umieszczonej na maszynie drukarskiej. Istnieje kilka rodzajów drukowania: drukowanie wzornikowe, wklęsłe, wypukłe, płaskie i kombinowane.

lepkość

Szybkość ścinania

1

2a

2b

---