306 MECHANIK NR 4/2008
Teoria a praktyka procesu wtryskiwania tworzyw
w szkoleniu inżynierów różnych specjalności
HENRYK ZAWISTOWSKI *
mrożonej orientacji; pęknięcia deski i wypaczenia są
Przedstawiono model szkoleń uzupełniających wiedzę
skutkiem równoważenia naprężeń własnych, których wy-
w zakresie przetwórstwa tworzyw sztucznych, sprawdzo-
stępowanie jest typowe dla wyrobów z tworzyw; podob-
ny i stosowany przez wiele lat podczas wykładów na
nie jak drewno  tworzywa ulegają starzeniu, są czułe
Politechnice Warszawskiej oraz na ponad 200 kursach
na wpływ otoczenia i promieniowanie UV, a często i na
doszkalających, prowadzonych bezpośrednio w zakła-
działanie wilgoci.
dach przemysłowych.
Punktem wyjścia dla konstruktora wyrobów jest rutyno-
wa znajomość materiału i zaufanie do charakterystyki
jego własności. Konstruowanie jest najczęściej procesem
intuicyjnym, prowadzonym według ustalonych schema-
tów myślenia, często tylko kontrolowanym przez oblicze-
nia bÄ…dz
symulacje sprawdzające realność koncepcji. To
 zaufanie do materiału wynika ze znajomości niepod-
ważalnych zasad fizyki i mechaniki klasycznej oraz jedno-
znacznych danych materiałowych podawanych w porad-
nikach lub katalogach.
Przed ponad wiekiem chemia stworzyła nową grupę
materiałów syntetycznych. W łańcuchu rozwoju kultury
materiałowej (rys. 1) poprzedzało ją wynalezienie przez
Rzymian, w równie spektakularny sposób, zaprawy ce-
mentowej, która zrewolucjonizowała budownictwo nastę-
pnych tysiÄ…cleci.
Rys. 2. Charakter własności tworzyw jako nowej grupy materiałowej [2]
Konstruktorzy wyrobów otrzymali więc materiał o nad-
zwyczaj korzystnych własnościach technologicznych, a ró-
wnocześnie o własnościach użytkowych, zmieniających
się zależnie od warunków i parametrów przetwórstwa.
Możliwości aplikacyjne tworzyw spowodowały, że stały
się one jednym z 5 determinantów rozwoju wszystkich
dziedzin działalności człowieka (wg UNIDO). Ich roczna
produkcja już w 1989 r. zrównała się z produkcją stali,
a obecnie jest od niej dwukrotnie większa [10]. Przyczyną
niesłabnącego wzrostu produkcji (rocznie ok. 5,7%) jest
nie tylko wypieranie przez tworzywa materiałów tradycyj-
nych, ale także możliwość stosowania rozwiązań wielo-
funkcyjnych. Nadzwyczajna  podatność technologiczna
tworzyw coraz częściej ogranicza wykorzystywanie pra-
cochłonnych, wielooperacyjnych technologii obróbki me-
Rys. 1. Historyczny rozwój kultury materiałowej [1] tali (rys. 3).
Jako materiał konstrukcyjny zmodyfikowany polimer,
czyli tworzywo sztuczne, zaczął nabierać znaczenia do-
piero po II wojnie światowej. Można by powiedzieć, że
tworzywo jest  hybrydÄ… Å‚Ä…czÄ…cÄ… zalety i wady wszystkich
innych materiałów konstrukcyjnych (rys. 2):
ma własności mechaniczne odpowiadające  z pew-
nymi ograniczeniami  metalom lekkim przy wielokrotnie
większej podatności technologicznej i dużo mniejszym
ciężarze właściwym;
ma budowę amorficzną, jak szkło, lub częściowo
krystaliczną, jak kamień;
przy zbliżonym ciężarze właściwym jego budowa
przypomina również drewno  materiał o własnościach
anizotropowych; słoje drewna odpowiadają stanowi za-
* Mgr inż. Henryk Zawistowski prowadzi szkolenia z zakresu Rys. 3. Porównanie pracochłonności przy obróbce metali i przetwórs-
przetwórstwa tworzyw sztucznych twie tworzyw [2]
MECHANIK NR 4/2008 307
Analizy ekonomiczne wykazują, że przetwórstwo two-
rzyw jest najbardziej dynamicznie rozwijającą się gałęzią
przemysłu i stanowi już dzisiaj odrębną dziedzinę gos-
podarki.
Procesy wytwarzania produktów i półwyrobów są cał-
kowicie odmienne i znacznie bardziej zróżnicowane niż
w przypadku metali [4]. Podstawowa metoda obróbki
metali  skrawanie  jest rzadko stosowanÄ…, pomocniczÄ…
technologią wytwarzania prototypów z bloków tworzywa,
a termoformowanie płyt i folii jest odpowiednikiem obróbki
plastycznej. Własności przetwórcze obu tych grup mate-
riałowych są nieporównywalne.
Specyficzny charakter majÄ… badania naukowe w tej
stosunkowo młodej dziedzinie wiedzy. W krajach uprze-
mysłowionych były sponsorowane początkowo przez
koncerny chemiczne, a obecnie  przez producentów
Rys. 5. Porównanie zakresu wykształcenia i potrzeb w dziedzinie
maszyn i rozwijające się branże przemysłowe, głównie
przetwórstwa i stosowania tworzyw [2]
motoryzację. Uczelnie niemieckie oraz państwowe i pry-
watne instytuty, które finansowane są przez państwo
optymalizacji przebiegu ich kształtowania w odpowiednio
zgodnie ze zdrowÄ… zasadÄ… 50 : 50, czyli: tyle dostaniesz,
skonstruowanej formie. Poszerzenie umiejętności w tym
ile zarobisz, są bardzo zaangażowane w badania pod-
zakresie wymaga przesunięcia strefy granicznej (rys. 5)
porzÄ…dkowane celom gospodarczym, przy czym jednym
z poziomu istniejÄ…cego do poziomu koniecznego.
z głównych priorytetów są nowe aplikacje, nowe techniki
Z punktu widzenia inżyniera pracującego w przemyśle
regulacji oraz nano- i mikrotechniki.
potrzebna jest tylko ta część wiadomości teoretycznych
Wystarczająco wysoką przewidywalność zachowania
wykładanych na uczelni, która jest niezbędna do roz-
się tworzyw podczas przetwórstwa oraz użytkowania uzy-
wiązywania problemów występujących w praktyce
skano dopiero po wprowadzeniu symulacji komputero-
przemysłowej. Tymczasem, wbrew tym uprzedzeniom,
wych jako narzędzia pracy inżyniera. Materiałem wyjścio-
w przetwórstwie tworzyw nie da się już zinterpretować
wym sÄ… z jednej strony bazy danych, takie jak CAMPUS,
wyników symulacji komputerowej bez teoretycznych pod-
z drugiej zaś formuły reologiczne, charakterystyki p-V-T,
staw wiedzy na temat zachodzących zjawisk. Inżynier
określające zależności zmian objętości właściwej od ciś-
produktu czy technolog musi znać zasady świadomego
nienia i temperatury, i inne [5, 6 oraz 7].
kierowania procesem, chociażby w celu ustalenia real-
Problematyką tworzyw zajmują się równocześnie dwie
nego zakresu tolerancji nastaw w procedurach.
dziedziny: Inżynieria Chemiczna i Inżynieria Produkcji
Biorąc pod uwagę te uprzedzenia, należy podkreślić, że
 chemia i mechanika. Odmienność spojrzenia specjalistów
również w szkoleniach prowadzonych dla przemysłu oraz
obu kierunków ilustruje rys. 4, przywołany na podstawie
na studiach podyplomowych niezbędna jest część teorety-
wykładu chemii polimerów na Politechnice w Drez
nie.
czna o charakterze motywacyjnym; musi być ona zawsze
dostosowana do poziomu słuchaczy i ich przygotowania
technicznego. Natomiast zbędne są wykłady o charakterze
ściśle teoretyczno-matematycznym. Niezbędnym elemen-
tem wykładów są przykłady praktyczne, zdjęcia, animacje
i przezrocza. Wykładowcy już w trakcie wykładu muszą
być gotowi do dyskusji ze słuchaczami, którzy żądają
pomocy w rozwiązaniu problemów technicznych.
Przygotowując prelekcję, wykładowca musi odpowie-
dzieć sobie na pytanie: w jakim stopniu to, o czym mówi,
dotyczy:
wymagań stawianych produkcji wyrobów określone-
go asortymentu, np. typów i odmian tworzyw przetwarza-
nych w firmie,
usterek procesowych i występujących wad,
użytkowania istniejącego parku maszynowego,
a zwłaszcza systemów sterowania, wyposażenia i form,
możliwości zwiększenia efektywności produkcji i po-
Rys. 4. Zakres zainteresowań chemika i inżyniera [3]
prawienia jakości z wykorzystaniem systemów SPC.
Oceniając realnie potrzeby słuchaczy można stwier-
Jeśli włączy się w to zakres wiedzy inżynierskiej, prze-
dzić, że na ogólne omówienie zagadnień podstawowych
kazywanej podczas studiów na wydziałach mechaniczno-
wystarcza kilka godzin wykładowych, włączając w to
-technologicznych, to schemat ten przyjmie postać rys. 5.
problematykÄ™ chemicznÄ….
Technologowi  maszynowego przetwórstwa tworzyw
Rys. 6 wyjaśnia logiczny ciąg wykładów dla konstruk-
nie jest potrzebna znajomość procesów i wzorów chemi-
torów wyrobów wtryskiwanych. Kolejno omawia się:
cznych, jednakże poważnym mankamentem jest brak
wiedzy o własnościach przetwórczych, wynikających wpływ własności przetwórczych na proces wtryski-
z budowy przetwarzanych materiałów i ich wpływie na wania,
kształtowanie struktury produkowanych wyrobów. Orien- zjawiska zachodzące w formie wtryskowej,
tacja, stopień krystaliczności, anizotropia skurczu i włas- własności nabyte wyrobów wtryskiwanych,
ności są cechami wyprasek nabytymi w poszczególnych zasady technologiczności konstrukcji wyrobów wtry-
fazach procesu i dlatego niezbędna jest umiejętność skiwanych.
308 MECHANIK NR 4/2008
jego fazach kształtowane są poszczególne cechy jakoś-
ciowe wyrobu (struktura, wyglÄ…d itp.).
Rys. 9 przybliża przebieg kształtowania się cech wy-
prasek z wykorzystaniem podstawowego wykresu zmian
ciśnienia w gniez
dzie formy.
Sposób płynięcia strumienia tworzywa w formie oraz
powstawania wynikajÄ…cych stÄ…d typowych wad ilustruje
rys. 10. Zaznaczone sÄ… na nim potencjalne przyczyny
zawirowań przepływu, powstawania miejsc przepływu
wtórnego itp.
Rys. 6, Kształtowanie własności użytkowych wyrobów wtryskiwanych
z tworzyw termoplastycznych [2]
Sposób prowadzenia wykładu ilustruje kilka slajdów
wybranych z większego zbioru.
Na rys. 7 pokazano spis treści wykładu dotyczącego
wpływu własności przetwórczych na proces wtryskiwania
(2 h). Schemat na rys. 8 wyjaśnia proces tworzenia się
w wyprasce struktury częściowo krystalicznej lub amor-
ficznej (a przy tym konieczność stosowania docisku i wy-
sokich temperatur formy) oraz stopień wykorzystania
Rys. 9. Przebieg zmian ciśnienia w formie podczas trwania cyklu
wtrysku
Rys. 7. Program wykładu  własności przetwórcze tworzyw
wtryskarki, a także tłumaczy, dlaczego formy do ABS czy
PC nie nadajÄ… siÄ™ do wtryskiwania PP, PA i odwrotnie.
Slajd jest wspomagany animacją wypełniania gniazda
i skurczu tworzywa w zależności od średnicy przewężki.
Przebieg zmian ciśnienia w formie podczas trwania
cyklu wtrysku (rys. 9) wyjaśnia, jak w poszczególnych
Rys. 10. Kierunki płynięcia tworzywa w gniez
dzie formy
Uproszczony łańcuch zjawisk wywierających wpływ na
własności wyrobu (rys. 11) ukierunkowuje dalszą treść
wykładu.
Rysunek ten podkreśla konieczność zrozumienia feno-
menu zjawisk skurczowych i ich wpływu na dokładność
wymiarową, odkształcenia i zamrożony stan naprężeń
własnych. Wykorzystując folie polaryzacyjne, można słu-
chaczom unaocznić istnienie w produkowanych w firmie
przezroczystych wyrobach skupień naprężeń własnych,
ukrytych linii Å‚Ä…czenia oraz miejsc podatnych na uszko-
dzenia. Mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że przyczyną
ok. 25% przypadków uszkodzeń wyprasek są rysy na-
Rys. 8. Kształtowanie struktury wypraski w trakcie chłodzenia tworzy-
wa w formie [2] prężeniowe, powodujące niszczenie wyrobów podczas

310 MECHANIK NR 4/2008
przepisów, jedynie Politechniki Poznańska i Rzeszowska
potrafiły zorganizować Studium Podyplomowe dla kon-
struktorów i technologów w zakresie technik wtryskiwania
tworzyw. Program, wykorzystujący wyżej przedstawione
doświadczenia PLASTECHU, mógł zostać zrealizowany
dzięki temu, że wygłoszenie pewnych wykładów zlecano
specjalistom z przemysłu (raczej rzadko stosowane na
zwykłych studiach).
O celowości studiów podyplomowych świadczy ros-
nąca z roku na rok liczba uczestników, gotowych po-
święcić swój wolny czas na uzupełnianie wiedzy, której
nie uzyskali podczas normalnych studiów  nawet spe-
Rys. 11. Wpływ zróżnicowania skurczu na własności użytkowe wyrobu
cjalistycznych.
Niestety, przy obecnym stanie organizacyjno-prawnym
politechnik nie dojdzie do zmian priorytetów i programów
użytkowania [8]; minimalizacja przyczyn ich powstawania
nauczania, ani też nie zwiększy się liczba absolwentów
jest problemem gospodarczym. W Niemczech powstał
ze specjalnością przetwórstwa tworzyw sztucznych, po-
w tym celu specjalny program rzÄ…dowy.
nieważ:
Program uzupełniania wiadomości podstawowych i za-
przetwórstwo tworzyw  jako technologia  jest  nie-
wodowych w zakresie tylko jednej technologii, np. wtrys-
proszonym gościem zagrażającym pozycji i egzystencji
kiwania tworzyw termoplastycznych, powinien obejmo-
ugruntowanych technologii obróbek tradycyjnych;
wać 20 ÷ 30 tematów wykÅ‚adowych. Jako uzupeÅ‚nienie
nieproporcjonalnie duża, w stosunku do potrzeb in-
szkolenia niezbędne są ćwiczenia prowadzone bezpo-
żyniera, liczba godzin z tzw. przedmiotów podstawowych
średnio na wtryskarkach. Zakres ćwiczeń, zależnie od
ogranicza możliwości kształcenia specjalistycznego.
zadań zakładu powinien obejmować: uruchamianie i op-
tymalizowanie procesu lub obchód pracujących maszyn
Przybiera na sile dyskusja na temat sytuacji w uczel-
połączony ze sprawdzaniem i korygowaniem nastaw,
niach technicznych. Na Seminarium Fundacji na Rzecz
wyjaśnianiem przyczyn powstawania wad czy zwiększa-
Nauki Polskiej w Sterdyni (2006 r.) prof. Maciej Grabski
niem efektywności produkcji.
stwierdził, że:  Dzisiejszy podział na badania podstawowe
Analizy rynku [9, 10] uwypuklajÄ… trwajÄ…cÄ… nadal tenden-
i stosowane jest bezużyteczny  o wiele ważniejszy jest
cję przemieszczania zakładów podstawowych branż m.in.
inny podział, o którym się wiele nie mówi  podział
do Polski. Nowo powstające zakłady gwałtownie potrze-
między nauką a inżynierią [11]. Wybitny ekonomista prof.
bują specjalistów, i to zwłaszcza z zakresu przetwórstwa
Jan Winiecki kwestionuje celowość zwiększania niekon-
tworzyw. Mimo wysokich płac występuje tak znaczny
trolowanych dotacji budżetowych (% PKB) przy istnieją-
niedobór kadr, że zatrudniani są pracownicy z innych
cym stanie nauk technicznych [12].
branż. Szybko rośnie więc zapotrzebowanie na ich do-
Można więc mieć nadzieję, że uczelnie wyższe będą
szkalanie.
zmuszone zrezygnować z bariery autonomii i zaczną
Natomiast w zakładach pracujących od lat pojawiają się
podlegać prawom gospodarki rynkowej w zakresie roz-
 na skutek odpływu fachowców  problemy z zapew-
woju nowych specjalizacji według kryterium jej potrzeb,
nieniem odpowiedniej jakości i efektywności produkcji.
kierunkowania nauk stosowanych, skuteczności kształ-
Tam trzeba szkolić nowych pracowników od podstaw.
cenia i dostosowania do tego systemu zatrudniania, opie-
Coraz więcej jest firm, które tak dalece inwestują
rajÄ…c siÄ™ na sprawdzonym systemie niemieckim lub ame-
w wiedzę, że zamawiają wielostopniowe kursy dla pra-
rykańskim.
cowników poszczególnych zmian, aby nie zatrzymywać
produkcji. Znamienne jest również to, że coraz częściej
LITERATURA
uczestniczą w kursach pracownicy działu kontroli, kierow-
1. H. SIESLER: Naturwissenchaftliche Grundlagen für Maschinen-
nicy produkcji, a nawet dyrektorzy.
bauer und Wirtschaftingenieure. Skrypt: Institut für Physikalische
Można by zaryzykować twierdzenie, że przy współ-
Chemie, Uniwersität Duisburg  Essen.
czesnych wymaganiach i tendencjach rozwojowych
2. H. ZAWISTOWSKI: Wykłady.
w podstawowych gałęziach przemysłu, stosujących wyro-
3. E. JÄHNE: Technische Polymerchemie. Institut für Makromole-
by z tworzyw sztucznych, zyski sÄ… proporcjonalne do kulare Chemie und Textilchemie, Technische. Uniwersität Dres-
den. Vorlesung VS 2006/2007.
poziomu kwalifikacji, a więc wydatków na szkolenia. Te
4. H. ZAWISTOWSKI: Innowacyjność w przemyśle przetwórstwa
firmy, które dzisiaj nie inwestują w rozwój swoich pracow-
tworzyw sztucznych. Mechanik nr 4/2005.
ników, nie dotrzymują kroku innym, a to oznacza, że
5. G. MENGES, P. THIENEL: Eine Messvorrichtung zur Aufnahme
znajdują się już na równi pochyłej...
von p-V-T Diagrammen bei praktischen Abkühlgeschwindigkei-
ten. Kunstoffe 1977 nr 5-6.
A jak wygląda sytuacja w zakresie kształcenia 6. T. OSWALD, T. TURNG, P. GRAMMAN: Injection Molding Hand-
book. Carl Hanser Verlag, 2002.
i szkoleń w dziedzinie przetwórstwa tworzyw?
7. H. ZAWISTOWSKI: Podstawy teorii kształtowania właściwości
wyrobów w procesie wtryskiwania tworzyw termoplastycznych.
Polskie filie wielkich producentów wtryskarek prowadzą
Mechanik nr 4/2008.
systemowe szkolenia w zakresie obsługi technicznej swo-
8. M. KRUGER: Vorgehensweise bei der Werkstoffauswahl. VDI
ich maszyn. Indywidualne szkolenia prowadzÄ… ci pracow-
Wissenforum 2002  Ticona.
nicy uczelni, którzy mają bieżący kontakt z przemysłem 9. G. LIEBIG: Zentralisierung oder Verlagerung? Kunststoffe nr
9/2005.
i odpowiednie doświadczenie. Niestety podejmują się ich
10. www.Plastics.Europe.pl
również pseudofachowcy.
11. A. LESZKOWSKA: Uczeni w kamasze?  wywiad z prof. Macie-
Jeśli chodzi o zainteresowanie się tą tematyką uczelni
jem Grabskim. Sprawy Nauki 4/2006.
wyższych, to tylko dzięki osobistemu zaangażowaniu nie-
12. J. WINIECKI: Wzrost wydatków na badania i rozwój nie decyduje
których światłych pracowników naukowych, pokonaniu
o innowacyjności gospodarki. The Wall Street Journal Polska
trudności biurokratycznych, a zwłaszcza przestarzałych  Dziennik Finansowy 14.07.2007