ODLEWANIE I LAMINOWANIE TWORZYW SZTUCZNYCH
1. ODLEWANIE jest jedną z technik wytwarzania wyrobów z tworzyw sztucznych. Proces
mo\
e odbywać się w sposób cykliczny lub ciągły. Polega na przeprowadzeniu tworzywa ze
stanu ciekłego, plastycznego lub rzadziej stałego w stan stały, bez stosowania ciśnienia, bądz

pod ciśnieniem na ogół nieprzekraczającym 0,3 MPa, często w twardym gniez
dzie
formujÄ…cym w temperaturze normalnej lub podwy\
szonej. Następnie przedmiot (odlew)
wyjmowany jest z gniazda.
Do wytwarzania odlewów mo\
na u\
yć:
płynne \
ywice utwardzalne ( \
ywice poliestrowe i epoksydowe)
lane \
ywice rezolowe
prepolimery ( polistyren i PMMA)
roztwory polimerów w rozpuszczalnikach organicznych ( poliwęglan, octan i
ocantomaślan celulozy)
pastÄ™ PVC
ró\
ne monomery (polimeryzacja w formie)
Metody odlewania tworzyw sztucznych:
normalne
rotacyjne
wylewanie
zalewanie
1.1. ODLEWANIE NORMALANE
W odlewaniu normalnym wykorzystuje się tworzywa utwardzalne w stanie ciekłym lub
plastycznym. SporzÄ…dzenie tworzywa odbywa siÄ™ przed samym procesem odlewania i polega
na zmieszaniu (przewa\
nie mechanicznym) w danych proporcjach i ustalonej kolejności;
polimeru, utwardzacza, rozcieńczalnika, napełniacza, środka barwiącego, przyspieszacza i
innych niezbędnych składników dodatkowych , jak równie\
odgazowaniu mieszaniny.
1
Odlewanie normalne polega na wlaniu tworzywa do gniazda formujÄ…cego formy odlewniczej:
a) bezpośrednio- odlewanie normalne bezpośrednie grawitacyjne (bezciśnieniowe) (Rys.1.) ,
b) pośrednio- odlewanie normalne pośrednie niskociśnieniowe (Rys.1.),
Rys. 1. Schemat odlewania normalnego: a) bezpośredniego, b) pośredniego (niskociśnieniowego)
kanałowego: 1- model odlewniczy, 2- płyta i rama, 3-wlewanie tworzywa, 4- naczynie z tworzywem
sporządzonym do odlewania, 5- matryca, 6- stempel, 7-obudowa stempla, 8- kanały odpowietrzające,
9- kanał odlewniczy, 10- odlew
Odlewanie bezciśnieniowe stosuje się wtedy, gdy jedna strona odlewu w czasie odlewania ma
płaszczyzny poziome, jest to mianowicie strona, od której wlewa się tworzywo do gniazda.
Odlewanie ciśnieniowe pozwala na otrzymywanie odlewów o płaszczyznach równie\

niepoziomych podczas odlewania. Twierdzi siÄ™, \
e odlewanie ciśnieniowe zapewnia lepsze
właściwości odlewu i du\
ym stopniu ogranicza emisję do atmosfery ubocznych produktów
procesu utwardzania, np. w przypadku odlewania tworzyw poliestrowych.
Od przebiegu wypełnienia gniazda oraz utwardzenia odlewu, w du\
ej mierze zale\
Ä…
właściwości u\
ytkowe odlewu. Na wpływ tego procesu mają następujące czynniki:
" kinematyka wypełnienia gniazda formującego
2
Je\
eli gniazdo wypełniane jest bezpośrednio tworzywem, zachodzi wówczas odlewanie
bezciśnieniowe i formy są zazwyczaj otwarte. Natomiast, kiedy tworzywo wlewane jest przez
kanał odlewniczy, czyli pośrednio, zachodzi odlewanie ciśnieniowe i formy są zamknięte.
" temperatura formy
" ochładzanie odlewu
Przewa\
nie odlew ochładzany jest razem z formą lub wyjmowany z gniazda, a następnie
umieszczany w specjalnej komorze albo chłodzony na wolnym powietrzu.
ZASTOSOWANIE ODLEWANIA NORMALNEGO
Odlewanie normalne stosuje siÄ™ efektywnie od dawna do wytwarzania oprzyrzÄ…dowania
technologicznego, zwłaszcza odlewniczego i stosowanego w obróbce skrawaniem oraz do
wytwarzania narzędzi, głównie wykrojników i narzędzi do obróbki skrawaniem.
Elementami zalewanymi mogą być elementy elektroniczne i wówczas odlewanie takie w
przemyśle elektronicznym nazywa się często hermetyzacją odlewniczą. Hermetyzacja ta
odbywa się na ogół w prostych formach w kształcie prostopadłościanu lub walca,
wykonanych z metali bÄ…dz
tworzy wielkoczÄ…steczkowych. W formach umieszcza siÄ™
elementy elektryczne i zalewa sporzÄ…dzonÄ… mieszaninÄ…. Po utwardzeniu elementy otoczone
tworzywem wyjmuje się z formy. W niektórych przypadkach tworzywo otaczające elementy
elektroniczne nie mo\
e zawierać nawet nielicznych i małych pęcherzyków powietrza i
wówczas trzeba je odlewać pod ciśnieniem ( Rys.2.) luz za pomocą urządzeń bardziej
zło\
onych, często w du\
ym stopniu zautomatyzowanych i zrobotyzowanych.
3
Rys. 2. UrzÄ…dzenie do hermetyzacji odlewniczej pod obni\
onym ciśnieniem: 1-pojemnik z tworzywem
do odlewania, 2- forma odlewnicza, 3- zwór, 4- ramie do manipulowania dozownikiem, 5- dozownik,
6- stół obrotowy z podziałką
1.2. ODLEWANIE ROTACYJNE
W procesie odlewania rotacyjnego zwanego równie\
obrotowym lub odśrodkowy,
wykorzystywana jest siła odśrodkowa działająca na tworzywo odlane. Tworzywo
wprowadzane jest do formy najczęściej w postaci proszku, następnie pod wpływem ogrzania
formy ulega stopieniu w jej gniez
dzie. Zestalenie lub utwardzenie tworzywa następuje w
obracającej się formie, która następnie jest zatrzymywana, otwierana i jej gniazda
wyjmowany jest odlew.
Przy u\
yciu tej metody mo\
na otrzymać takie produkty jak: specjalistyczne zbiorniki i
pojemniki na paliwo, środki chemiczne, wodę, karmniki dla zwierząt, pojemniki na \
ywność,
obudowy przyrządów, sprzęt medyczny, kaski bezpieczeństwa, bariery i oznakowania
drogowe. Kolejne przykłady wyrobów otrzymanych metoda odlewania rotacyjnego to
zabawki, łodzie, kajaki, foteliki dla dzieci, stoły, doniczki, zagłówki, okładziny do
samochodów i wiele innych.
4
Odlewanie rotacyjne planetarne ma szczególne znaczenie w wytwarzaniu zbiorników z
tworzyw termoplastycznych (głównie PE, PVC, PA, PS, PC i ABS). Proces ten przebiega
następująco:
a) tworzywo wejściowe, w odpowiedniej ilości, wsypywane jest do gniazda. Tworzywo
na ogół ma postać proszku o rozmiarach ziaren 50÷200 µm;
b) forma wprawiana jest w ruch planetarny i ogrzewana;
c) tworzywo w tym czasie osadza się na powierzchni gniazda, która wcześniej została
pokryta środkiem antyadhezyjnym, i stapia się.
Odlewanie rotacyjne kołowe stosowane jest do otrzymywania rur lub elementów
obrotowych z tworzyw utwardzalnych lub termoplastycznych. Mo\
na równie\
za pomocÄ…
tej metody odlać rury z tworzyw utwardzalnych wzmacnianych włóknem. W tym
przypadku do gniazda formy rurowej wprowadza się włókna ( najczęściej krótkie włókna
szklane), spoiwo ciekłe oraz ewentualnie napełniacze proszkowe. Następnie formę, która
jest umocowana w maszynie odlewniczej, wprawia się w ruch obrotowy z prędkością
nawet do 42 s-1 przy małych średnicach rur. Tworzywo utwardza się w podwy\
szonej
temperaturze. Po zatrzymaniu i ochłodzeniu formy rura bez problemu jest wyjmowana z
gniazda.
ZALETY ODLEWANIA ROTACYJNEGO:
mo\
liwość wytwarzania du\
ych, pustych w środku wyrobów, np. zbiorniki
niedu\
y koszt form
cały procesu ( grzanie, topienie, formowanie oraz chłodzenie) przebiega w formie i
nie wykorzystuje siÄ™ w nim \
adnego zewnętrznego ciśnienia
brak linii łączenia na powierzchni wyrobów
ekonomiczne dla niewielkich serii produkcyjnych, ze względu na niski koszt
narzędzi
WADY ODLEWANIA ROTACYJNEGO
bardzo długie czasy cyklu  najczęściej jeden lub dwa na godzinę
5
1.3. WYLEWANIE
Wylewanie jest jedna z technik otrzymywania folii i polega na wypływie ze stałym
natÄ™\
eniem tworzywa w stanie plastycznym lub rzadziej ciekłym na przesuwające się
podło\
e.
Odbywa się ono za pomocą maszyn do wylewania, których zasadnicza częścią składową jest
narzędzie do wylewania. Najwa\
niejszym elementem narzędzia do wylewania jest szczelina o
określonym kształcie i wymiarach, z której wypływa tworzywo. Szczelina mo\
e być
międzywalcowa i wówczas narzędziem jest układ na ogół trzech lub czterech walców lub
mo\
e być międzypłaszczyznowa i w takim przypadku narzędziem jest głowica wylewająca.
Stosuje się głównie do wytwarzania folii z tworzyw termoplastycznych (np. zmiękczonego
PVC) , w tym ultracienkich o gruboÅ›ci nawet 2÷5µm. Schemat procesu wylewania folii za
pomocą układu trzech walców przedstawiono poni\
ej na Rys. 3.
Rys. 3. Schemat wylewania walcowego za pomocą układu trzech walców obracających się w tym
samym kierunku: 1- walec powlekajÄ…cy, 2- zgarniacze, 3-walec dozujÄ…cy, 4- warstwa tworzywa
stanowiąca póz
niejszą folię, 5- chłodzony walec dociskający i prowadzący podło\
e (taśmę), 6- podło\
e
(taśma.)
1.4. ZALEWANIE
Zalewanie jest odmianą odlewania, którego celem jest przede wszystkim regeneracja
elementów maszyn, do uzupełniania ubytków materiału w gniazdach, gdzie osadza się
Å‚o\
ysko tłoczne. Proces zalewania rozpoczyna się od wybrania materiału gniazda zwykle za
6
pomocą obróbki skrawaniem, np. toczenia zgrubnego, prowadzącego do powiększenia
średnicy gniazda. Następnie po zmontowaniu przedmiotu względem, którego ma się
przeprowadzać proces zalewania, z przyrządem, w szczelinę między obrobioną powierzchnia
gniazda (chropowatą) a powierzchnia trzpienia (gładką) pokrytą środkiem
przeciwprzyczepnym wprowadza się ciekłe tworzywo. Po zestaleniu lub utwardzeniu
tworzywa następuje demonta\
przyrzÄ…du i przedmiotu.
Do zalewania stosuje się tworzywa epoksydowe, co jest spowodowane głównie ich małym
skurczem przetwórczym.
Rys. 4. Schemat zalewania: 1- element konstrukcyjny, 2- szczelina do wypełnienia tworzywa, 3- trzpień
przyrządu zalewniczego, 4- końcówka urządzenia do zalewania, 5- doprowadzenie tworzywa
zalewajÄ…cego, 6- uszczelka.
2. LAMINOWANIE
Proces cykliczny lub ciągły polegający na trwałym łączeniu adhezyjnym warstw napełniacza
( nośnika) w kształcie arkuszy, taśm lub włókien za pomocą spoiwa, na trwałym łączeniu
kohezyjnym warstw tworzywa na ogół w kształcie taśm, bądz
na trwałym adhezyjnym folii
polimerowych ze sobą lub z foliami z innego materiału.
7
Laminowanie przebiega bez wywierania ciśnienia, zarówno w temperaturze pokojowej, jak i
podwy\
szonej ( z zasady nie wy\
szej ni\
1500C), często przy zastosowaniu promienników
podczerwieni jako z
ródeł ciepła.
STOSOWANE NAPA
NIACZE ( NOÅšNIKI):
arkusze
tkaniny
maty
taśmy
włókna [ szklane, węglowe, polimerowe, azbestowe, bawełniany, borowe, metalowe i
krzemowe ]
Jako SPOIWA stosuje się substancje z ró\
nych polimerów, które charakteryzują się znaczną
adhezją do wymienionych napełniaczy, du\
e znaczenie ma jednak stosowanie polimerów
utwardzajÄ…cych siÄ™ w procesie polimeryzacji addycyjnej lub kopolimeryzacji rodnikowej,
głównie epoksydów i poliestrów. Jak wiadomo, \
ywice termoutwardzalne pod działaniem
ciepła początkowo miękną i ulegają przemianom chemicznym, po czym zestalają się i staja
siÄ™ trudnotopliwe; natomiast \
ywice termoplastyczne zachowują zdolność wielokrotnego
mięknięcia przy ogrzewaniu i twardnienia przy ochładzaniu.
Metoda laminowania dzieli się, ze względu na kształt stosowanego napełniacza lub tworzywa
wejściowego i stan spoiwa, na następujące główne odmiany:
laminowanie natryskowe (spoiwo jest w stanie ciekłym, a napełniacz ma kształt
włókien krótkich)
przeciąganie i laminowanie specjalne (spoiwo jest w stanie ciekłym, a napełniacz ma
kształt włókien długich)
nawijanie (spoiwo jest w stanie ciekłym lub stałym, równie\
tworzywo wejściowe
mo\
e być w kształcie taśm w stanie plastycznym, otrzymywanym innymi metodami
przetwórczymi, a napełniacz ma kształt włókien długich lub taśm z włókien)
nakładanie, (spoiwem są substancje w stanie ciekłym lub stałym, a napełniacze są
arkuszami)
8
2.1. LAMINOWANIE NATRYSKOWE
Polega na jednoczesnym nanoszeniu na powierzchniÄ™ gniazda formujÄ…cego mieszaniny
\
ywicy i włókien ciętych. Klasyczne laminowanie natryskowe przeprowadza się za pomocą
maszyny, która składa się z dwóch podstawowych zespołów: zespołu podawania tworzywa i
włókien oraz pistoletu natryskowego o specjalnej konstrukcji.
Pistolet do laminowania natryskowego przedstawiono na Rys. 5. Widoczne dwie dysze
umieszczone na bokach pistoletu, majÄ… za zadanie podanie mieszaniny \
ywicy z
utwardzaczem i przyspieszaczem. Podanie mieszaniny przewodami następuję wskutek
sprÄ™\
onego powietrza, które wytworzone jest za pomocą sprę\
arki. W centralnej części
pistoletu umieszczona jest równie\
krajanka, do której podawane jest włókno długie a
nastÄ™pnie ciÄ™te na odcinki o dÅ‚ugoÅ›ci 3÷5cm. W kolejnym etapie natryskiwania wyrzucane
włókno i spoiwo mieszają się ze sobą w czasie lotu, po czym osadzają się na powierzchni w
postaci warstwy, gdzie następuje jej utwardzenie. Jednorazowo mo\
emy otrzymać warstwy o
grubości do 2 mm.
Laminowanie natryskowe stosuje się do produkcji przedmiotów o znacznych rozmiarach, jak
np. nadwozi samochodowych, a tak\
e w budownictwie do wytwarzania izolacji
antykorozyjnej w dachach, tunelach, kanałach, zbiornikach itp.
9
Rys. 5. Pistolet do laminowania natryskowego. a) widok ogólny, b) krajanka rowingu; 1- przewód
prowadzący włókno, 2- rolka podająca, 3- rolka dociskowa, 4- nó\
obrotowy, 5- rolka z miękką
wykładziną, 6- ekran osłaniający, 7- prowadzenie włókna
Laminowanie natryskowe sekwencyjne jest główną odmianą laminowania natryskowego.
Zasadniczą ró\
nicÄ… laminowania natryskowego sekwencyjnego jest natryskiwanie tylko
włókna, a spoiwo w postaci dwóch warstw nanoszone jest oddzielnie w procesie odlewania
przed i po natryskiwaniu włókien. Proces laminowania natryskowego sekwencyjnego
przedstawiono na rysunku poni\
ej (Rys. 6.).
10
Rys.6. Schemat laminowania natryskowego sekwencyjnego: 1- folia polimerowa, 2- krajarka włókien,
3- zbiornik ze spoiwem polimerowym, 4- zgarniacz, 5- taśma laminatu pokryta dwustronnie folia
2.2.PRZECI
GANIE
Przeciąganie polega na ciągłym przesyceniu włókien długich, np. rowningu, ciekłym
spoiwem, uformowaniu przedmiotu, zwanego kształtownikiem laminowanym lub profilem
laminowanym, utwardzeniu bÄ…dz
zestaleniu i rozdzieleniu go na odcinki.
Za pomocÄ… tej odmiany laminowania mo\
emy otrzymać kształtowniki o przekroju
poprzecznym w kształcie koła, pierścienia, płaskownika, kątownika, ceownika, dwuteownika
itp.
2.3. NAWIJANIE
Podczas nawijania, wskutek ruchu obrotowego, następuje uło\
enie zbrojenia ( zwanego
nawojem), na powierzchni rdzenia, który ma kształt otrzymanego przedmiotu. Nawoje mają
postać pasm włókien długich (np. rowingu) lub taśm z włókien lub taśm tworzywa w stanie
plastycznym. Stosowanym spoiwem sÄ… przede wszystkim tworzywa poliestrowe i
epoksydowe.
11
Nawijanie przeprowadza siÄ™ za pomocÄ… maszyn do nawijania, zwanych nawijarkami.
Posiadają one ró\
ne rozwiÄ…zania konstrukcyjne, jednak\
e w ka\
dym przypadku rdzeń
wykonuje ruch obrotowy.
Ze względu na kinematykę nawijarki dzielimy na:
-planetarne, w którym w układzie rdzeń-nawój zachodzi zło\
ony ruch obrotowy, czyli ruch
planetarny; jest ono cykliczne (Rys.7.)
Rys. 7. Schemat planetarnego nawijania zbiornika: a) z ruchem planetarnym formy, b) z ruchem
obrotowym formy i głowicy nawijającej; 1- forma do nawijania, 2- włókno nawijane, 3- ramię
obrotowe maszyny do nawijania, 4- głowica nawijająca, ą- kąt charakterystyczny
-śrubowe, w którym w układzie rdzeń-nawój zachodzi prosty ruch obrotowy (kołowy) i
jednocześnie poprzeczny ruch postępowo-zwrotny, czyli ruch śrubowy; mo\
e ono być
cykliczne lub ciągłe (Rys.8.)
12
Rys. 8. Schemat nawijania śrubowego jednostronnego: 1- wytłaczarka, 2- taśma tworzywa
uplastycznionego,3- rolka prowadząca dociskająca taśmę, 4- forma zewnętrzna- rura stalowa, 5-
wałki obrotowe, 6- wózek.
2.3.NAKA
ADANIE
Nakładanie polega na uło\
eniu na powierzchni gniazda formującego formy wewnętrznej luz
zewnętrznej liczby warstw napełniacza arkuszowego uprzednio powleczonego spoiwem, czyli
preimpregnowanego na mokro, lub na powlekaniu go bezpośrednio w gniez
dzie, chwilowym
lekkim dociśnięciu warstw do siebie i przesyceniu ich, a następnie utwardzeniu.
Nakładanie najczęściej przeprowadza się przy u\
yciu ręcznych narzędzi pracy, takich jak
pędzle, wałki miękkie malarskie i metalowe z nacięciami, no\
yce ręczne bądz
z napędem
mechanicznym. Stosuje się równie\
pistolety natryskowe.
Metoda ta zalecana jest do otrzymywania przedmiotów skorupowatych o bardzo du\
ych
rozmiarach, prototypów bądz
przedmiotów o znacznych rozmiarach w krótkich seriach, gdzie
wytwarzanie innymi metodami byłoby często wręcz nie mo\
liwe lub bardzo kosztowne.
13
Rys. 9. Schemat nakładania słu\
ącego do wytworzenia kadłuba du\
ej łodzi: 1- forma wewnętrzna, 2-
pomost ruchomy, 3- pomost stały, 4- drabinka, 5- kadłub łodzi, 6- wózek, 7- rusztowanie.
LITERATURA
1. Robert Sikora, Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, Wydawnictwo
Edukacyjne Zofii Dobkowskiej, Warszawa 1993;
2. Praca zbiorowa pod redakcją Roberta Sikory, Przetwórstwo tworzyw polimerowych,
Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2006;
3. Jan Brzeziński, Laminaty termoutwardzalne, Wydawnictwo naukowo-techniczne,
Warszawa;
4. A. G. Sorocziszyn, Tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem szklanym, Arkady,
1969;
5. K. Dobrosz, A. Matysiak, Tworzywa sztuczne. Materiałoznawstwo i przetwórstwo.
Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1994;
6. D. śuchowska, Polimery konstrukcyjne. Przetwórstwo i właściwości. Wydawnictwo
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1993;
14