Techniki wytwarzania. Wykład(10.01.12) i ćwiczenia (04.01.12).
PRZETWÓRSTWO TWORZYW SZTUCZNYCH
Tworzywa sztuczne- materiały, których podstawowym składnikiem są syntetyczne,
naturalne lub modyfikowane polimery uzupełnione dodatkami innych substancji
pomocniczych, np. plastyfikatory, stabilizatory, modyfikatory.
Tworzywa sztuczne znajdują obecnie powszechne zastosowanie w technice i w życiu
codziennym. Jest to głównie spowodowane łatwością ich formowania, różnorodnością
własności, trwałością oraz względami ekonomicznymi. W porównaniu z metalami,
przetwórstwo tworzyw sztucznych jest tańsze i mniej pracochłonne, a straty materiału w
produkcji nie przekraczają 1-5%.
Najbardziej popularne techniki uzyskiwania produktów z tworzyw sztucznych to techniki
wtryskowe i techniki wytłaczania.
Zalety:
-łatwe formowanie przedmiotów o skomplikowanych kształtach
-mała gęstość, wynosząca dla większości tworzyw 0,8-1,5 g/cm3
-korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru właściwego
-dobre właściwości mechaniczne i elektroizolacyjne
-bardzo dobra odporność chemiczna i wysoka odporność na działanie wody
-dobry wygląd wyrobów(barwa, połysk, powierzchnia)
-długa żywotność bez konieczności konserwacji
Wady:
-wytrzymałość mechaniczna gorsza od metali(kompozyty szklane i węglowe zbliżoną
wytrzymałość)
-duże pełzanie-większe niż metali(granica plastyczności 50-60oC)
-mała stabilność własności wytrzymałościowych oraz skłonność do przechodzenia w stan
kruchości przy zmianie temperatur(szczególnie w przypadku zimna-tworzywa sztuczne
nie lubią niskich temperatur)
-mała stabilność kształtu wynikająca z małej sztywności
-duża rozszerzalność cieplna- 5-20 razy większa niż metali
-mała twardość w porównaniu do stali  10-100 razy mniejsza
-mała odporność cieplna- zwykle 60-150oC; są tworzywa odporne na temperatury powyżej
400oC
Grupy tworzyw sztucznych:
-termoplastyczne
-termoutwardzalne
-chemoutwardzalne
-elastomery
Klasyfikacja tworzyw sztucznych.
Tworzywa sztuczne możemy podzielić w zależności od ich właściwości, czyli:
�� Ze względu na właściwości sprężysto-plastyczne:
-elastomery
-plastomery
1
�� Ze względu na właściwości termiczne:
-termoplasty
-duroplasty
Elastomery.
Są to tworzywa, które w temperaturze pokojowej wykazują dużą zdolność do odkształceń
i wydłużeń(zazwyczaj powyżej 100%), przy równoczesnym zachowaniu
sprężystości(powracają do pierwotnego kształtu).
Przykładowe elastomery: kauczuki syntetyczne, silikony.
Plastomery.
Charakteryzują się małym odkształceniem w temperaturze pokojowej przy zachowaniu
własności sprężystych. Zeszklenie zachodzi powyżej temperatury pokojowej.
Tworzywa termoplastyczne/termoplasty(plastomery także są zaliczane do termoplastów)
Są to tworzywa sztuczne, które w określonej temperaturze i przy odpowiednim ciśnieniu
mają właściwości plastyczne. Można je kształtować w procesach wytłaczania lub
wtryskiwania w podwyższonej temperaturze, a po szybkim ochłodzeniu nabierają
własności użytkowych.
Termoplasty można przetwarzać wielokrotnie, jednak po każdym kolejnym przetworzeniu
zazwyczaj pogarszają się ich własności użytkowe na skutek zjawiska depolimeryzacji.
Własności tych tworzyw pozwalają na wytwarzanie wyrobów o bardzo złożonych
kształtach.
Najczęściej stosowane:
PE-polietylen(PE-LD-polietylen o małej gęstości, np. worki, folie; PE-HD-polietylen o
dużej gęstości, np. rury, armatura);
PP-polipropylen(wnętrza cystern, butelki);
PS(lub HIPS)-polistyren;
PVC-polichlorek winylu,
POM-polioksymetylen (np. koła zębate);
PET-politereftalan etylenu;
PMMA-polimetakrylan metylu.
Duroplasty(termoutwardzalne lub chemoutwardzalne)
Tworzywa termoutwardzalne- polimery przechodzą nieodwracalnie ze stanu plastycznego
w stan utwardzony pod wpływem temperatury.
Kształtowanie odbywa się pod ciśnieniem w podgrzewanych formach.
Ze względu na rodzaj zastosowanych żywic tworzywa sztuczne termoutwardzalne
dzielimy na:
-fenolowe
-melaminowe
-poliestrowe
-mocznikowe
-melaminowo- fenolowe
-allilowe
-epoksydowe
2
Tworzywa chemoutwardzalne- polimery przechodzą ze stanu plastycznego w stan
utwardzony pod wpływem czynników chemicznych, np. żywic epoksydowych czy
poliestrowych(te dwa rodzaje stosowane są najczęściej). Charakteryzują się podobnymi
właściwościami jak tworzywa termoutwardzalne, z tą jednak różnicą, że proces
twardnienia przebiega nie pod wpływem podwyższonej temperatury, lecz substancji
chemicznych zwanych utwardzaczami. I w tym przypadku jest to proces nieodwracalny, a
raz utwardzone tworzywo nie może już przejść z powrotem w stan plastyczny. Proces
utwardzania zachodzi szybciej w temperaturach wyższych niż pokojowa.
Rodzaje tworzyw sztucznych
�� Kauczuk naturalny- podstawowy składnik wyrobów gumowych. Odporny na
działanie wysokich ciśnień.
�� Kauczuk syntetyczny -podstawowy składnik gumy. Rodzaje: PU/PUR-
poliuretan(np. gąbka do mycia naczyń); PB-polibutadien (np. opony); poliestry.
�� Żywice poliestrowe(np. zastosowanie w łodziach i statkach)
�� Żywice epoksydowe(np. osnowa przy produkcji laminatów)
�� PPTA-popularnie KEVLAR-stworzony z włókien sztucznych bardzo odpornych na
rozciąganie. Jest 5 razy wytrzymalszy niż stal, odporny na korozję i wiele kwasów.
Produkuje się z niego kamizelki ochronne, rakiety tenisowe, karoserię bolidów,
kaski, deski snowboardowe, liny.
Dodatki do tworzyw sztucznych:
Napełniacze-dodawane do tworzyw w celu otrzymania żądanych własności
wytrzymałościowych, sztywności, odporności cieplnej, odpowiedniego współczynnika
tarcia, rozszerzalności liniowej, przewodnictwa cieplnego, właściwości
elektroizolacyjnych lub prądoprzewodzących.
Stabilizatory-są substancjami przeciwdziałającymi depolimeryzacji, termicznemu
rozkładowi polimeru w warunkach przetwórstwa(s.termiczne) oraz rozkładowi pod
wpływem tlenu i promieni ultrafioletowych w czasie użytkowania wyrobów z tworzyw
sztucznych(antyutleniacze).
Polimery modyfikujące-dodawane w ilości kilkudziesięciu procent do tworzyw,
modyfikują własności mechaniczne, cieplne i inne.
Plastyfikatory(zmiękczacze)-ułatwiają przetwórstwo oraz modyfikują mechanicznie i
cieplnie właściwości tworzyw.
Środki barwiące-pigmenty nieorganiczne i organiczne nadające trwałą barwę, tworzą
nieprzez
roczyste wybarwienia. Barwniki całkowicie rozpuszczalne w tworzywie,
rozjaśniacze lub wybielacze optyczne.
Opóz
niacze palenia-wywołują efekt samogaśnięcia tworzyw na skutek wydzielania dużej
ilości niepalnych gazów, które odcinają dopływ tlenu do palącego się materiału.
Porofory-umożliwiają otrzymanie tworzyw spienionych, porowatych.
Środki smarujące- zmniejszają tarcie wewnętrzne przetwarzanego materiału, obniżają
adhezję tworzywa do gorących powierzchni.
Antystatyki -modyfikują powierzchniowe własności tworzywa lub zmniejszają oporność,
eliminując elektryzowanie się tworzywa.
METODY/TECHNOLOGIE PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH
-formowanie wtryskowe
-wytłaczanie(np. wytłaczanie z rozdmuchiwaniem)
-formowanie próżniowe i ciśnieniowe
-wytwarzanie laminatów
-inne technologie: prasowanie, odlewanie, powlekanie, zgrzewanie
3
Formowanie wtryskowe.
Etapy procesu wtrysku:
-suszenie tworzywa
-ogrzewanie i upłynnianie
-wtrysk właściwy
-stygnięcie
-opróżnianie formy
-zamknięcie formy
-oczyszczanie produktu
Techniki wtrysku:
1. Wtrysk sekwencyjny.
2. Wtrysk wielokomponentowy
3. Wtrysk z doprasowaniem
4. Wtrysk z rozdmuchiwaniem
5. Reaktywne formowanie wtryskowe
METODY PRZYGOTOWANIA TWORZYW SZTUCZNYCH:
-obróbka wstępna
-rozdrabnianie(stosuje się je także przy recyklingu tworzyw sztucznych)
-mieszanie
-homogenizacja(ujednorodnianie)
-konfekcjonowanie(proces formowania)
-suszenie:
o Przeciw prądowe granulatu,
o Próżniowe
o fluidalne
(w złożu fluidalnym polega na przedmuchiwaniu gorącego powietrza z dużą
intensywnością przez zbiornik z dnem porowatym od dołu. W zbiorniku znajduje się
drobnoziarnisty materiał suszony, który tworzy z przepływającym powietrzem złoże
fluidalne) (suszenie przeciwprądowe granulatu-polega na ciągłym przepuszczaniu przez
granulat od dołu powietrza suszącego, a od góry wilgotnego granulatu. W miarę suszenia
granulat jest odbierany od dołu. Podczas łączenia tworzywa ze środkami dodatkowymi
otrzymuje się mieszankę o nietrwałej jednorodności. )
Podstawowe parametry procesu wtrysku:
Temperatura wtrysku- temperatura, przy której tworzywo uzyskuje odpowiednią płynność,
inna dla każdego rodzaju tworzywa, zależy tez od ciśnienia wtrysku.
Temperatura stopu-jest to temperatura uplastycznionego tworzywa, na którą maja wpływ
temperatury w poszczególnych strefach cylindra oraz czas przebywania tworzywa w
cylindrze.
Ciśnienie wtrysku- ciśnienie jest wytwarzane poruszającym się ruchem postępowym
ślimaka powodujące wtryśnięcie uplastycznionego tworzywa. Jest to parametr określony
dla każdej wtryskarki. Ciśnienie wtrysku różni się od ciśnienia w formie, które jest niższe
i stanowi od 35 do 70% ciśnienia wtrysku.
Ciśnienie docisku- jest to ciśnienie po zakończeniu wtrysku i wypełnieniu tworzywem
formy. Zabezpiecza tworzywo przed cofnięciem się z formy.
4
Czas chłodzenia-czas niezbędny do zastygnięcia tworzywa w formie. Zależy od rodzaju
tworzywa i konstrukcji formy.
Czas wtrysku -całkowity czas jednego procesu. Zależy do kształtu i wielkości wyrobu.
Wytłaczanie-Proces ciągłego formowania wyrobów z tworzyw sztucznych. Polega na
uplastycznieniu tworzywa w wytłaczarce i następnie przepchaniu tego tworzywa pod
wpływem wysokiego ciśnienia.
Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem-Polega na odpowiednim, w zależności od potrzeb
rozdmuchiwaniu wytłaczanego profilu.
Wytryskiwanie- polega na wtłaczaniu roztopionego tworzywa do formy, w której zestala
się w kształtkę. W procesie wtryskiwania uzyskuje się wypraskę charakteryzującą się nie
tylko określonym kształtem, lecz także specyficzną strukturą& (dalszej notatki brak,
przepraszam)
Prasowanie stosuje się do wytwarzania wyrobów z tworzyw termoutwardzalnych.
WALCOWANIE I KALANDROWANIE
Walcowanie wstępne-proces polegający na wielokrotnym wywoływaniu płynięcia..
Walcowanie formujące-& .
Kalandrowanie-proces ciągłego formowania z materiałów polimerowych. Polega na
uplastycznieniu tworzywa we wcześniejszym procesie przetwórczym, następnie jego
kształtowaniu pod wpływem nacisków wywieranych przez walce
Technologia i wtryskarki do tworzyw sztucznych.
Tą technologią wytwarza się produkty o złożonych kształtach,
z możliwością wielobarwnych i wielokomponentowych wtrysków.
Wtryskarki można podzielić na:
- poziome (kolumnowe i bez kolumnowe);
- pionowe (stosowane do wyrobów wielokomponentowych).
TWORZYWA SZTUCZNE W BUDOWNICTWIE:
Stolarka budowlana  drzwi i okna produkowane z profili twardego PCV odpornego na
czynniki atmosferyczne, trudnopalnego, odpornego na ścieranie a przede wszystkim o
wysokiej izolacyjności cieplnej. Możliwa różna kolorystyka.
Centralne ogrzewanie i klimatyzacja  w większości obecnie budowanych domów
mieszkalnych i biurowców rozprowadzenie instalacji centralnego ogrzewania wykonane
jest z rur z tworzywa PP.
Kanały do rozprowadzenia ciepłego i zimnego powietrza w systemach klimatyzacyjnych
wykonywane są z kształtek PCV a nie jak do niedawna tradycyjne kanały wentylacyjne z
blach stalowych.
Systemy wentylacji wraz z kratkami wentylacyjnymi i kominami produkowane są również
z tworzywa PCV.
Systemy odprowadzenia wody  rynny, rury spustowe i kształtki do montażu
produkowane są z tworzywa PCV. Są łatwe w montażu, trwałe i produkowane w różnych
kolorach. Całe systemy do wykonania drenażu lub rozprowadzenia wody produkowane są
z tworzyw sztucznych.
5
Instalacje elektryczne i telekomunikacyjne  w większości takich instalacji głównym
materiałem, z którego są one wykonane to różnego rodzaju tworzywa sztuczne, są to
między innymi: rury do prowadzenia kabli z PCV, kable i przewody (powłoki wykonane z
LLD-PE i innych tworzyw), puszki, gniazda, wyłączniki, rozdzielnie itd.
Tak szerokie zastosowanie tworzyw wynika głownie z faktu dobrej izolacyjności
elektrycznej tych materiałów.
Materiały izolacyjne  ściany i stropy izoluje się używając spienionego polistyrenu PS
lub polipropylenu PU. Płyty takie produkowane są o różnej grubości w zależności od
potrzeb.
Wysoki współczynnik izolacyjności spowodował bardzo szerokie zastosowanie tych
materiałów, tak w nowo budowanych budynkach, jak również w ocieplaniu starych
budynków z tzw.  wielkiej płyty .
Dachy i ściany  pod pokryciami dachów stosuje się różnego rodzaju folie izolacyjne z
tworzyw sztucznych, same pokrycia dachowe wykonuje się z tworzyw sztucznych np.
papy termozgrzewalne, folie termoplastyczne PCV oraz folie elastomerowe. Ściany
budynków można pokrywać specjalnymi listwami dekoracyjnymi z PCV w różnych
kształtach i kolorach. Również cały asortyment elementów wykończeniowych
wewnętrznych wykonywany jest z różnego rodzaju tworzyw sztucznych.
RECYKLING TWORZYW SZTUCZNYCH(OZNACZENIA)
Schemat procesu recyklingu wyrobów z tworzyw sztucznych
6