1.Podział i przetwórstwo tworzyw sztucznych
1.1.Budowa i rodzaje tworzyw sztucznych
Tworzywami sztucznymi nazywamy substancje, których głównym składnikiem są wielkocząsteczkowe substancje organiczne (polimery). Ponadto w ich skład wchodzą dodatkowe składniki (środki pomocnicze), takie jak: napełniacze i nośniki, stabilizatory, zmiękczacze (plastyfikatory), środki barwiące, opóźniacze palenia (antypireny), środki przeciwdziałające elektryzowaniu się tworzywa (antystatyki), substancje spieniające (porofory), środki smarujące.
Zależnie od własności chemicznych żywic, wchodzących w skład tworzyw sztucznych rozróżniamy tworzywa:
a)termoplastyczne
b)termoutwardzalne
c)chemoutwardzalne
Żywice dzielimy na naturalne i sztuczne. Żywice naturalne to bursztyn i szelak oraz żywice otrzymywane z naturalnych surowców w nieskomplikowanej przeróbki, jak asfalty, bituminy, kalafonia i itp. Żywice sztuczne otrzymuje się w wyniku polimeryzacji lub polikondensacji substancji prostych.
Podstawowymi surowcami do otrzymywania monomerów są: ropa naftowa, gaz ziemny oraz węgiel kamienny.
Polimeryzacja nazywamy proces, w którym wielka liczba monomerów łączy się ze sobą tworząc jedna wielką cząstkę - polimer. Proces ten nie powoduje równoczesnego powstawania innych produktów reakcji a powstające żywice mają taki sam skład chemiczny jak przed procesem.
Polikondensacją nazywamy proces, podczas którego powstaje nowa substancja w wyniku oddziaływania na siebie dwóch lub więcej rodzajów cząstek różnych substancji. Nowo powstała substancja ma większą masę cząsteczkową niż każdy ze składników wchodzących w jej skład oraz różni się składem chemicznym od składu reagentów. Podczas tego procesu powstają substancje uboczne, jak np. woda, amoniak lub alkohole.
Poliaddycją ( polimeryzacją addycyjną ) nazywamy proces łączenia się cząsteczek monomerów w skutek przemieszczenia ( przeskoku ) ruchliwego atomu wodoru.
Tworzywa sztuczne wykazują szereg cech fizykochemicznych, mechanicznych i technologicznych. Najważniejsze z nich to:
a) małą gęstość;
b) znaczną wytrzymałość mechaniczną ( w niektórych przypadkach przekracza 60 MPa );
c) dobre własności przeciwcierne;
d) znaczną odporność na działanie czynników atmosferycznych;
e) dobre własności elektroizolacyjne;
f) dobre własności dielektryczne;
g) dobrą plastyczność;
h) estetyczny wygląd.
Tworzywa sztuczne wytwarzane przez polikondensację mają w nowoczesnej technice
najszersze zastosowanie spośród materiałów tego typu. Większość tworzyw tej grupy są termoutwardzalne. Umożliwia to wytwarzanie przedmiotów odpornych na wpływ temperatury.
Ważniejsze żywice otrzymywane przez polikondensacje:
fenolowo-aldehydowe;
epoksydowe;
mocznikowo-formaldehydowe;
melaminowo- formaldehydowe;
anilinowo- formaldehydowe ;
silikonowe.
Jako ważniejsze materiały otrzymywane przez polimeryzacje można wymienić:
polichlorek winylu;
polistyren;
matakrylan metylu.
Poprzez poliaddycję otrzymuje się:
tworzywa poliuretanowe
tworzywa epoksydowe
1.2.Przetwórstwo tworzyw sztucznych.
Głównym składnikiem tworzyw sztucznych jest żywica, od własności której w największej mierze zależą własności późniejszego wyrobu, a więc odporność na zmiany temperatury, odporność na wpływy atmosferyczne, własności elektryczne i wiele innych.
Kolejnym składnikiem tworzyw wpływającym na właściwości tworzyw są tzw. wypełniacze. Mają one na celu zmniejszenie objętości masy podczas prasowania. Są to zazwyczaj substancje pochodzenia organicznego, choć często stosuje się też substancje pochodzenia nieorganicznego, powodujące w pewnym stopniu zmianę własności elektrycznych i mechanicznych oraz przeciwciernych.
W celu podwyższenia własności mechanicznych tworzywa stosuje się wypełniacze włókniste, takie jak włókna celulozowe, pakuły lniane. Własności elektroizolacyjne podwyższają inne wypełniacze, zazwyczaj pochodzenia nieorganicznego, jak kwarc, włókno szklane, mika.
Niekiedy w skład tworzyw wchodzą tzw. plastyfikatory pochodzenia organicznego. Wpływają one na zdolność tworzyw do wypełniania formy i ponadto na poprawę własności mechanicznych gotowego wyrobu. Bardzo często używa się ich w tworzywach przygotowywanych głównie z żywic polimeryzowanych .
W celu zmniejszenia tarcia tworzywa o ścianki formy podczas prasowania oraz zapobiegnięciu przylepianiu się tworzywa do formy stosuje się jako dodatek substancje smarujące, najczęściej stearynę, woski, niektóre oleje i inne substancje o podobnych właściwościach.
Estetyczny wygląd nadaje się tworzywom przez barwienie. W tym celu dodaje się do nich różnego rodzaju barwniki, jak nigrozynę, minię, ochrę i inne.
Tworzywa sztuczne przeznaczone do przetwórstwa mają postać: żywic, tłoczyw, półfabrykatów .Tworzywa sztuczne przerabia się na gotowe przedmioty przez prasowanie, odlewanie pod ciśnieniem, odlewanie w formach.
Prasowanie wykonuje się za pomocą pras umożliwiających wywieranie nieraz znacznych nacisków. Najlepsze do tego celu są prasy hydrauliczne. Oprócz pras hydraulicznych, odznaczających się równomiernością pracy i dużą siłą prasowania, są stosowane inne rodzaje pras, np. prasy mechaniczne. Zależnie od składu chemicznego tworzywa i jego własności, różne są warunki prasowania.
Prasowanie odbywa się w metalowych formach ustawionych na prasach. Formy pracują w ciężkich warunkach, gdyż podczas prasowania ciśnienie wzrasta w nich niekiedy do 80 MPa. Przez cały czas temperatura formy - zależnie od składu chemicznego tworzywa- wynosi 100÷190 °C. W tych warunkach na materiał formy działają w sposób agresywny produkty reakcji chemicznych zachodzących w tworzywie podczas prasowania. Dlatego w celu zapewnienia prawidłowej pracy form należy je wykonywać z wysokogatunkowych stali stopowych.
Ze względu na sposób prasowania można wyodrębnić formy do prasowania tłocznego. Metodę prasowania tłocznego stosuje się głównie do tworzyw termoutwardzalnych. Prasowanie tłoczne polega na uplastycznieniu tworzywa w formie, wypełnienie gniazda formy pod wpływem nacisku stempla oraz utwardzeniu tworzywa. Otrzymane w wyniku tego procesu wyroby nazywa się wypraskami.
Nacisk potrzebny do wypełnienia gniazda uzyskuje się przez umieszczenie formy w prasie. Podgrzewanie tworzywa odbywa się za pomocą grzejników ( głównie elektrycznych ) opasujących formę lub wykonanych jako wkładki lub płyty.
Prasowanie przetłoczne różni się od prasowania tłocznego tylko sposobem doprowadzenia tworzywa do gniazda formującego. Można je stosować zarówno do tworzyw termoplastycznych, jak i termoutwardzalnych. Uplastycznienie tworzywa występuje w cylindrze przetłocznym, skąd pod naciskiem stempla wpływa do gniazda formy. Tu następuje utwardzenie tworzywa. W zależności od rodzaju formowanego tworzywa gniazdo jest ogrzewane ( od tworzyw termoutwardzalnych ) lub chłodzone ( od tworzyw termoplastycznych ). Czasem wytwarza się tworzywa sztuczne w postaci taśm lub arkuszy.
Wytłaczanie polega na formowaniu pod ciśnieniem uplastycznionego materiału poprzez przepychanie go przez otwór kształtujący (ustnik). Wytłacza się głównie tworzywa termoplastyczne w wytłaczarkach ślimakowych. Wytłaczać można rury, przewody elastyczne, płyty, profile, pręty, kształtowniki, rękawy siatkowe. Charakterystyczną cechą tej metody jest ciągłość produkcji.
Formowanie wtryskowe umożliwia przetwarzanie zarówno termoplastów jak i duroplastów. Polega ono na uplastycznieniu w cylindrze wtryskarki tworzywa sztucznego, a następnie wtryśnięcia go ( po przez ślimak lub tłok ) do gniazd formujących. W gniazdach formujących tworzywo sztuczne zestala się w wyniku obniżenia ( termoplasty ) lub podwyższenia temperatury ( duroplasty ). Charakterystyczną cechą tego procesu jest cykliczność produkcji. Przykładowe elementy wykonane poprzez formowanie wtryskowe to np.: zderzaki samochodowe, butelki PET, krzesła ogrodowe, klocki, oprawki długopisów itp.
Formowanie próżniowe polega na szybkim i równomiernym ogrzewaniu termoplastycznych folii lub płyt do stanu plastycznego oraz nadaniu im postaci określonej kształtem formy. Robi się to po przez wytworzenie próżni pomiędzy formą, a plastycznym tworzywem. Formowanie próżniowe umożliwia produkcję przedmiotów cienkościennych o dużej powierzchni - proces ten jest alternatywą dl metody formowania wtryskowego.
Literatura:
Krzysztof Dobrosz Adam Matysiak „Tworzywa Sztuczne”
Stefan Okoniewski „Technologia Maszyn”
Marcin Basiński Przetwórstwo tworzyw sztucznych ETI
Szymon Chrząszcz Grupa I