Pojęcia podstawowe i skład Tworzywa sztuczne są materiałami,w których najistotniejszy składnik stanowią związki wielkocząsteczkowe, syntetyczne lub pochodzenia naturalnego. Oprócz związku wielkocząsteczkowego tworzywo sztuczne zawiera zwykle składniki dodatkowe, które nadają mu korzystne właściwości użytkowe. Składnikami tymi mogą być napełniacze, nośniki, zmiękczacze, pigmenty i barwniki, stabilizatory i wiele innych. Większość związków wielkocząsteczkowych jest zbudowana z wielkiej liczby powtarzających się i połączonych między sobą identycznych elementów podstawowych, nazywanych merami. Dlatego też związki wielkocząsteczkowe nazywamy polimerami ( poli-wiele ). Ze względu na pochodzenie można je najogólniej podzielić na trzy podstawowe grupy:

1 - naturalne związki wielocząsteczkowe występujące w przyrodzie (celuloza, białko, kauczuk );
2 - związki wielkocząsteczkowe otrzymywane z polimerów pochodzenia naturalnego w wyniku modyfikacji polegającej na chemicznej zmianie właściwości polimerów naturalnych;
3 - syntetyczne związki wielkocząsteczkowe wytwarzane na podstawie reakcji chemicznej ze związków małocząsteczkowych.

Związki małocząsteczkowe, które stanowią substancje wyjściowe do otrzymywania syntetycznych związków wielkocząsteczkowych składają się z niewielkiej liczby atomów i noszą nazwę monomerów.

Otrzymywanie syntetycznych związków wielkocząsteczkowych polega na łączeniu się między sobą cząsteczek monomerów z wytworzeniem wielkich cząsteczek, tzw. makrocząsteczek.

Polimery odznaczają się dużą masą cząsteczkową. Masa cząsteczkowa jest liczba umowną wyrażającą stosunek masy cząsteczki danej substancji do 1/12 masy atomu węgla.

Z masą cząsteczkową polimerów jest związane bezpośrednio pojęcie stopnia polimeryzacji. Jest to niemianowana liczba wskazująca, ile razy dany element podstawowy (mer) powtarza się w ugrupowaniu związku wielkocząsteczkowego. Stopień polimeryzacji określa ułamek:

n = masa cząsteczkowa polimeru / masa cząsteczkowa meru

Właściwości związków wielkocząsteczkowych zależą w dużym stopniu od ich masy cząsteczkowej. Ten sam polimer w zależności od masy cząsteczkowej może mieć na tyle różne właściwości, że wymaga stosowania odrębnych metod przetwórczych.

Postacie handlowe W handlu tworzywa sprzedawane są z reguły jako:

a) żywice techniczne - są dostarczane użytkownikom w postaci cieczy o różnej konsystencji, najczęściej gęstopłynnej.
b) tłoczywa - są to półprodukty do formowania wyrobów z tworzyw sztucznych pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze. Otrzymuje się je z żywic sztucznych z dodatkiem napełniaczy i innych środków pomocniczych.
c) półfabrykaty z tworzyw sztucznych uzyskują postać wyrobu gotowego po odpowiedniej obróbce wykończeniowej.
d) folie - są to elastyczne wyroby o ograniczonej grubości (ok. 0,5 mm dla tworzyw twardych, ok. 1-2 mm dla tworzyw miękkich).
e) laminaty - są utworzone z wielu warstw nośnika, złączonych w całość za pomocą żywicy - zazwyczaj pod zwiększonym ciśnieniem.

Klasyfikacja chemiczna Chemiczna klasyfikacja tworzyw sztucznych - zależnie od pochodzenia związków wielkocząsteczkowych rozróżnia:

a) Tworzywa naturalne modyfikowane :
- pochodne celulozy,
- celuloza regenerowana,
- pochodne kauczuku,
- tworzywa białkowe.

b) W zależności od rodzaju polireakcji, w wyniku której powstają związki wielkocząsteczkowe, rozróżnia się następujące tworzywa sztuczne syntetyczne:
- tworzywa otrzymywane w wyniku polimeryzacji;
- tworzywa otrzymywane w wyniku polikondensacji;
- tworzywa otrzymywane w wyniku poliaddycji.

Klasyfikacja technologiczna Przyjmując za podstawę klasyfikacji właściwości użytkowe i technologiczne tworzyw sztucznych można je podzielić na dwie grupy:

a) Elastomery są to takie tworzywa, które podczas próby rozciągania (w temperaturze pokojowej ) wykazują wydłużenie powyżej 100%.Do tej grupy zalicza się wszystkie odmiany kauczuku oraz poliizobutylen.

b) Plastomery są to takie tworzywa, których wydłużenie podczas rozciągania w temperaturze pokojowej nie przekracza 100%.Pod niewielkim obciążeniem ulegają one nieznacznym odkształceniom, zaś poddawane wzrastającemu obciążeniu zaczynają odkształcać się plastycznie, a następnie ulegają mechanicznemu zniszczeniu. W grupie plastomerów wyróżnia się trzy rodzaje tworzyw:
-tworzywa termoplastyczne(termoplasty),
-tworzywa termoutwardzalne,
-tworzywa chemoutwardzalne.

Tworzywa termoplastyczne przechodzą każdorazowo podczas ogrzewania w stan plastyczny, natomiast po ostygnięciu twardnieją. Mogą być wielokrotnie kształtowane, a ich przetwórstwo w temperaturach podwyższonych nie prowadzi w sposób wyraźny do zmian chemicznych ani do zaniku plastyczności i zdolności do formowania. Do termoplastów zalicza się wszystkie tworzywa polimeryzacyjne, a ponadto poliamidy, poliwęglany, polisulfony i termoplastyczne pochodne celulozy.

Tworzywa termoutwardzalne podczas ogrzewania początkowo miękną, lecz przetrzymane w podwyższonej temperaturze utwardzają się nieodwracalnie. W wyniku utwardzenia stają się nietopliwe i nierozpuszczalne. Mogą więc być kształtowane tylko jednokrotnie. Najważniejszymi przedstawicielami tej grupy tworzyw są fenoplasty i aminoplasty.

Tworzywa chemoutwardzalne ulegają utwardzeniu już w temperaturze pokojowej pod wpływem działania specjalnych substancji zwanych utwardzaczami. Reakcja ta przebiega z większą prędkością w temperaturach podwyższonych. Najczęściej stosowanymi tworzywami chemoutwardzalnymi są żywice poliestrowe i epoksydowe.

Otrzymywanie polimerów Reakcje chemiczne otrzymywania polimerów, tj. wytwarzania syntetycznych związków wielkocząsteczkowych, nazywane są zwyczajowo polireakcjami. Rozróżnia się trzy rodzaje polireakcji, którymi są: polimeryzacja, polikondensacja, poliaddycja.

Polimeryzacja jest procesem łączenia się wielu cząsteczek monomeru, któremu nie towarzyszy wydzielenie małocząsteczkowych produktów ubocznych. Proces ten można schematycznie przedstawić następująco:

nA ----> [A]n

gdzie:
n - liczba cząsteczek monomeru (stopień polimeryzacji),
A - cząsteczka monomeru,


Polimeryzacja przebiega bez zmian składu substancji reagujących. Powstający polimer różni się od monomeru tylko wielkością cząsteczki. W przedstawionym uprzednio procesie reaguje tylko jeden rodzaj monomeru. Taki proces jest nazywany homopolimeryzacją, a otrzymany produkt -homopolimerem. Jeżeli polimeryzacji ulega natomiast więcej niż jeden rodzaj monomeru, proces taki nazywa się kopolimeryzacją a powstający produkt - kopolimerem.

Polikondensacja jest procesem łączenia się wielu cząsteczek substancji wyjściowych w związek wielkocząsteczkowy z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego - jako produktu ubocznego reakcji. Skład chemiczny polimeru powstającego w wyniku polikondensacji nie jest identyczny ze składem substancji wyjściowych. Spowodowane jest to wydzieleniem się produktów ubocznych podczas procesu.

Poliaddycja ma charakter pośredni między polimeryzacją a polikondensacją. Podobnie jak polikondensacja jest to reakcja przebiegająca w sposób stopniowy, lecz nie jest procesem odwracalnym. Polimery otrzymywane w wyniku poliaddycji mają ten sam skład chemiczny co monomery, lecz różnią się od nich budową. Mechanizm omawianej reakcji reakcji polega najogólniej na przemieszczaniu atomu wodoru w cząsteczce monomeru, umożliwiając tym samym wzrost łańcucha polimeru.

Budowa związków wielkocząsteczkowych Związki wielkocząsteczkowe odznaczają się posiadaniem zespołu charakterystycznych dla nich właściwości (wytrzymałość mechaniczna, elastyczność, plastyczność) wyraźnie różniących się od typowych związków małocząsteczkowych. Charakterystyczne właściwości związków wielkocząsteczkowych, jak również różnice występujące we właściwościach poszczególnych polimerów są wynikiem ich specyficznej budowy.

Budowa polimerów Zależnie od rodzaju i właściwości reagujących między sobą monomerów otrzymuje się polimery:

- O budowie liniowej, tzn. o łańcuchu prostym,
- O łańcuchu rozgałęzionym,
- Przestrzennie usieciowane.

Od budowy polimerów zależy między innymi ich zachowanie się w podwyższonej temperaturze. Polimery o strukturze liniowej lub rozgałęzionej są polimerami termoplastycznymi. Ze względu na swoją strukturę nie utwardzają się one podczas ogrzewania, lecz stają się plastyczne, zachowując w podwyższonej temperaturze budowę liniową lub rozgałęzioną. Polimery termoplastyczne mogą więc być kształtowane wielokrotnie, a ich przerób w wysokich temperaturach nie prowadzi w sposób wyraźny do zaniku plastyczności, ani zdolności do formowania.

Polimery, w których pod wpływem działania podwyższonej temperatury następuje nieodwracalny proces tworzenia struktury przestrzennie usieciowanej, mogą być kształtowane tylko jednokrotnie. Noszą one nazwę polimerów termoutwardzalnych. W odróżnieniu od produktów o strukturze liniowej lub rozgałęzionej polimery takie są nie topliwe i nierozpuszczalne (po utwardzeniu). W przypadku niektórych polimerów nieodwracalne sieciowanie jest możliwe już w temperaturze pokojowej, dzięki użyciu odpowiednich związków chemicznych zwanych utwardzaczami. Polimery takie są nazywane polimerami chemoutwardzalnymi.

Polimery bezpostaciowe i krystaliczne Ze względu na stopień uporządkowania struktury wewnętrznej wszystkie substancje stałe można podzielić na krystaliczne i bezpostaciowe (amorficzne). Substancje krystaliczne charakteryzują się regularnym ułożeniem atomów, cząsteczek lub jonów. W związku z tym mają one ściśle określoną temperaturę topnienia, w której lepkość i gęstość zmieniają się gwałtownie. Bezpostaciowe substancje stałe miękną stopniowo podczas ogrzewania i przechodzą w ciecz w pewnym zakresie temperatury.

Polimery o strukturze bezpostaciowej odznaczają się całkowicie nieuporządkowanym ułożeniem makrocząsteczek, a ich przemiany pod wpływem ogrzewania przebiegają w sposób stopniowy. Makrocząsteczki polimerów o strukturze bezpostaciowej są bezładnie splątane między sobą.

Stan krystaliczny polimerów występuje znacznie rzadziej niż amorficzny. Poza tym polimery, w przeciwieństwie do związków małocząsteczkowych, nie są na ogół całkowicie skrystalizowane. Tworzą one układ dwufazowy, w którym obok obszarów krystalicznych charakteryzujących się uporządkowanym przestrzennie ułożeniem makrocząsteczek, występują równocześnie obszary bezpostaciowe. Strukturę polimerów tworzących taki układ można więc określić jako częściowo krystaliczną. Procentowa zawartość postaci krystalicznej w tego typu polimerach nosi nazwę stopnia krystaliczności.

Podstawowym i zarazem niezbędnym warunkiem krystalizacji polimerów jest duża regularność i symetria w budowie łańcucha.Warunki takie spełniają między innymi: polietylen, polipropylen, politetrafluoroetylen, poliamidy i niektóre poliuretany.

Polietylen W zależności od metody otrzymywania rozróżnia się dwa podstawowe typy polietylenu:

1. małej gęstości (wysokociśnieniowy)
2. dużej gęstości (niskociśnieniowy)

Polietylen wysokociśnieniowy jest otrzymywany z etylenu w fazie gazowej pod ciśnieniem 180-250 MPa i w temperaturze 200-250^oC. W wyniku polimeryzacji, której katalizatorami są nadtlenki lub wodoronadtlenki organiczne, otrzymuje się produkt o konsystencji miodu. Po przejściu przez zbiornik redukujący ciśnienie, polietylen wychodzący w postaci wstęgi chłodzi się na walcach wodą, a następnie granuluje.

Polietylen niskociśnieniowy, jego produkcję przemysłową uruchomiono w połowie lat pięćdziesiątych dzięki zastosowaniu tzw. Katalizatorów Zieglera - Natty. Umożliwiają one prowadzenie reakcji polimeryzacji w fazie ciekłej, w temperaturze 50-70^oC pod ciśnieniem normalnym lub nieco podwyższonym (0,3-0,5MPa). Metoda niskociśnieniowa nie wymaga stosowania skomplikowanej aparatury, co stanowi jej zaletę w porównaniu z procesem wysokociśnieniowym. Jednak prowadzenie procesu przy użyciu dużych ilości rozpuszczalnika oraz konieczność stosowania katalizatora, który później trzeba usuwać przez wymycie z polimeru (katalizator pozostawiony w tworzywie pogarsza właściwości elektryczne) powodują, ze sam proces otrzymywania polietylenu tą metoda jest bardzo kłopotliwy i dość kosztowny. Produkt polimeryzacji wydziela się w postaci zawiesiny, którą filtruje się na filtrze obrotowym. Polimer otrzymany w postaci proszku miesza się ze środkami pomocniczymi i formuje w postać granulek. Polietylen niskociśnieniowy ma lepsze właściwości mechaniczne i cieplne od wysokociśnieniowego, lecz jednocześnie gorsze właściwości elektryczne wynikające z pozostałości katalizatora metaloorganicznego w polimerze. Przetwórstwo i zastosowanie obu typów polietylenu są podobne.
Polietylen jest tworzywem o bardzo dużej udarności, która zmniejsza się w niskich temperaturach. W temperaturze - 120^oC tworzywo to przechodzi w stan szklisty i wtedy udarność jego gwałtownie maleje.

Polipropylen Otrzymuje się go przez polimeryzację propylenu w obecności katalizatorów metalograficznych. Reakcja zachodzi w temperaturze około 100^oC w środowisku ciekłych węglowodorów alifatycznych. W zależności od rodzaju katalizatora i warunków polimeryzacji otrzymuje się polimery o różnej budowie przestrzennej, a mianowicie:

1. polipropylen izotaktyczny, który dzięki uporządkowanej strukturze przestrzennej i wysokiemu stopniowi krystaliczności ma najlepsze właściwości mechaniczne oraz najwyższą odporność cieplną i z tego powodu jest stosowany najczęściej;
2. polipropylen ataktyczny - o nie uporządkowanej strukturze przestrzennej, posiadający właściwości podobne do gumy niewulkanizowanej;
3. polipropylen stereoblokowy - wykazujący właściwości pośrednie między polipropylenem izotaktycznym i ataktycznym.

Polipropylen jest jednym z najlżejszych tworzyw sztucznych. W postaci naturalnej tworzywo to jest przeświecające i bez zapachu. Właściwości mechaniczne i cieplne polipropylenu zależą od stopnia krystaliczności polimeru, przy czym im jest on wyższy tym właściwości te są korzystniejsze. Odporność na uderzenia jest duża i dopiero nacięcie karbu na próbkach powoduje wyraśne jej obniżenie.
W celu polepszenia właściwości mechanicznych i odporności cieplnej wprowadza się do polipropylenu napełniacze w ilości 10-40%, np. : włókno szklane, talk, kreda, kauczuk.

Odporność polipropylenu na działanie czynników chemicznych jest bardzo dobra. W temperaturze pokojowej jest on praktycznie odporny na działanie kwasów, zasad i soli oraz rozpuszczalników organicznych.
Mniejsza odporność na działanie czynników atmosferycznych powoduje, że polipropylen łatwiej ulega procesowi starzenia niż polietylen.
Obojętność fizjologiczną oraz możliwość pracy ciągłej powyżej temperatury 100oC pozwalają na stosowanie polipropylenu do produkcji opakowań farmaceutycznych oraz elementów aparatury i sprzętu medycznego. Wysoką odporność chemiczną wykorzystuje się do wytwarzania urządzeń chemicznych oraz pojemników do przechowywania agresywnych chemikaliów. Dobre właściwości mechaniczne i cieplne polipropylenu zadecydowały o tym, że jest on stosowany z dużym powodzeniem w charakterze tworzywa konstrukcyjnego w przemyśle na elementy maszyn, osłony i obudowy. Dobre właściwości elektryczne w połączeniu z innymi właściwościami powodują, że polipropylen ma szerokie zastosowanie w przemyśle elektrycznym.

Tworzywa styrenowe Tworzywa styrenowe należą obok poliolefin i PVC do podstawowych termoplastów o masowym zastosowaniu w różnych dziedzinach techniki i życia codziennego. O poważnej roli polistyrenu i jego pochodnych wśród tworzyw sztucznych zadecydowały następujące czynniki:

- dobrze opanowane metody otrzymywania polimeru i względnie niska cena surowców wyjściowych;
- dobre właściwości fizyczne i chemiczne;
- łatwość przetwórstwa, szczególnie formowania wtryskowego;
- łatwość kopolimeryzacji styrenu z innymi monomerami;
- możliwość modyfikacji przez mechaniczne mieszanie z innymi polimerami;
- łatwość uzyskiwania pięknych barw i efektów wizualnych.

Obecnie na świecie produkuje się następujące odmiany tworzyw styrenowych:

1. polistyren niskoudarowy - homopolimer styrenu bez żadnych modyfikacji, nazywany polistyrenem zwykłym lub standardowym ( polistyren S );
2. polistyren wysokoudarowy - homopolimer styrenu modyfikowany butadienem ( polistyren SB );
3. kopolimer SAN - kopolimer styrenu z akrylonitrylem;
4. kopolimer ABS - kopolimer akrylonitrylu, butadienu i styrenu;
5. kopolimer MBS - kopolimer metakrylanu metylu, butadienu i styrenu;

Polistyren S jest tworzywem fizjologicznie obojętnym, bez smaku i zapachu, o gęstości nie wiele większej od wody. Jego właściwości mechaniczne są ogólnie dobre. Należy jednak zwrócić uwagę na małe wydłużenie przy zerwaniu oraz małą udarność, szczególnie z karbem.
Korzystną właściwością omawianego tworzywa jest stała wartość udarności w zakresie temperatury: - 40^oC do + 60^oC.
Termiczny zakres stosowania polistyrenu rozciąga się od temperatury : od - 40^oC do + 75^oC.
W temperaturze 90 - 130^oC, w zależności od odmiany,następuje przejście w postać elastyczną. W wyższych temperaturach tworzywo staje się plastyczne,a następnie (310^oC) zaczyna się proces jego depolimeryzacji.
Pod względem właściwości elektrycznych można porównać polistyren S z tak doskonałymi elektrykami, jak kwarc, parafina, polietylen, czy teflon. Przenikalność elektryczna tego tworzywa posiada prawie stałą wartość w szerokim zakresie temperatury i częstotliwości prądu. Niekorzystne zjawisko elektryzowania się powierzchni, wynikające z bardzo dużej odporności powierzchniowej polistyrenu można złagodzić przez pokrycie wyrobów substancjami tworzącymi błonę przewodzącą. Przepuszczalność światła widzialnego przez niezabarwiony polistyren S wynosi 88 - 90%,natomiast dla ultrafioletu wartość ta jest dużo mniejsza.
Polistyren jest odporny na działanie rozcieńczonych i stężonych kwasów ,zasad i soli nieorganicznych, natomiast rozpuszcza się dość łatwo w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Przepuszczalność pary wodnej przez folię polistyrenową jest mniejsza niż w przypadku większości folii z innych tworzyw sztucznych. Dużo łatwiej przenikają przez tę folię gazy, szczególnie dwutlenek węgla i wodór. Wyroby z polistyrenu S są dopuszczone do stykania się z produktami spożywczymi, z wyjątkiem tłuszczów i alkoholi.
Ponad 90% polistyrenu S przerabia się metodą wtrysku. Surowcem do przetwórstwa jest granulat odpowiednio przygotowany przez producenta.

Tabela skrótów

Oznaczenie skrótów nazw tworzyw sztucznych
ABS
AP
CA
CAB
DMC
EP
E / P
EWS
EWW
E/VAC(EVA)
FEP
FP
LPGmg(LLDPE)
MBS
PA
PAS
PBTP
PC(PW)
PE
PEdg(HDPE)
PEmg(LDPE)
PEEK
PES
PETP
PI
PMMA
POM
PP
PPO
PPS
PS
PSO
PTFCE
PTFE
PUR
PWS
PWW
PVAC(POW)
PVAL(PAW)
PVC(PCW)
PVDC
PVF
SAN
SI
SMC
TS
TWS
TWW
UP
VC/VAC
VC/VDC

Badanie tworzyw sztucznych i gotowych wyrobów Badanie tworzyw sztucznych jest dziedziną bardzo rozległą, gdyż materiały te występują w różnych postaciach fizycznych - jako ciecze (żywice polimerowe) jako tworzywa o różnym stopniu plastyczności oraz jako tworzywa stałe (tworzywa konstrukcyjne), nieraz o bardzo dużej twardości. Każda z tych postaci wymaga odpowiednich metod badania. Najczęściej rozpatruje się takie właściwości jak: przetwórcze, mechaniczne, cieplne, elektryczne. Specjalne metody stosuje się do badania gotowych wyrobów Ze względu na to liczba metod badania może być tak duża, jak wiele jest kierunków zastosowań tworzyw sztucznych. Są pewne zastosowania priorytetowe np. w budownictwie gdzie takie wyroby jak materiały podłogowe,listwy wykończeniowe, rury kanalizacyjne i wodne doczekały się opracowania metod badawczych od wielu lat znormalizowanych.

Ogólnie tworzywa sztuczne w zależności od charakteru ich zastosowań można podzielić na konstrukcyjne, powłokowe, kleje, włóknotwórcze i specjalne . Biorąc zaś pod uwagę warunki przetwórstwa, rozróżnia się tworzywa na bazie polimerów termoutwardzalnych, termoplastycznych i chemoutwardzalnych.

Pomimo tej różnorodności tworzyw sztucznych ich badanie za pomocą przyrządów i aparatury z zastosowaniem znormalizowanych metod może być podobne. Dzięki badaniom przeprowadzonym na tej samej aparaturze i taką samą metodą można porównać różne tworzywa i dobierać materiały o optymalnych cechach do danego rozwiązania technicznego.

Gęstość Gęstością nazywamy stosunek masy próbki tworzywa do jej objętości w danej temperaturze, czyli jest to masa (w gramach) 1cm³ danej substancji

gdzie m-masa, v-objętość

Ciężar właściwy

gdzie P-ciężar, V-objętość

Oznaczenie ciężaru właściwego sprowadza się do określenia ciężaru i objętości próbki badanego tworzywa. Oba te pomiary wykonuje się oddzielnie, stosując odrębne metody, albo Przy użyciu tego samego przyrządu (za pomocą wagi hydrostatycznej) albo stosując jedno badanie ,w którym uwzględnia się równocześnie obie mierzone wielkości (pomiary aerometryczne). Przeprowadza się je najczęściej w temperaturze 230^oC . Pomiar gęstości najbardziej przydatny jest w badaniach kontrolnych wyrobów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza w przypadku wyrobów napełnianych, jak z wyprasek tłoczyw fenolowych, mocznikowych itp., kitów chemoutwardzalnych, wykładzin podłogowych i in. Pomiary gęstości w laboratoriach wykonuje się w odniesieniu do cieczy oraz do identyfikacji plastyfikatorów. Plastyfikator można rozpoznać przez wykonanie dwóch bardzo szybkich i prostych oznaczeń, a mianowicie gęstości określonej areometrem lub za pomocą wagi Westphala-Mohra i współczynnika refrakcji.

Próbki do oznaczania gęstości przygotowuje się w następujący sposób :
-formowanie kształtek z tłoczyw termoutwardzalnych przez prasowanie,
-formowanie kształtek z tłoczyw termoplastycznych przez prasowanie,
-formowanie kształtek z tłoczyw termoplastycznych metodą wtrysku,
-formowanie kształtek do badań metodą żywic poliestrowych i epoksydowych

Metody oznaczania:
-oznaczenie gęstości ciał stałych o kształtach regularnych,
-oznaczenie gęstości ciał stałych o kształtach nieregularnych za pomocą wagi hydrostatycznej,
-oznaczenie gęstości ciał sypkich,
-oznaczenie gęstości folii i podobnych materiałów,
-oznaczenie gęstości za pomocą kolumny gradientowej,
-oznaczenie gęstości cieczy,
-oznaczenie gęstości za pomocą areometru,
-oznaczenie gęstości za pomocą wagi hydrostatycznej Westphala-Mohra,
-oznaczenie gęstości za pomocą pikometru

Wilgotność Przez wilgotność rozumiemy zawartość wody w danym materiale. Wyraża się w procentach wagowych lub objętościowych.
Większość tworzyw charakteryzuje się mała wilgotnością wyjątkiem są poliamidy. Zwiększona wilgotność powoduje "zanik technologiczny" materiału (zużycie surowca) podczas przetwórstwa i naraża producenta na straty ,oznaczenie wilgotności jest przede wszystkim oznaczeniem kwalifikującym przy atestowaniu tłoczyw i wyrobów. Do oznaczenia wilgotności najczęściej stosuje się metodę wagową. Klasyczny pomiar polega na suszeniu zważonej próbki w określonej temperaturze do stałej masy i na obliczeniu wyniku wg wzoru


Gdzie m₁-masa próbki wilgotnej; m₂- masa próbki wysuszonej

Oznaczenie wilgotności w procentach objętościowych przeprowadza się analogicznie, że przy obliczaniu uwzględnia się gęstość pozorną, a mianowicie


Gdzie: W_w-wilgotność, %wag.; d_p-gęstość pozorna

Chłonność wody (nasiąkliwość) Wielkość tą wyraża się w procentach wagowych i definiuje się jako stosunek masy wody pochłoniętej przez próbkę do masy tej próbki w stanie suchym. Nasiąkliwość objętościową można policzyć ze wzoru


gdzie d_p-gęstość pozorna, m₁-masa próbki po wysuszeniu ,m₂-masa próbki po wyjęciu z wody

Jeżeli nie obowiązują normy przedmiotowe to bez względu na rodzaj tworzywa do badań stosuje się próbki otrzymywane metodą prasowania lub wtrysku bądź wycina się je z prętów lub rur.

Oznaczenia chłonności wody:
-oznaczenia w wodzie zimnej tworzyw nie zawierających substancji rozpuszczalnych w wodzie,
-oznaczenia w wodzie zimnej tworzyw zawierających substancje rozpuszczalne w wodzie,
-oznaczenia w wodzie wrzącej tworzyw nie zawierających substancji rozpuszczalnych w wodzie,
-oznaczenia w wodzie wrzącej tworzyw zawierających substancje rozpuszczalne w wodzie, oznaczenie ilości substancji rozpuszczalnych w wodzie.

Cechy wytrzymałościowe badane podczas rozciągania Próba rozciągania polega na jednoosiowym odkształceniu odpowiednio przygotowanych próbek i mierzeniu powstających sił. Badanie takie jest jednym z podstawowych źródeł informacji o mechanicznych właściwościach tworzyw sztucznych. Wielkościami mierzonymi przy tej próbie są odkształcenia (wydłużenie ?) oraz siły odkształcające. Wydłużenie bezwzględne ?lx jest to różnica między końcową a początkową długością odcinka pomiarowego próbki.
Wydłużenie względne ?x jest to stosunek odkształcenia bezwzględnego do początkowej długości odcinka pomiarowego


Naprężenie? Definiuje się najczęściej jako stosunek siły odkształcającej do początkowej powierzchni przekroju poprzecznego rozciągania próbki, zmierzonej przed przyłożeniem obciążenia


Gdzie F-siła odkształcająca ;A₀-powierzchnia początkowego przekroju poprzecznego

Wybór aparatury zależy od celu badania i wymaganej dokładności.
Obecnie stosuje się nowoczesną aparaturę, za pomocą której można mierzyć naprężenia i odkształcenia przy dowolnej prędkości rozciągania(zginania, ściskania).Przebieg pomiaru obserwuje się na monitorze i zapisuje w pamięci komputera sprzężonego z przyrządem.
Odpowiednie oprogramowanie ułatwia wybranie żądanego fragmentu powiększenie go i następnie wydrukowanie.
Wytrzymałość na rozciąganie oblicza się ze wzoru


Gdzie F-maksymalna siła odkształcająca A₀-powierzchnia początkowego przekroju poprzecznego odcinka pomiarowego

Wytrzymałość na rozciąganie jest więc maksymalnym naprężeniem jakie materiał przenosi podczas krótkotrwałego rozciągania statycznego.

Cechy wytrzymałościowe badane podczas ścisakania Podczas ściskania występują dwie podstawowe wielkości tzn. odkształcenie (skrócenie) oraz naprężenie ,Odkształcenie wyraża się jako bezwzględne ?l albo jako względne ?l/l.
Naprężenia określa się jako nominalne lub rzeczywiste.

W celu scharakteryzowania właściwości tworzywa poddanego ściskaniu są stosowane następujące pojęcia:
1) wytrzymałość na ściskanie,
2) granica plastyczności,
3) odkształcenie przy zniszczeniu,
4) umowna granica plastyczności,
5) odkształcenie na granicy plastyczności,
6) naprężenia ściskające przy założonym odkształceniu względnym.

Na ogół badanie ogranicza się do zmierzenia wytrzymałości na ściskanie. Bada się przede wszystkim tworzywa kruche. Wytrzymałość na ściskanie Rc jest to największa wartość naprężenia ś ciskającego w próbce. Wytrzymałość na ściskanie Rc wyraża się wzorem


Gdzie Fc-największa siła ściskająca ; A₀-pole początkowego przekroju próbki.

Do tego potrzebne są znacznie większe maszyny wytrzymałościowe, umożliwiające uzyskiwanie wielokrotnie większych sił niż przy rozciąganiu .
Próbki powinny mieć kształt prostopadłościanów, prostych walców lub prostych cylindrów.

Cechy wytrzymałościowe badane podczas zginania Próba zginania polega na tym że próbkę tworzywa podpartą na końcach obciąża się punktowo, prostopadle do jej osi podłużnej. Odległość pomiędzy punktami podparcia musi być ściśle okreœlona i jest zwykle unormowana.

Badania stosuje się tylko do tworzyw kruchych (sztywnych), które pękają w czasie badania. Podczas zginania pod wpływem siły F górna powierzchnia próbki ulega zmniejszeniu-dolna wydłużeniu, w wyniku czego w górnej części występują naprężenia ściskające, a w dolnej rozciągające.

W tworzywach kruchych występują w materiale naprężenia ścinające, skierowane prostopadle do osi działania siły.
Pomiar wytrzymałości na zginanie obejmuje oznaczenie siły niszczącej podczas zginania.
Następnie oblicza się z niej naprężenia niszczące, które przyjmuje się jako doraźną wytrzymałość na zginanie ?f w MPa. W próbach można stosować różne beleczki o przekroju prostopadłościennym i o wysokości 1-50 mm, a szerokości 15-50 mm. Pomiaru dokonuje się w temperaturze 23+-2^oC, rozstaw podpór powinien wynosić 16h+-0,5 mm. Trzpień sprowadza się do pozycji, w której dotyka próbki dokładnie w jej środku, nie wywołując jednak wstępnych naprężeń. Po uruchomieniu maszyny należy odczytać obciążenie w chwili zniszczenia i ewentualnie odpowiadającą jej strzałkę ugięcia. Jeżeli próbka się nie złamie, to należy zanotować siłę w chwili osiągnięcia określonej strzałki ugięcia.

Pomiar zginania za pomocą aparatu Dynstat polega na pomiarze kąta ugięcia i momentu zginającego w chwili zniszczenia tworzywa, przy zastosowaniu próbek w postaci płytek o wymiarach 15x10 mm i grubości 2-4 mm. Zasada badania polega na tym, że do próbki pomiarowej jest przytwierdzone ramię z obciążnikiem. Wskutek obrotu uchwytu próbki przenosi się przez nią ruch obrotowy na ramię. W miarę wznoszenia się ramienia, powstaje i zwiększa się jego moment obrotowy działający na próbkę jako moment zginający. Wzrost tego momentu prowadzi do wzrostu naprężeń w próbce prowadzący do jej zginania, a dalej do zniszczenia. Odczytany w chwili zniszczenia moment zginający służy do obliczenia wytrzymałości na zginanie, a jednocześnie zmierzony kąt ugięcia jest miarą odkształcenia próbki.

Udarność Udarność jest miarą kruchości materiałów określoną przez pracę potrzebną do dynamicznego złamania próbki i odnoszoną do wielkości poprzecznego przekroju próbki.

Udarność można badać za pomocą aparatu Charpy'ego , młot zawieszony na osi porusz się jak swobodne wahadło. Spadający młot łamię umieszczoną na podporach próbkę, co pochłania odpowiednią energię, a wskazówka pokazuje pracę zużytą na złamanie próbki. W przypadku mierzenia udarności próbek z karbem nacina się na beleczce zgodnie z normą. Podczas tej próby młot ma uderzyć w przeciwną powierzchnię do karbu.

Udarność bez karbu an oblicza się ze wzoru


Udarność z karbem a_k oblicza się ze wzoru


Gdzie A_n - energia udaru zużyta na złamanie próbki ; b,t - odpowiednio grubość i szerokość próbki.

W metodzie Dynstat udarność oznacza się na próbkach o wymiarach 10x15 mm, grubości 1,5-4,5 mm, mocowanych pionowo. Ramię aretuje się w pozycji "godzina trzecia", młot spada z prędkością 2,2 m/s.

Praktyczne znaczenie pomiaru aparatem Dynstat polega na tym, że próbki o tak małych wymiarach daje się wycinać z wielu gotowych wyrobów.

Twardość Jedną z metod badania twardości jest metoda wciskania kulki, polega ona na powolnym wciskaniu stalowej kulki w badane tworzywo. Po upływie pewnego czasu ustala się stan równowagi, w którym zwiększająca się powierzchnia odcisku równoważy wywierane obciążenie przez wgłębiającą się kulkę. W tym stanie stosunek siły obciążającej do powierzchni odcisku wgniecionego w badanym materiale określa się jako twardość.

Do badania używa się aparatu Brinella, w którym można ustalić obciążenia wstępne i kilka do wyboru obciążeń roboczych. Czujnik rejestruje głębokość wgniotu pod naciskiem. Stosuje się próbki płaskorównoległe o grubości nie mniejszej niż 4mm.

Lepkość Jednym z przyrządów do mierzenia lepkości jest kubek wypływowy. Do praktycznej oceny wielu produktów ciekłych można stosować pomiar czasu wypływu przez znormalizowaną dyszę. Jest to metoda umowna, szybka ale mało dokładna. W metodzie tej otrzymuje się wyniki w sekundach, a więc można je przeliczyć na lepkość kinematyczną. Kubek jest zaopatrzony w dyszę o średnicy 3,4,6 mm.
Do pomiaru należy dobrać taką dyszę, aby czas wypływu wynosił 30-100 s. Kubek stabilnie umieszcza się w statywie.
Lepkość można także badać za pomocą wiskozymetru Hopplera. Stosuje się go do pomiaru lepkości dynamicznej metodą umowną. Zasada polega na zmierzeniu czasu spadku kulki w ściśle skalibrowanej rurce szklanej napełnionej badaną cieczą. Wybór różnych średnic i mas kulek umożliwia oznaczenie lepkości dynamicznej w zakresie 0,6-80 000 cP w temperaturze od -60 do 150 ^oC.

Innym przyrządem do mierzenia lepkości są wiskozymetry rotacyjne. Pomiar lepkości polega tu na mierzeniu momentu obrotowego wywieranego przez ciecz na obracający się element pomiarowy, będący najczęściej cylindrem lub walcem zanurzonym w badanej cieczy . Moment ścinający rejestrowany jest elektrycznie lub często graficznie w zależności od liczby obrotów i temperatury.

Definicja i wiadomości ogólne Wtryskiwanie to proces cykliczny, w którym materiał wyjściowy w postaci granulek lub krajanki, podany z pojemnika do ogrzewanego cylindra, uplastycznia się i następnie jest wtryskiwany przez dyszę i tuleję wtryskową do gniazd formujących. Tworzywo zestala się w nich, a następnie jest usuwane z formy w postaci gotowej wypraski, po czym cykl procesu rozpoczyna się od nowa. Proces ten przeznaczony jest głównie do przetwórstwa tworzyw termoplastycznych, lecz stosowany również do przetwórstwa tworzyw termo - i chemo - utwardzalnych. Wtryskiwanie jest podstawowym procesem wytwarzania z tworzyw sztucznych gotowych wyrobów o masie od 0,01g do 70 kg . Został on wprowadzony po raz pierwszy na początku XX wieku, do przetwórstwa pierwszych termoplastycznych tworzyw sztucznych.

Charakterystyka procesu wtrysku Zalety procesu wtryskiwania
- wytwarzanie nawet najbardziej skomplikowanych wyrobów w jednym procesie technologicznym;
- mały bądź żaden udział obróbek wykańczających;
- wysoka jakość i powtarzalność własności i wymiarów;
- możliwość pełnego zautomatyzowania, komputerowego sterowania i kontroli procesu;
- w porównaniu z obróbką metali, znaczne zmniejszenie liczby operacji technologicznych, mniejsze zużycie energii bezpośredniej i wody, niewielka pracochłonność, niska emisja związków szkodliwych dla otoczenia.

Wady procesu wtryskiwania
- wysoki koszt maszyn (wtryskarek) i niejednokrotnie dorównujący mu koszt oprzyrządowania (form), powodujący wydłużenia czasu amortyzacji i wysokie koszty uruchamiania produkcji;
- ze względu na powyższe, technologia wtrysku opłacalna tylko przy produkcji wielkoseryjnej i masowej;
- konieczność wysokich kwalifikacji pracowników nadzoru technicznego, którzy muszą znać specyfikę przetwórstwa tworzyw sztucznych;
- konieczność zachowania wąskich tolerancji parametrów przetwórstwa;
- długi czas przygotowania produkcji ze względu na pracochłonność wykonawstwa form wtryskowych.

Ze względu na specyficzne własności tworzyw sztucznych, wtryskiwanie jest bardzo złożonym procesem technologicznym; w odróżnieniu od pozornie pokrewnego procesu odlewania ciśnieniowego metali nie jest procesem mechanicznym, lecz mechaniczno- fizycznym. W procesie wtryskiwania uzyskuje się wypraskę charakteryzującą się nie tylko określonym kształtem, lecz także specyficzną strukturą, wynikającą ze sposobu płynięcia uplastycznionego tworzywa w formie oraz przebiegu jego krzepnięcia. Ponieważ procesy te zachodzą w formie wtryskowej, konstruktor tego narzędzia musi uwzględniać, prócz zagadnień typowo mechanicznych, również zagadnienia związane z fizycznym charakterem przemian tworzywa (skurcz). Skonstruowanie racjonalnie pracującej formy wymaga równocześnie od konstruktora gruntownej znajomości możliwości technicznych wtryskarki, ponieważ jest to maszyna o wyjątkowo bogatych możliwościach, zapewnionych przy jej wyposażenie i liczne programy pracy.

Fazy procesu wtryskiwania
1. zamykanie formy,
2. dosuwanie układu uplastyczniającego do formy tak aby dysza wtryskowa zetknęła się z tuleją wtryskową,
3. wtryśnięcie uplastycznionego tworzywa przez dyszę do gniazda formy i jego wypełnienie (faza wtrysku)
4. uzupełnienie tworzywa w gnieździe poprzez nieduże dociśnięcie ślimaka w celu wyrównania zmniejszenia objętości wywołanej skurczem zestalającego się tworzywa (faza docisku),
5. chłodzenie wypraski;
6. odsunięcie układu uplastyczniającego i wprawienie ślimaka w ruch obrotowy, co powoduje ponowne pobranie tworzywa z leja zasypowego i jego uplastycznienie,
7. otwarcie formy i wyjęcie wypraski,
8. przygotowanie formy do następnego cyklu.

Odmiany wtryskiwania 1. Wtryskiwanie tworzyw termoutwardzalnych- w czasie nagrzewania których zachodzą dwa przeciwdziałające sobie zjawiska: uplastycznianie i następnie stapianie oraz polimeryzacja, której skutkiem jest utwardzanie tworzywa. Tworzywo w układzie uplastyczniającym ulega niecałkowitemu uplastycznieniu. Utwardzanie tworzywa zachodzi w gnieździe formy, która jest ogrzewana.

2. Wtryskiwanie wielokomponentowe - może być prowadzone w różnych wariantach. Wypraska może składać się z różnych tworzyw lub z tych samych tworzyw o różnych kolorach (wtryskiwanie wielokolorowe).

3. Wtryskiwanie wyprasek porowatych - uzyskuje się przede wszystkim dzięki wprowadzeniu do tworzywa wejściowego poroforu rozkładającego się w procesie przetwórstwa. Wypraska porowata ma litą warstwę zewnętrzną - naskórek różnej grubości, a rdzeń porowaty.

4. Wtryskiwanie niskociśnieniowe - zwane też odlewaniem wtryskowym charakteryzuje się tym, że wypełnianie gniazda formy wtryskowej odbywa się przy obracającym się ślimaku o stożkowym i uzwojonym zakończeniu, utrzymywanym w poprzednim położeniu bezpośrednio przy dyszy wtryskowej, co powoduje szybkie doprowadzanie tworzywa do żądanej temperatury i ułatwiania wypełniania gniazda formującego. Wtryskiwanie niskociśnieniowe stosuje się do wytwarzania przedmiotów grubościennych o dużych wymaganiach co do wymiarów, kształtu i położenia.

5. Wtryskiwanie wspomagane gazem obojętnym - po wprowadzeniu do formy niewielkiej porcji tworzywa zostaje wprowadzony sprężony azot (ok. 30 MPa), który je rozdmuchuje. Stosowane przy produkcji wyrobów o przekroju zamkniętym, czego nie można uzyskać w innych procesach. Stosowane również dla uzyskania dużej sztywności przekroju przy zachowaniu cienkościenności wypraski.

6. Wtryskiwanie z doprasowaniem - gniazda formy zamykają się teleskopowo; tworzywo jest ściskane przez cały czas ochładzania;

7. Wtryskiwanie z rozdmuchiwaniem - po wtryśnięciu część stemplowa formy z niezastygniętym tworzywem zostaje przesunięte do innej formy o kształcie np.; butelki. W wyniku rozdmuchu i ochłodzenia kształt zostaje utrwalony.

8. Wtryskiwanie termoutwardzalnych elastomerów - usieciowanie tworzywa lub gumy następuje dopiero w gorącej formie wtryskowej o temperaturze ok. 180°C.

9. Wtryskiwanie żywic i kauczuków dwuskładnikowych - dwa komponenty żywicy lub np. kauczuku silikonowego doprowadzane są przez małe pompy i urządzenia mieszające do cylindra wtryskowego. Przyśpieszone sieciowanie odbywa się w gorącej formie wtryskowej.

Parametry procesu wtrysku W prowadzeniu procesu dużą rolę odgrywa doświadczenie zarówno technologa ustalającego proces, jak i wtryskiwacza przestrzegającego ustaleń założonych w warunkach produkcyjnych. Do najważniejszych parametrów procesu wtryskiwania zalicza się: temperaturę, ciśnienie i czas wtrysku. Dobór tych parametrów zależy od:

- kształtu i wielkości wypraski
- rodzaju i własności użytego tworzywa
- sprawności pracy wtryskarki
- konstrukcji formy.

Dodatkowo temperatura wtrysku zależy jeszcze od: temperatury formy, ciśnienia tłoka wtryskowego i szybkości wtrysku. Natomiast czas wtrysku zależy jeszcze od: wydajności uplastyczniania, ciśnienia i temperatury wtrysku, oraz szybkości wtrysku. Parametry te decydują o wydajności procesu, jakości wyprasek, własności mechanicznych wyrobu i jego zastosowania.

Przebieg procesu wtrysku określają następujące parametry:
- Ciśnienie wtrysku P_w - największe ciśnienie tworzywa panujące w cylindrze wtryskowym na czole ślimaka lub tłoka podczas wypełniania formy.
- Ciśnienie docisku P_d - ciśnienie tworzywa na czole ślimaka lub tłoka wtryskowego podczas uzupełniania ubytków skurczowych tworzywa w formie.
- Ciśnienie spiętrzenia (przeciwciśnienie) P_s - ciśnienie tworzywa w przedniej części cylindra podczas pobierania surowca przez obracający się ślimak.
- Temperatura wtrysku T_w - temperatura cylindra niezbędna do właściwego uplastyczniania tworzywa, podawana dla ostatniej (przedniej) strefy cylindra.
- Temperatura stref formy T_f1, T_f2
- Temperatura formy T_f - średnia temperatura na powierzchni gniazda formy.
- Czas cyklu t_c
- Czas wtrysku t_w - czas wypełniania formy tworzywem, wynikający z prędkości wtrysku.
- Czas docisku t_d - czas trwania ciśnienia docisku.
- Czas chłodzenia t_ch - czas zamknięcia formy do momentu zakończenia wtrysku.
- Czas przerwy t_p - czas obejmujący otwieranie formy, usuwanie wypraski i inne manipulacje, zamykanie formy
- Poszczególne czasy otwierania i zamykania formy, oraz dosuwania i odsuwania cylindra t_m
- Objętość wtryskiwania V_w
- Objętość docisku V_d
- Objętość dekompresji V_dk
- Prędkość wtryskiwania v_w
- Prędkość zamykania formy v_z
- Prędkość otwierania formy v_o
- Prędkość wypychania wypraski v_u
- Prędkość dosuwania i odsuwania cylindra v_cyl
- Siła zamykania formy F_z
- Siła otwierania formy F_o
- Siła wypychania wypraski F_u
- Siła docisku dyszy F_cyl

Na ogół należy ustalić takie warunki procesu wtryskiwania, aby uzyskać wypraski o odpowiedniej jakości przy jak największej wydajności. Dla sprawniejszego wypychania wyprasek z gniazd formy wtryskowej stosuje się powłoki środków przeciwprzyczepnych, którymi powleka się powierzchnie gniazda. Schemat wtryskarki wraz z najważniejszymi parametrami procesu wtrysku

Budowa wtryskarki Współczesne wtryskarki są skomplikowanymi, wielofunkcyjnymi maszynami do przetwórstwa tworzyw sztucznych. Ogólna budowa wszystkich ich typów (rys.1) jest podobna, ponieważ składają się one z pełniących tę sama rolę zespołów funkcyjnych (rys. 2). W zależności od rodzaju przetwarzanego tworzywa, sposobu pracy, rodzaju formy itp., są dostosowywane do wymogów poszczególnych wariantów technologii w sposób konstrukcyjny bądź przez zastosowanie specjalnego wyposażenia technicznego. Wielkość wtryskarki, jej możliwości wytwórcze charakteryzuje siła zamykania, objętość wtrysku i wymiary przestrzeni, w której mocowana jest forma wtryskowa

Zespoły funkcyjne wtryskarki
Zespół uplastyczniania i wtryskiwania. W zależności od potrzeb produkcyjnych jest on wymienny; zwany jest agregatem wtryskowym. Rodzaj budowy tego zespołu określa również nazwę całej wtryskarki.
Schemat konstrukcyjny wtryskarki ślimakowej z podstawowymi zespołami: 1- siłownik napędu stołu, 2- kolumny prowadzące stół, 3- nakrętki do nastawiania wysokości formy, 4- stół tylny nieruchomy przestawny, 5- zespół kolumnowo- dźwigniowy, 6- stół ruchomy, 7- zderzak wtryskarki, 8- stół przedni nieruchomy, 9- cylinder wtryskowy, 10- dysza wtryskarki, 11- ślimak, 12- grzejnik, 13- chłodzenie strefy zasypowej cylindra, 14- lej zasypowy, 15- silnik napędu ruchu obrotowego ślimaka, 16- siłownik przesuwu ślimaka, 17- prowadnice agregatu wtryskowego, 18- zbiornik oleju układu hydraulicznego, 19- siłownik przesuwu cylindra, 20- dławik, 21- regulator ciśnienia oleju układu hydraulicznego. Zespoły funkcyjne wtryskarki. Typy wtryskarek ze względu na układ uplastycznienia:
a) Wtryskarki tłokowe Tworzywo w wtryskarkach tłokowych jest przeciskane między grubym cylindrem a wewnętrznym rozdzielaczem, zwanym torpedą, było ogrzewane i uplastyczniane. Powodowało to duże straty ciśnienia, brak wymieszania, a tym samym i homogenizacji tworzywa, bardzo niedokładne dozowanie, brak możliwości przetwarzania tworzyw czułych termicznie, trudności z ogrzewaniem masy tworzywa większej niż 500 g/cykl, dlatego maszyny te zostały wycofane z produkcji przemysłowej. Rozwiązanie to jest nadal stosowane tylko w małych wtryskarkach laboratoryjnych.

b) Wtryskarki ze wstępnym uplastycznieniem W przypadku tych wtryskarek stosuje się wstępne uplastycznienie przez ślimak umieszczony w dodatkowym cylindrze połączonym z cylindrem wtryskowym. Przed czołem tłoka znajduje się tworzywo już uplastycznione. Wtryskarki tego typu stosuje się gdy konieczne jest bardzo wysokie ciśnienie i szybkość wtryskiwania. Są one jednak znacznie droższe od standardowych wtryskarek obecnie produkowanych.

c) Wtryskarki ślimakowe Obecnie przy pojemności wtryskiwania powyżej 20 cm3 stosowane są wyłącznie zespoły ślimakowe, w których obracający się ślimak uplastycznia tworzywo, a wtryskiwanie odbywa się pod wpływem jego przesuwu powodowanego przez siłownik hydrauliczny. Przebieg uplastyczniania tworzywa jest podobny do występującego przy wytłaczaniu, z tą różnicą, że ślimak obracając się gromadzi tworzywo przed swoim czołem, a równocześnie pod wpływem ciśnienia tego tworzywa przesuwa się do tyłu. Osiągnięcie określonego miejsca drogi wycofania oznacza, że została uplastyczniona odpowiednia porcja tworzywa i następuje wyłączenie obrotów ślimaka. Dopuszczalna droga wycofania ślimaka wynosi 4D (D- średnica ślimaka). W zależności od potrzeb stosuje się ślimaki uplastyczniające o różnej geometrii wykonana z różnych materiałów. Większość ślimaków zakończona jest końcówką tworzącą zawór zwrotny zabezpieczający przed cofaniem tworzywa wzdłuż zwojów w czasie fazy wtryskiwania i docisku. Tworzywa o niskiej odporności termicznej jak np. PVC, nie powinny zalegać w przedniej części cylindra - w tych przypadkach stosuje się końcówki stożkowe pasujące do stożka, którym zakończony jest otwór cylindra wtryskowego. Wtryskarka do wtrysku dwukomponentowego. Dysze wtryskowe
Zależnie od lepkości i odporności tworzywa na ścieranie stosowane są różnego rodzaju dysze wkręcane w końcówkę cylindra.
- dysze otwarte zapewniające najlepszy przepływ, lecz równocześnie nie zabezpieczające przed niekontrolowanym wyciskiem tworzywa,
- dysze zamykane tłoczkowe zabezpieczające przed wyciekami tworzywa z cylindra, lecz powodujące zaleganie tworzywa i duże straty ciśnienia,
- dysze zamykane igłą działającą na zasadzie zaworu bezpieczeństwa; szczególnie zalecane do wtryskiwania tworzyw, takich jak PA,POM, w przypadku których gazy powstające przy rozkładzie źle przetwarzanego tworzywa mogą nawet spowodować wypadek,
- dysze zamykane igłą sterowaną siłownikiem hydraulicznym, niezbędne przy wtryskiwaniu np. tworzyw spienianych. Dysze wtryskarki: a) otwarta, b), c) tłoczkowa otwierana przez nacisk formy, d) igłowa zamykana sprężyną, e) igłowa sterowana siłownikiem Zespoły zamykania i otwierania formy
Forma wtryskowa mocowana jest do płyt mocujących wtryskarki. Jedna z tych płyt, nieruchoma jest przymocowana do korpusu wtryskarki, druga zaś, ruchoma, przesuwana jest po kolumnach prowadzących lub - we wtryskarkach bezkolumnowych - po prowadnicach umieszczonych na korpusie. Funkcje ruchu i wywarcia niezbędnej siły zamykania realizowane są przez następujące systemy napędowe:

Napęd kolumnowo - dźwigniowy, w przypadku którego stół ruchomy jest przesuwany przez system.

Kolanowo - dźwigniowy, najczęściej 5-punktowy (przegubowy), uruchamiany pojedynczym siłownikiem hydraulicznym. System ten charakteryzuje duża szybkość ruchu oraz niewielki wydatek oleju (energii). Jednakże do wywarcia pełnej siły zamykania konieczne jest pełne rozprostowanie dzwigni z jednoczesnym pełnym zamknięciem formy.

Napęd bezpośrednio hydrauliczny, w przypadku którego płyta ruchoma jest przesuwana przez wielostopniowy zespół siłowników hydraulicznych. Do realizacji szybkiego przesuwu służą siłowniki o małej średnicy tłoczyska i długim skoku, natomiast duże siły zamykania uzyskuje się za pomocą siłowników o dużej średnicy. W bardzo dużych wtryskarkach o sile zamykania powyżej 10 000 kN stosuje się blokadę pośrednią, a cylinder siłownika drugiego stopnia wykonany jest w stole wtryskarki.

Napęd hybrydowy wykorzystujący elementy obu systemów: - do realizacji szybkiego przesuwu płyty ruchomej stosuje się zespół kolumnowo-dźwigniowy lub śrubę napędową,
- bezpieczną silę zamknięcia uzyskuje się przez zastosowanie jednego centralnego lub czterech - po jednym na każdą kolumnę - siłowników o krótkim skoku, zwanych poduszkami hydraulicznymi.

Napęd przez śrubę pociągową przesuwaną przez obrót nakrętki kulkowej obracanej elektrycznym silnikiem sposób bezpośredni lub pośredni przez pas zębaty. Budowa zespołów zamykania: a, b) kolanowo-dzwigniowe 5-punktowe, c) dwustopniowy bezpośredni, d) dwustopniowy z blokadą pośrednią: 1- siłownik hydrauliczny, 2- stół nieruchomy, 3- stół ruchomy, 4- płyta nastawna, 5-kolumny prowadzące, 6- nakrętki regulacyjne, 7- siłownik szybkiego ruchu, 8- siłownik zwierania formy, 9- siłowniki blokujące. Układ zamykania o napędzie hydraulicznym wtryskarki o budowie modułowej.

Zespół napędu i sterowania wtryskarki Zespół napędu
Konwencjonalny zespół napędu składa się z tylu podzespołów, ile jest siłowników i silników hydraulicznych. Każdy podzespół składa się z rozdzielacza, regulatora ciśnienia, regulatora przepływu, zaworów zwrotnych i zaworów bezpieczeństwa. Wszystkie podzespoły zasilane są najczęściej przez układ dwóch pomp: jednej o dużym wydatku i niskim ciśnieniu oraz drugiej o małym wydatku i wysokim ciśnieniu oleju ( na ogół ok. 160 bar ). Wszystkie nowoczesne wtryskarki charakteryzuje zastosowanie pomp i zaworów proporcjonalnych. Dzięki temu możliwe jest niezależne sterowanie ciśnieniem i wydatkiem oleju napędowego. Napęd pneumatyczny sprężonym powietrzem ( 0,6-1,2 MPa ) jest stosowany tylko w bardzo małych wtryskarkach. W ostatnich latach coraz częściej stosowany jest napęd bezpośrednio elektryczny. W tym przypadku wykluczony jest olej jako bezpośredni nośnik energii. Jest to bardzo oszczędny sposób napędu, oszczędności energii mogą dochodzić do 25%. Jednak silniki do takich wtryskarek są drogie.

Zespół regulacji i sterowania
Produkuje się wyłącznie wtryskarki o elektronicznym sterowaniu bezkontaktowym, co umożliwia:
- zastosowanie numerycznych nastaw wszystkich parametrów procesu;
- zapis parametrów w pamięci komputera wtryskarki lub w terminalu wydziałowym;
- sterowanie wszystkimi funkcjami maszyny, kontrolę tych funkcji oraz uzyskiwanie informacji o przyczynie awarii;
- podłączenie sterowania wyposażenia preferencyjnego ( termoregulatorów, urządzeń zasilania, transportu, segregacji i kontroli );
- łączenie gniazd w ogólny Elastyczny System Produkcyjny ( ESP ) wydziału;
- dokonywanie obróbki elastycznej w systemie SPC ( Statistical Process Control );
- śledzenie na ekranie wykresów zmian ciśnień i szybkości w funkcjach czasu i drogi;
- rejestracje i wydruk wszystkich danych rzeczywistych pracy maszyny;
- stałe poszerzanie pakietu programów dodatkowych;
- stosowanie optymalizacji procesu przez samoczynne dostosowanie się maszyn do zmiennych warunków zewnętrznych przy ustalonych kryteriach sterowania jakością wyprasek;

Korpus

Zależnie od potrzeb, wzajemne położenie i liczba dwóch pierwszych zespołów determinuje wielkość i kształt korpusu. Wyróżnia się wtryskarki o liniowym poziomym i pionowym ułożeniu zespołów zamykania i agregatu wtryskowego. Wtryskiwanie jest wówczas realizowane przez stół nieruchomy wtryskarki. Natomiast przy ułożeniu kątowym, również poziomym lub pionowym, wtryskiwanie jest dokonywane bezpośrednio w płaszczyznę podziału formy.

Grupa	Rodzaj wtryskarki	Szkic	Przeznaczenie
Pojedyncze	liniowa	pozioma	standardowe wykorzystanie wtryskarki
		pionowa	wykonane specjalnie do wtryskiwania wyrobów zapraskami lub przewidzianych do ręcznego wyjmowania (często z przesuwanym lub obrotowym stołem)
	kątowa	pozioma	do wtryskiwania dużych płaskich wyprasek; modułowa budowa dużych wtryskarek umożliwia ich ustawienie w układzie L
		pozioma	do wtryskiwania wyprasek z zapraskami (często z przesuwanym stołem)
		pionowa	do wtryskiwania w płaszczyznę podziału formy
	liniowo-kątowa	ze zmiennym położeniem agregatu wtryskowego	zwiększona uniwersalność wtryskarki
Wielozespołowe	z wieloma agregatami wtryskowymi		do wtryskiwania wielokomponentowego lub wielokolorowego z dwoma agregatami (do 5) wrtyskowymi pracującymi kolejno i stołem obrotowym
			do wtryskiwania dwukomponentowego równoczesnego
	z wieloma zespołami zamykania formy	w układzie obrotowym (wtryskarki karuzelowe)	do wtryskiwania wyrobów o długim czasie chłodzenia
		w układzie rzędowym
		w układzie wachlarzowym

Do wtryskiwania wielokomponentowego lub wielokolorowrgo stosowane są wtryskarki z wieloma agregatami wtryskowymi. Do już wykonanego fragmentu wypraski dotryskiwany jest następny jej fragment, potrzebne jest w tym przypadku przemieszczenie wypraski do kolejnej formy przez obrót stołu ruchomego. Do produkcji bardzo grubych wyrobów stosuje się agregat wtryskowy, ale wiele obrotowych lub przesuwnych zespołów zamykania.

Forma wtryskowa Forma wtryskowa składa się przeważnie z dwóch podzespołów: podzespołu mocowanego do ruchomego stołu wtryskarki, zwanego podzespołem ruchomym, i podzespołu mocowanego do nieruchomego stołu wtryskarki, zwanego podzespołem nieruchomym. Podzespoły formy tworzą następujące części: gniazdo lub gniazda formujące, układ przepływowy (wlewowy), układ chłodzenia lub grzania, układ wypychania wypraski (lub wyprasek), a także wlewka, obudowa i elementy ustalające oraz prowadzące, jak również układy uzupełniające.

Formy dzielimy na:
- Jednogniazdowe - jednokrotne
- Wielogniazdowe - wielokrotne

Kanały wtryskowe układu przepływowego formy wtryskowej składają się z:
- kanału przepływowego centralnego, stożkowego, współosiowego z dyszą wtryskarki
- kanału doprowadzającego łączącego kanał przepływowy z gniazdem formy,
- przewężki, stanowiącej ujście kanału doprowadzającego do gniazda formy. Budowa typowej formy wtryskowej:1- tuleja wlewowa, 2- kanał wlewowy, 3- zaczep wlewka, 4- przewężka, 5, 6,7- wstawki formujące matrycy, 8, 9- wstawki formujące stempla, 10- tuleja prowadząca, 11- kołek prowadzący, 12- pierścień centrujący formę, 13- płyta podpierająca, 14- płyta mocująca, 15- tuleje podpierające, 16- zderzak, 17- sprężyna powrotna zderzaka, 18- wypychacze, 19- płyta wypychaczy, 20- płyta podpierająca wypychacze, 21- wypychacz wlewka, 22 - 26- kanały chłodzące.