Przykładowe zagadnienia na egzamin z Podstaw Procesów Polimerowych :
1. Charakterystyka wybranego tworzywa ( polichlorku winylu , polietylenu, polistyrenu lub polipropylenu ) - zastosowanie, rodzaje itd.
Polietylen (PE)
otrzymuje się poprzez bezpośrednią polimeryzację etylenu w stanie gazowym. Jego budowę chemiczną przed-stawia wzór
-(CH2-CH2)-n
Liczne metody polimeryzacji etylenu dzieli się na trzy grupy, w zależności od ciśnienia stosowanego w czasie polimeryzacji:
- wysokociśnieniowa (130÷350 MPa), 1930r. (firma: Imperial Chemical Industries - Anglia),
- średniciśnieniowa (2 ÷ 9 MPa),
- niskociśnieniowa (około 1 MPa), 1963r.
Różnice gęstości są kryterium podziału PE:
pierwszy - polietylen małej gęstości (PE-LD)
drugi - polietylen średniej gęstości (PE-MD)
trzeci - polietylen dużej gęstości (PE-HD)
I. Właściwości PE-LD :
- doskonałe właściwości przetwórcze
- bezbarwny, bez zapachu, ,
- duża udarność, giętkość,
- bardzo mało chłonie wilgoć,
- fizjologicznie obojętny,
- w temperaturze pokojowej jest całkowicie nierozpuszczalny,
- odporny na kwasy, ługi, rozpuszczalniki, alkohole, benzyny, oleje,
- pęcznieje w węglowodorach zwłaszcza chlorowanych, w których rozpuszcza się po ogrzaniu do temperatury 80 st.C,
- wrażliwy na korozję naprężeniową.
Zastosowanie PE-LD:
Do produkcji artykułów galanteryjnych, zabawek, 50% to folie: opakowaniowe, termokurczliwe, rolnicze (miękkie, przezroczyste i wytrzymałe), na worki i torby, opakowania: żywności, leków i wyrobów medycznych, izolacja przewodów elektrycznych, powłoki na papier i kartony do płynów spożywczych, bariery wilgoci dla budownictwa, artykuły gospodarstwa domowego, pojemniki oraz rury osłonowe.
II. PE-LLD
- lepsze właściwości użytkowe, tańszy od PE-LD.
Zastosowanie: opakowania nieprzepuszczalne dla zapachów, opakowania medyczne, izolacja przewodów, opakowania otwarte: pudełka, pokrywki.
III. PE-HD
- jest bezbarwny, w porównaniu z PE-LD ma:
- korzystniejsze właściwości mechaniczne i cieplne,
- lepszą odporność chemiczną,
- gorsze właściwości elektryczne,
- gorsze właściwości przetwórcze,
jest sztywniejszy.
PE-HD jest tworzywem półkonstrukcyjnym, wykorzystywanym w niektórych częściach maszyn (np. łożyska ślizgowe) i tam gdzie wymagana jest duża sztywność oraz odporność cieplna a także mała przenikliwość gazów.
Jest wykorzystywany do produkcji opakowań, butelek, pojemników, beczek, kanistrów, złączek, zbiorników paliwa, kanałów powietrznych, opakowań na chemikalia, arkuszy, płyt, folii, rur gazowych i ciśnieniowych, prowadnic i różnych elementów technicznych.
PE przetwarza się w szczególności metodami wtryskiwania, wtryskiwania z rozdmuchiwaniem, wytłaczania, wytłaczania z rozdmuchiwaniem, kalandrowania i spajania, kształtowania foli (rozciągania).
Polipropylen (PP)
Polipropylen jest otrzymywany wskutek niskociśnieniowej polimeryzacji propylenu w obecności katalizatorów metaloorganicznych
Zależnie od rodzaju katalizatora i warunków polimeryzacji otrzymuje się polimery o różnej budowie przestrzennej i właściwościach: PP izotaktyczny, ataktyczny, syndiotaktyczny.
Ma małą odporność na działanie tlenu, promieniowanie ultrafioletowe i podwyższoną temperaturę, odznacza się dużą kruchością w niskiej temperaturze (pękanie na mrozie), krótkotrwała temperatura użytkowania to 140 st.C, długotrwała 100 st.C.
Polipropylen jest popularnym tworzywem półkonstrukcyjnym.
Zastosowanie PP:
Różne elementy techniczne zwłaszcza narażone na działanie czynników chemicznych. PP ma duże i stale wzrastające zastosowanie: artykuły gospodarstwa domowego, części pralek i zmywarek, wytwarza się z niego opakowania też do żywności, wentylatory, tuby do farb, części do armatury sanitarnej, części do mebli, walizki, obcasy, zabawki, butelki, pojemniki na kosmetyki, płyty, folie też wielowarstwowe i orientowane, taśmy, a w medycynie jest stosowany do produkcji strzykawek.
Rury ciśnieniowe z tego tworzywa są stosowane do transportu wody pitnej, ścieków, cieczy agresywnych oraz gazów, wytwarza się pojemniki, skrzynki, transportery, beczki, pudła, zderzaki samochodowe, obudowy akumulatorów, meble ogrodowe, obudowy pomp i zbiorniki kwasów.
Włókna z PP charakteryzują się dobra odpornością chemiczną, dużą wytrzymałością na zerwanie, elastycznością i mała gęstością. Z nich wytwarza się sznury, sieci rybackie, taśmy opakowaniowe, tkaniny ubraniowe w połączeniu z wełną i bawełną oraz dywany.
PP jest przetwarzany najczęściej metodami wtryskiwania, wytłaczania, wytłaczania z rozdmuchiwaniem, prasowania, i kształtowania próżniowego, natrysk płomieniowy, fluidyzacja
Polistyren (PS)
PS otrzymuje się poprzez blokową (zwaną również polimeryzacją w masie), emulsyjną lub suspensyjną polimeryzację styrenu.
PS jest bezpostaciowy i przezroczysty, charakteryzuje się małą udarnością, niezbyt korzystnymi właściwościami cieplnymi, małym wydłużeniem, małą odpornością na mikropęknięcia, dobrymi właściwościami dielektrycznymi.
PS rozpuszcza się w aromatycznych i chlorowanych węglowodorach, estrach i ketonach.
PS nie jest rozpuszczalny w węglowodorach alifatycznych, niższych alkoholach, eterze, fenolu, kwasie octowym i wodzie.
PS jest powszechnie stosowany na różne wytwory techniczne, izolacje elektryczne, obudowy agd, opakowania do leków, zabawki, galanterię, cewki, izolatory, ramki, elementy maszyn biurowych i liczących, rolki i szpulki filmów oraz taśm magnetofonowych, opakowania narzędzi, szkła zegarków, klosze lamp świetlówek.
PS można łatwo przetwarzać wszystkimi metodami stosowanymi w przetwórstwie termoplastów.
PS porowaty, nazywany w Polsce styropianem, znajduje powszechne zastosowanie jako materiał izolacyjny i tłumiący dźwięki np. w budownictwie, jako materiał wypełniający nienasiąkliwy oraz w produkcji opakowań ochronnych.
PS porowaty jest otrzymywany w procesie formowania rozrostowego.
Polistyren wysokoudarowy (PS-HI)
PS-HI otrzymuje się metodą polimeryzacji blokowo-suspensyjnej styrenu w obecności polibutadienu.
Jest bezpostaciowy, ma większą udarność, mniejszą wytrzymałość na zerwanie i nie jest tak bardzo przezroczysty jak PS.
Polichlorek winylu (PVC)
PVC otrzymuje się poprzez polimeryzację chlorku winylu metodą emulsyjną, suspensyjną lub blokową (masową).
PVC emulsyjny zawiera zanieczyszczenia (do 4%), które pogarszają właściwości, głównie dielektryczne, ziarno ma najmniejsze wymiary. Służy do sporządzania past, z których wytwarza się wytwory powlekane (wykładziny, sztuczną skórę), płytki separatorów akumulatorowych.
PVC z procesu suspensyjnego zawiera mniej zanieczyszczeń i ma większe ziarna, a PVC z procesu polimeryzacji blokowej jest najczystszy oraz ma korzystniejsze właściwości. Z niego wytwarza się wytwory twarde i plastyfikowane w sektorze budownictwa (rury, profile okienne i drzwiowe), elektrotechnice (izolacje kabli), folie miękkie i twarde, granulaty obuwnicze, dreny, cewniki, pojemniki na krew.
PVC ma stopień krystaliczności na ogół od 5 do 10%. Sam polimer nie nadaje się do przetwórstwa i użytkowania. Wprowadza się więc do niego cały szereg składników dodatkowych, np. plastyfikatorów, których ilość w polimerze jest kryterium podziału na: PVC twardy, zmiękczony i pastę.
PVC twardy nie zawiera plastyfikatorów i jest tworzywem półkonstrukcyjnym, ma małą udarność. Stosuje się go na rury kanalizacyjne, płyty, pręty, kształtowniki, pojemniki na krew, strzykawki, dachówki.
PVC zmiękczony zawiera do 50% plastyfika-tora i wykazuje właściwości zbliżone do ela-stomeru. Stosuje się go do izolacji kabli elektrycznych, do produkcji odzieży ochronnej, sztucznej skóry, powlekania tkanin, na wykładziny podłogowe, pojemniki, wzierniki, folie opakowaniowe, tapety.
PVC pasta zawiera około 50% plastyfikatora i stosuje się ją do powlekania innych materiałów.
Właściwości PVC:
Odporny na korozję, chemikalia, oleje, ekstremalne czynniki atmosferyczne,
łatwe przetwórstwo, spajanie, barwienie i drukowanie, samogasnący, bardzo dobre właściwości izolacyjne, przejrzysty, elastyczny, nie przepuszcza tlenu i zapachów, obojętny fizjologicznie.
PVC ma złą przetwarzalność wynikającą z jego małej odporności cieplnej.
PVC przetwarza się głównie metodami:
- wytłaczania,
- wytłaczania z rozdmuchiwaniem,
- wtryskiwania,
- kalandrowania,
- spajania,
- kształtowania próżniowego.
2. Układ uplastyczniający wytłaczarek i wtryskarek
a) Budowa układu ( a także ślimaka i cylindra )
Układ uplastyczniający ślimakowy:
Zespół mechaniczny: ślimak i cylinder
Zespół ochładzająco - nagrzewający: grzejniki i wentylatory
Urządzenia sterująco - regulujące
Urządzenia pomocnicze
Strefy ślimaka klasycznego:
Zasypu
Zasilania
Przemiany
Dozowania
Powierzchnia walcowa cylindra:
rowkowana (wytłaczarki)
walcowa ( wtryskarki)
c) Zasada działania
d) Funkcje układu uplastyczniającego
1. Nagrzewanie
2. Sprężanie
3. Mieszanie
4. Transportowanie
3. Cykl procesu wtryskiwania :
I. Zamknięcie formy
II. Dosunięcie układy uplastyczniającego
III. Wtrysk i docisk tworzywa ( wypełniające początkowo całą formę tworzywo po ochłodzeniu ulega nieznacznemu skurczeniu. Powstałe w wyniku tego ubytki usuwa się właśnie poprzez docisk )
IV. Uplastycznianie
V. Odsunięcie układu uplastyczniającego
VI. Otwarcie formy wtryskowej
4. Charakterystyka procesu wtryskiwania, odmiany wytłaczania, podobieństwa i różnice między wtryskiwaniem i wytłaczaniem.
Różnice:
Wytłaczanie -> ciągły ruch obrotowy układy ślimakowego
Wtryskiwanie -> cykliczny ruch obrotowy postępowo - zwrotny układu ślimakowego