http://www.tworzywa.pwr.wroc.pl

Historia materiałów polimerowych

1862 r. - Alexander Parkes, Anglik, wystawa w Londynie, przedmioty codziennego użytku z parkesiny. Otrzymywanie - połączenie nitrocelulozy, kamfory i alkoholu.

1869 r. - celuloid, powstał przez połączenie kamfory z nitrocelulozą. Nazwa „Celluloid” została zarejestrowana w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej jako nazwa firmowa tworzywa produkowanego przez Celuloid Manufacturing Company w 1870 r. Tworzywo było opatentowane przez Amerykanina o nazwisku John Wesley Hyatt . Tworzywo umożliwiło rozwój ery filmu. W połowie XX wieku celuloid został zastąpiony w produkcji taśmy filmowej polietylenem.

1907 r. - Leo Baekeland, bakelit, pierwsze syntetyczne tworzywo sztuczne. Proszek który zestalał się po podgrzaniu i sprasowaniu, nie przewodził prądu elektrycznego i ciepła

1930 r. - polistyren (PS) i włókno poliamidowe (PA)

1931 r. - poli(chlorek winylu) (PCW) ew. (PVC)

1939 r. - polietylen (PE)

1946 r. -politetrafluoroetylen (PTFE) teflon

1950 r. - Żywica epoksydowa

Polimer (z greckiego ) poly = wiele, meros = część

mer - jednostka strukturalna

średnia masa cząsteczkowa polimeru

n = masa cząsteczkowa meru

W polimerach masa makrocząsteczki zależy od stopnia polimeryzacji n.

Zróżnicowany stopień polimeryzacji powoduje, że posługujemy się tzw. średnią

masą cząsteczkową .

Wzrost ciężaru cząsteczkowego powoduje wzrost:

- własności wytrzymałościowych (+)

- rozszerzalności cieplnej (-)

- odporności cieplnej (+)

- lepkości (-)

Polidyspersyjność - rozrzut masy cząsteczkowej polimeru

I = Mw/Mn

I - współczynnik polidyspersji

Mw - średnia wagowo masa cząsteczkowa

Mn - średnia liczbowo masa cząsteczkowa

Polidyspersyjność D ma największy wpływ na:

-Lepkość stopu (D↑ η↓ ),

-Przeźroczystość (D↑ T↓ ),

-Wytrzymałość (D↑ Rm↓ ),

-Udarność (D↑ U↑).

Polimery - związki:

_ o dużej masie cząsteczkowej,

_ 104 - 107 u (u ≈ 1,6605402*10-27 kg),

_ utworzone z powtarzających się fragmentów budowy (merów),

_ powstałe ze związków zwanych monomerami.

Polimeryzacja - Proces szybkiego, kolejnego przyłączania monomerów do pierwszej uaktywnionej cząsteczki (przez ciepło, rodniki, katalizatory). Reakcja trwa do wyczerpania substancji wyjściowej. Przebieg gwałtowny niemal natychmiastowy. Metody: blokowa, emulsyjna, perełkowa, w roztworze.

polikondensacja - Łączenie się wielu cząsteczek monomerów z jednoczesnym wydzieleniem produktu ubocznego - prostego związku małocząsteczkowego (np. woda, chlorowodór, amoniak). Reakcja stopniowa. Szybkość reakcji zależy od szybkości usuwania produktu ubocznego.

poliaddycja - Łączenie cząsteczek zwykle dwóch różnych monomerów, bez wydzielenia produktów ubocznych. Łączenie następuje wskutek przeskoku ruchliwego atomu wodoru co powoduje powstanie reaktywnych ośrodków w monomerze i umożliwia łączenie jego

cząsteczek.

Dodatki do polimerów

• Napełniacze — polepszają własności mechaniczne, sztywność, odporność cieplną, właściwości elektroizolacyjne lub prądoprzewodzące; obniżają cenę gotowego wyrobu,

• Zmiękczacze (plastyfikatory) — ułatwiają przetwórstwo oraz modyfikują

mechaniczne i cieplne własności tworzyw,

• Barwniki, pigmenty —nadają wyrobowi barwę,

• Antystatyki — eliminują elektryzowanie się tworzywa przez modyfikację

jego właściwości powierzchniowych,

• Antypireny — opóźniacze palenia, wywołują efekt samogaśnięcia tworzywa,

• Środki smarujące - zmniejszają tarcie wewnętrzne materiału, poprawiają stabilność termiczną polimerów,

• Stabilizatory - przeciwdziałają termicznemu rozkładowi polimeru w czasie przetwórstwa oraz rozkładowi pod wpływem tlenu oraz

promieni UV.

Napełniacze dzielimy na dwie podstawowe grupy:

• napełniacze inertne (wypełniacze) - zwiększają masę i objętość otrzymanego tworzywa i obniżają jego cenę, obniżając przy tym nieznacznie pewne właściwości,

• Napełniacze aktywne (wzmacniacze) - powodują poprawę określonych właściwości mechanicznych i/lub fizycznych.

Rola napełniaczy: — polepszają własności mechaniczne, sztywność, odporność cieplną, właściwości elektroizolacyjne lub prądoprzewodzące; obniżają cenę gotowego wyrobu,

Zmiękczacze (plastyfikatory) są to substancje, które dodane do polimerów powodują:

• zmniejszenie oddziaływań międzycząsteczkowych,

• wzrost ruchliwości łańcuchów polimerowych.

Powoduje to:

☺ obniżenie temperatury zeszklenia,

☺ wzrost elastyczności i udarności,

☺ obniżenie twardości,

☺ obniżenie wytrzymałości.

Sposób oddziaływania plastyfikatorów:

• _ osłabiają oddziaływania międzycząsteczkowe między cząsteczkami polimerów poprzez proste odseparowanie ich od siebie w przestrzeni,

• _ osłabiają oddziaływania międzycząsteczkowe między cząsteczkami polimerów poprzez bezpośrednie oddziaływanie z nimi.

• • zmniejszają stosunek udziału fazy krystalicznej do amorficznej w masie stopu polimeru, ujednolicają mikrostrukturę polimeru - przez utrudnianie procesu ich krystalizacji,

Ze względu na mieszalność z polimerem plastyfikatory dzielimy na:

• I - rzędowe (bardzo dobra mieszalność z polimerem),

• II - rzędowe (ograniczona mieszalność z polimerem)

• ekstendery (niemieszalne z polimerem, tzw. rozcieńczalniki).

Ponad 80% wszystkich plastyfikatorów zużywa się do zmiękczania poli(chlorku winylu) PVC.

Środki barwiące nadają tworzywom określoną barwę.

Dodatki te można podzielić na dwie grupy :

• Barwniki - związki rozpuszczalne w polimerze lub tak rozdrobnione, że nie rozpraszają promieni świetlnych. Dzięki temu tworzywom przeźroczystym nadają barwę, przy zachowaniu ich przeźroczystości.

• Pigmenty - związki nierozpuszczalne w polimerach, o dużych rozmiarach cząstek (przekraczających długości fal światła widzialnego). Tworzywa zabarwione pigmentami charakteryzuje więc nieprzeźroczystość.

Środki barwiące dodaje się zwykle w ilości nie przekraczającej 1%.

Barwniki wywołują efekt kolorystyczny tworzywa już w stężeniu ok. 0,02%. Niektóre z barwników umożliwiają osiągnięcie takich efektów, jak fluorescencja czy głęboka czerń.

Zastosowanie barwników ograniczone jest do tworzyw styrenowych oraz akrylowych.

Pigmenty dzielimy na nieorganiczne i organiczne.

Pigmenty nieorganiczne charakteryzują się dużą odpornością cieplną. Wprowadza się je do tworzyw w ilościach 0,5 - 3%.

Przykłady pigmentów nieorganicznych:

• dwutlenek tytanu (biel tytanowa) - 50% ogólnego zużycia pigmentów,

• tlenki żelaza (żółcienie, czerwienie, czernie),

• żółcienie i oranże chromowe,

• żółcienie, oranże i czerwienie kadmowe (wycofywane),

• oranże i czerwienie molibdenowe,

• tlenek chromu (zieleń chromowa).

Pigmenty organiczne charakteryzują się szerokim zakresem barw oraz jaskrawością barwy (niespotykaną wśród pigmentów nieorganicznych). Ich wadą jest niewielka odporność termiczna i mniejsza siła krycia. Pigmenty organiczne zabarwiają tworzywo już w niskim stężeniu (0,1 - 0,2%). Dla zwiększenia efektu krycia stosowane są często razem z bielą tytanową.

Przykłady pigmentów organicznych:

• azowe (Żółcie, oranże, czerwienie),

• ftalocyjaninowe (błękity, zielenie),

• tioindygowe (fiolety),

• perinonowe (oranże),

• perylenowe (czerwienie),

• chinakrydynowe (czerwienie),

• sadze.

Antystatyki są to związki, wytwarzające na nieprzewodzącym polimerze powierzchniową warstwę przewodzącą, która umożliwia odprowadzenie gromadzącego się na powierzchni tworzyw ładunku elektrostatycznego.

• Antystatyki wprowadza się w ilościach 0,1 - 4%.

• Stosowane są najczęściej do polistyrenu, poli(chlorku winylu) oraz poliolefin (polietylenu i polipropylenu).

• Do specyficznych antystatyków zaliczyć można także napełniacze przewodzące, takie jak:

• proszki i włókna metaliczne,

• grafit,

• sadza

Ze względu na sposób stosowania antystatyki dzieli się na zewnętrzne i wewnętrzne.

Antystatyki zewnętrzne są nanoszone powierzchniowo (głównie na wyroby z tkanin syntetycznych). W przypadku tworzyw konstrukcyjnych wykorzystuje się głównie antystatyki wewnętrzne (wprowadza się je bezpośrednio do masy tworzywa).

Przykłady antystatyków wewnętrznych:

• glicerydy (do PVC),

• politlenki,

• glikole (do PP, PVC i ABS)

• sole amoniowe, aminy i amidy,

• fosforany organiczne.

Opóźniacze palenia (retardanty, antypireny, środki uniepalniające) są to związki, które nadają tworzywom sztucznym właściwości samogasnące.

W szczególności antypireny spełniają następujące cechy:

• zmniejszają palność lub nadają właściwości samogasnące,

• zmniejszają ilość wydzielającego się dymu podczas palenia tworzyw,

• zmniejszają szybkość generowania ciepła (HRR),

• zmniejszają wydzielanie toksycznych, gazowych produktów spalania tworzyw sztucznych,

• zwiększają stopień zwęglenia materiałów w trakcie spalania.

Jako antypireny stosuje się przede wszystkim związki:

• chlorowców (chloru i bromu) - obecnie wycofywane,

• fosforowe i fosforowo - azotowe,

• wydzielające wodę, np. wodorotlenki magnezu i glinu,

• boru,

• cynowo - cynkowe (zmniejszające dymotwórczość),

• powłokotwórcze, tworzące tzw. puchnące powłoki,

• nanonapełniacze (1-5%, poprawa innych właściwości).

Działanie środków smarujących jest wielostronne:

• zmniejszają tarcie wewnętrzne przetwarzanego materiału,

• obniżają adhezję tworzywa do gorących powierzchni elementów maszyn przetwórczych,

• poprawiają stabilność termiczną polimeru w warunkach przetwórstwa,

• zwiększają połysk formowanych wyrobów.

Ponad 50% ogólnej produkcji środków smarujących zużywa się do PVC.

Przykłady środków smarujących:

• stearyniany cynku i wapnia,

• parafina i stearyna,

• woski naturalne i syntetyczne (polietylenowe).

Stabilizatory - związki, które dodane do polimeru przeciwdziałają:

1. termicznemu rozkładowi polimeru (w czasie przetwórstwa),

2. rozkładowi pod wpływem tlenu (w czasie użytkowania wyrobu),

3. rozkładowi pod wpływem promieni UV (w czasie użytkowania wyrobu).

Stabilizatory termiczne stosowane są głównie w przetwórstwie PVC. Wprowadza się je w ilości ok. 2%. Działanie ich polega na wiązaniu chlorowodoru wydzielającego się wskutek rozkładu termicznego PVC.

Przykłady stabilizatorów termicznych:

• związki cynoorganiczne,

• związki ołowiu,

• organiczne sole metali ciężkich (baru, kadmu, cynku).

Stabilizatory zapobiegające utlenianiu się polimerów (antyutleniacze). Działanie ich polega na dezaktywacji wolnych rodników powstających pod wpływem promieniowania UV.

Wykorzystuje się je głównie do polietylenu i polipropylenu.

Przykłady antyutleniaczy:

• pochodne fenoli,

• aminy aromatyczne.

Stabilizatory UV działają na zasadzie filtru optycznego, który pochłania promieniowanie UV.

Pochłonięta energia jest przetwarzana na energię cieplną lub nieszkodliwe promieniowanie długofalowe. Absorbery UV działają skutecznie już w ilościach 0,1 - 0,5%. Prawie 80% stabilizatorów UV wykorzystuje się do poliolefin (PE i PP).

Przykłady stabilizatorów UV:

• pochodne fenoli,

• związki fosforoorganiczne,

• barwniki: biel tytanowa, sadza.

Polimery naturalne, np.:

• DNA,

• RNA,

• Celuloza

• Skrobia

• Kauczuk naturalny

Polimery

• Elastomery

• Wulkanizujące

• Niewulkanizujące

• Plastomery

• Termoplasty

• Amorficzne

• Krystaliczne

• Duroplasty

• Chemoutwardzalne

• Termoutwardzalne

Elastomery - polimery które przy małych naprężeniach wykazują duże odkształcenia

(do 1000% przy rozciąganiu) odwracalne. Tg< temp. Pokojowej

Plastomery - pod niewielkim naprężeniem wykazują małe odkształcenia (~1%) a poddawane wzrastającemu obciążeniu odkształcają się plastycznie aż do mechanicznego zniszczenia próbki i wykazują wówczas odkształcenia nieodwracalne od 1 do 200%. Tg> temp. Pokojowej

Duroplasty - w podwyższonej temperaturze (lub pod wpływem odpowiedniej substancji chemicznej) przekształcają się w produkt usieciowany (nietopliwy i nierozpuszczalny). Ponowne ogrzewanie może spowodować rozkład chemiczny polimeru (fenoplasty, aminoplasty). Mogą być przetwarzane jednokrotnie ze względu na tworzenie się struktury przestrzennie usieciowanej podczas przetwórstwa.

Termoplasty - w podwyższonej temperaturze przechodzą w stan plastyczny, czyli miękną i dają się kształtować. Są zdolne do wielokrotnego, odwracalnego przechodzenia pod wpływem ciepła ze stanu stałego w stan plastyczny lub ciekły bez istotnych zmian budowy chemicznej.

Stereoizometria - rodzaj uporządkowania w łańcuchu polimerowym, dotyczy sposobu rozmieszczenia merów i podstawników. Polimery taktyczne wykazują: większą tendencję do krystalizacji, wyższą temperaturę topnienia, większą gęstość, znacznie większy moduł sprężystości większą twardość.

Nukleacja - proces powstawania i wzrostu kryształów

Efekty nukleacji:

• wzrost temperatury krystalizacji (w konsekwencji

skrócenie czasu cyklu wtryskiwania, wytłaczania,

nawet do 20%!)

• wzrost przezroczystości

• wzrost właściwości mechanicznych

Depolimeryzacja - reakcja odwrotna do polimeryzacji, termiczny rozkład zw. wielkocząsteczkowego do postaci czystego monomeru.

Degradacja - polega na częściowym rozpadzie polimerów na stosunkowo duże cząstki, większe od cząsteczek monomerów.

Destrukcja - głównym produktem rozpadu jest nie monomer, lecz inne zw. małocząsteczkowe, gazowe lub ciekle.

Polimery termoplastyczne - cechy charakterystyczne:

•Miękną podczas ogrzewania a po ostygnięciu stają się sztywne,

•Ich przetwarzanie jest prawie całkowicie odwracalne,

•Nieodwracalna degradacja następuje wówczas, gdy roztopiony polimer termoplastyczny jest ogrzewany do temperatury krytycznej, w której pękają wiązania w łańcuchu polimerowym.

Polietylen

Podstawowe odmiany polietylenu:

HDPE (PEHD) - niskociśnieniowy PE (nierozgałęzione łańcuchy zapewniają wysoką gęstość i duże siły oddziaływania międzycząsteczkowego). Gęstość - 0,94-0,97 g/cm³.

MDPE (medium density PE) - o średniej gęstości. Gęstość - 0,926-0,940 g/cm³.

LDPE (low density PE) - wysokociśnieniowy PE (rozgałęzione łańcuchy polietylenu "nie pasują" do siebie, co powoduje mniejszą gęstość). Gęstość - 0,915-0,935 g/cm³.

LLDPE (linear low density PE) - niskociśnieniowy liniowy PE o niskiej gęstości (krótkie, nierozgałęzione łańcuchy powstają w wyniku kopolimeryzacji etenu z alkenami o dłuższych

łańcuchach). Gęstość - 0,915-0,935 g/cm³. Właściwości zależą od warunków przeprowadzenia reakcji (ciśnienia, temperatury, katalizatora).

• Łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie,

• Dobra odporność chemiczna

• Duża udarność PE-HD (bez karbu wg Charpy nie pęka)

• Przepuszcza tlen i azot, nie przepuszcza pary wodnej

• Posiada właściwości elektrostatyczne (w specyficznych zastosowaniach wymagany dodatek środków antystatycznych)

Zastosowanie: butelki, rury, różne

Polipropylen

Odmiany polipropylenu:

• Polipropylen - homopolimer

• Polipropylen kopolimer:

• statystyczny

• blokowy (o zwiększonej udarności)

•Dobra odporność chemiczna (odporny na działanie kwasów, zasad i soli)

•Przepuszcza tlen i azot, nie przepuszcza pary wodnej

•Obojętny fizjologicznie

•Łatwy w przetwórstwie (270oC-degradacja)

•Palny, bezbarwny, bezwonny i niewraŜliwym na działanie wody

•Mało odporny na działanie tlenu i promieniowania UV

Zastosowanie: krzesła, butelki, rury, w motoryzacji, różne

Polistyren

Ogólne właściwości PS:

• budowa liniowa i duży ciężar cząsteczkowy

• kruchy i mało elastyczny

• przezroczysty (przepuszcza 90% światła widzialnego, ale dzięki licznym możliwościom barwienia,

• gotowe wyroby z polistyrenu nie są najczęściej przezroczyste)

• doskonałe właściwości dielektryczne

• dobra odporność chemiczna

• niska chłonność wody

• bardzo mała przewodność cieplna

• rozszerzalność ośmiokrotnie większa niŜ stali

• mała udarność

Odmiany polistyrenu

Polistyren wysokoudarowy PS-HI

(kopolimer styrenu z butadienem)

Kopolimery styrenu:

terpolimer ABS (akrylonitryl/butadien/styren)

terpolimer MBS (metakrylan metylu/batadien/styren)

kopolimer SAN (styren z akrylonitrylem)

Zastosowanie: styropian, płyty cd

Poli(chlorek winylu) PCW, PVC

Właściwości

•Łatwe przetwórstwo - wytłaczanie, wtryskiwanie,

•Dobra odporność chemiczna (bardziej na stężone kwasy i zasady niż na ich wodne roztwory)

•Mała wytrzymałość cieplna

Odmiany:

PVC twardy (PVC-U winidur) - zawierający do 5% plastyfikatora

PVC miękki (PVC- igielit- zawierający 40% do 70% plastyfikatora

Zastosowanie: karty magnetyczne, opakowania, różne

Poliwęglan PC

Poliwęglany polimery bezpostaciowe zawierające w łańcuchu głównym

ugrupowanie: -R-O-CO-ORwęglowodory aromatyczne

Właściwości

•Bardzo wysoka udarność - zwłaszcza z karbem,

•Mała chłonność wody i odporność na hydrolizę (sterylizacja)

•Dobra wytrzymałość cieplna

•Dobre własności dielektryczne

•Trudności w przetwórstwie (ograniczenie zawartości wilgoci w granulacie PC do 0,015%)

Zastosowanie: wiaty przystankowe, okulary

Poli(metakrylan metylu) PMMA

Polimetakrylan metylu -

•bardzo dobra przepuszczalność światła widzialnego powyżej 92%

•PMMA przepuszcza około 70% promieni UV, szkło zwykłe przepuszcza tylko około 5 % UV

•PMMA szkło organiczne potoczna nazwa „pleksi” lub „pleksiglas”

Właściwości

• Bardzo trudne przetwórstwo,

• Mała udarność (stała w temperaturze od -20 do +60 ºC)

• Najwyższa odporność na zarysowania wśród polimerów przeźroczystych

• Powstawanie mikropęknięć (przy obróbce mechanicznej)

Zastosowanie: szkła kontaktowe

Poliamid PA

Poliamidy - polimery semikrystaliczne - stopień krystaliczności wynosi od 30 do 50% w zależności od parametrów przetwórstwa (szybkości chłodzenia).

Odmiany:

PA 6 PA 4.6 PA 6.6 PA 11 PA 12 PA 6.10

Właściwości

•duża sztywność, twardość, trwałość oraz wytrzymałość mechaniczna

•niska rozszerzalność cieplna

•dobre właściwości ślizgowe - odporność na ścieranie,

•zdolność tłumienia drgań i odporność na uderzenia

•dobra odporność chemiczna na oleje, tłuszcze, benzynę i wiele rozpuszczalników

•brak odporności na działanie kwasów i zasad,

•temperatura użytkowania od -40°C do 100°C

Zastosowanie: rajstopy, kurtki

Duroplasty

• Polimery chemoutwardzalne

• Żywice epoksydowe EP

• Żywice nienasycone poliestrowe UP

• Polimery termoutwardzalne

• Żywice fenolowo formaldehydowe PF

• Żywice silikonowe SI

• aminoplasty MF - żywice melaminowe UF - żywice mocznikowe

Żywice epoksydowe EP

Właściwości

•Doskonała przyczepność do większości materiałów

•Duża wytrzymałość mechaniczna (na ściskanie i rozciąganie)

•Bardzo dobra odporno na starzenie (UV, woda, czynniki chemiczne)

•Dobre właściwości dielektryczne

Zastosowania:

•kompozycje do gruntowania

•samopoziomujące wylewki posadzkowe,

•spoiwa bezrozpuszczalnikowe do laminatów,

•kompozycje do wytwarzania posadzek,

•kleje epoksydowe,

•kity chemoodporne,

•spoiwa dylatacyjne szpachlówki, antykorozyjne chemoodporne lakiery epoksydowe,

•syciwa do laminatów elektrotechnice elektronice,

Nienasycone żywice poliestrowe UP

Właściwości

•Bardzo dobre własności mechaniczne i mała gęstość

•Odporność na korozję i gnicie

•Łatwość formowania dużych

•wyrobów o skomplikowanych kształtach za pomoc prostego oprzyrządowania

•Stosunkowo niska cena

•Duża możliwość regulowania właściwości (wg wymagań)

Fenoplasty PF

Fenoplasty - produkty polimeryzacji stopniowej (polikondensacji) fenolu z formaldehydem dwoma sposobami:

- przez zastosowanie nadmiaru formaldehydu w stosunku do fenolu otrzymując produkt nazywany rezolem

- przez zastosowanie nadmiaru fenolu w stosunku do formaldehydu otrzymując produkt nazywany nowolakiem

Właściwości

•stosowane jako spoiwo do laminatów (tworzyw warstwowych) oraz do tłoczyw (z napełniaczami proszkowymi)

•możliwość dokładnego odwzorowania kształtów metodami wtrysku lub prasowania

•brązowo-brunatne zabarwienie

Aminoplasty

Aminoplasty - otrzymuje się je w wyniku polikondensacji formaldehydu z niektórymi związkami typu aminowego:

a) z melamin: żywica melaminowa MF

b) z mocznikiem: żywica mocznikowa UF

Właściwości

•doskonałe właściwości elektroizolacyjne,

•odporność na chemikalia (porównywalna do fenoplastów)

•wytrzymałość mechaniczna tłoczyw szybko maleje ze wzrostem temperatury (gorące kształtki można uszkodzić przy wyjmowaniu z formy)

•możliwość barwienia na trwałe pastelowe kolory (z zachowaniem przezroczystości lub z efektem krycia)

Polisiloksany SI

żywice silikonowe - związki krzemoorganiczne zawierające w łańcuchu głównym powtarzalne ugrupowanie siloksanowe:

W zależności od budowy chemicznej monomerów krzemoorganicznych i warunków reakcji silikony mogą mieć właściwości olejów, polimerów termoutwardzalnych, termoplastycznych

lub elastomerów (kauczuków)

Właściwości

•Odporność cieplna w zakresie do 3000C (w atmosferze beztlenowej nawet do 5000C)

•Doskonałe właściwości elektroizolacyjne (do 2000C) przy dużej wilgotności oraz dobra odporność chemiczna

•Właściwości antyadhezyjne (brak przyczepności lepkich substancji)

•Hydrofobowość - właściwości ochronne przed zwilżaniem wodą

WADA - słaba wytrzymałość mechaniczna, sieciowanie zachodzi podczas kilkugodzinnego ogrzewania w temp. 200, 300C

Metody przetwórstwa tworzyw polimerowych

METODY PRZYGOTOWAWCZE

• Rozdrabnianie i granulowanie • Suszenie • Mieszanie (w stanie sypkim, lepkim lub uplastycznionym)

METODY FORMOWANIA BEZPOŚREDNIEGO

• Wytłaczanie • Kalandrowanie • Wtryskiwanie • Prasowanie • Laminowanie • Nanoszenie

• Porowanie

METODY FORMOWANIA POŚREDNIEGO

• Formowanie próżniowe • Obróbka mechaniczna • Łączenie

METODY WYKOŃCZENIOWE

• Wyrównywanie • Aktywowanie • Metalizowanie • Drukowanie

Metody bezpośrednie

Wytłaczanie - technologia ciągła wytwarzania wyrobów z tworzyw sztucznych polegająca na uplastycznieniu tworzywa w układzie uplastyczniającym wytłaczarki, a następnie jego ukształtowaniu poprzez wyciskanie przez ustnik znajdujący się w głowicy. Przez pojęcie wytłaczanie rozumie się ciągłe uplastycznienie tworzywa do formowania i transportowanie jej przez odpowiednie dysze nadające tworzywu kształt z jednoczesnym chłodzeniem celem otrzymania półproduktu w postaci profilu, płyty lub folii. Osiąga się przy tym wydajności powyżej 1000 kg/h.

Wytłaczarki - podział

JEDNOŚLIMAKOWE

WIELOŚLIMAKOWE

Strona 4-8 z 3 części wykładów „tworzywa sztuczne”

Wytłaczarki szybkobieżne (wytłaczarki adiabatyczne)

Pracują z dużymi szybkościami obwodowymi, do 1,2 m/s. Ślimaki są tak skonstruowane, że topienie tworzywa następuje wyłącznie za pomocą tarcia (energii ścinania).

Są proste w budowie i nadają się do tworzyw niewrażliwych na działanie wysokiej temperatury, jak np. PE, PS lub PA.

Wytłaczarki planetarne

Dobra homogenizacja, do tworzyw wrażliwych na działanie temperatury, jak PVC.

Kilka ślimaków planetarnych, zazębiających się zarówno ze ślimakiem jak i z cylindrem. Pomiędzy tak skonstruowanymi ślimakami podawany granulat lub proszek rozwalcowuje się

cienkowarstwowo.

Efekt Weissenberga - obserwuje się podczas ruchu obrotowego płynu lepkosprężystego względem nieruchomego elementu mającego kontakt z tym płynem. Efekt ten jest widoczny podczas ruchu obrotowego mieszadła zanurzonego pionowo w płynie lepkosprężystym.

Wówczas płyn przemieszcza się

• wbrew sile odśrodkowej do osi mieszadła oraz

• wbrew sile ciężkości do góry po mieszadle.

Strony 3-5 z 4 części wykładów „tworzywa sztuczne”

Wtryskiwanie - technologia cykliczna wytwarzania wyrobów z tworzyw sztucznych

polegająca na uplastycznieniu tworzywa w układzie uplastyczniającym wtryskarki, a następnie wtryśnięciu tak uplastycznionego materiału do gniazd formujących, gdzie pod wpływem obniżonej (termoplasty) lub podwyższonej (duroplasty) temperatury tworzywo ulega zestaleniu.

Parametry procesu wtrysku

• Ciśnienie wtrysku (ciśnienie zewnętrzne), docisku, spiętrzania, plastyfikacji (przeciwciśnienie)

• Temperatura wtrysku, formy

• Czas wtrysku, docisku, chłodzenia, przerwy

• Szybkość wtrysku

Etap chłodzenia determinuje długość całego cyklu wtryskowego

Czas chłodzenia jest zależny od:

• grubości wypraski,

• rodzaju tworzywa.

t_chł = k * d²

gdzie: k - współczynnik zależny od rodzaju tworzywa (k = 2 ¸ 4)

d - grubość wypraski [mm]

Ciśnienie wtrysku

p = p_r x d_r² / d²

p - ciśnienie tworzywa w cylindrze [MPa] (tzw. zewnętrzne, zwykle 100-180 MPa)

pr - ciśnienie oleju w cylindrze hydraulicznym [MPa] (od 10-30 MPa)

dr - średnica tłoka w cylindrze hydrauliczym [mm]

d - średnica ślimaka lub tłoka wtryskowego

Temperatura wtrysku- Dla danego tworzywa nie określa się ściśle jednej wartości temp. wtrysku, lecz przedział temperatur powyżej temp. płynięcia i poniżej temp. degradacji.

Temp. wtrysku zależna jest od :

1. Rodzaju przetwarzanego tworzywa

2. Wielkości i kształtu wypraski

3. Temperatury formy

4. Ciśnienia wtrysku

5. Szybkości wtrysku

Układ uplastyczniający

Temperatury stref grzejnych cylindra

Duże znaczenie praktyczne ma utrzymywanie odpowiednich różnic temperatur pomiędzy kolejnymi strefami grzejnymi cylindra.

Układ temperatur stref grzejnych jest charakterystyczny dla każdego tworzywa - wiąże się ze:

• zmianami ciepła właściwego tworzywa

• właściwościami reologicznymi (zmianami lepkości)

Strony 16-41 z 4 części wykładów „tworzywa sztuczne”

---