Właściwości materiałów Towaroznawstwo Właściwości materiałów

TWORZYWA SZTUCZNE

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Tworzywami nazywamy materiały posiadające określone własności fizyko-chemiczne oraz określona wytrzymałość w warunkach używalności. Tworzywa można podzielić na: naturalne sztuczne. Tworzywa naturalne mogą być pochodzenia mineralnego, jak: marmur, piaskowiec, glina lub organicznego, jak: kauczuk, drewno, skóra. Tworzywa sztuczne są to materiały celowo wytworzone przez człowieka, które albo nie posiadają odpowiednika w naturze, albo którego własności zostały w odpowiedni sposób zmodyfikowane. Tworzywa sztuczne mogą być pochodzenia mineralnego jak np.: cegła, beton, szkło lub organicznego jak: papier, guma, celofan.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Tworzywa sztuczne pochodzenia organicznego dzielą się na: tworzywa półsyntetyczne tworzywa syntetyczne. Tworzywa sztuczne półsyntetyczne - są to takie tworzywa, które jako surowice wyjściowy wykorzystują materiał pochodzenia naturalnego, będący często już samym tworzywom (np.: drewno, mleko, kauczuk), ale którego właściwości przez odpowiednią przeróbkę, przeważnie natury chemicznej, ulegają celowym zmianom w kierunku polepszenia tych właściwości. Najważniejsze tworzywa tej grupy to guma, ebonit, galalit (sztuczny róg), fibra, celofan, celuloid oraz pewne kleje, lakiery, farby i włókna.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Tworzywa sztuczne syntetyczne - są to takie tworzywa, które zostały w całości wytworzone sztucznie w wyniku szeregu reakcji chemicznych z najprostszych surowców, łatwo dostępnych do wydobycia lub pozyskania w dużych ilościach. Jest to obecnie największa najważniejsza i najbardziej rozwijająca się grupa tworzyw.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Potocznie jednak, nazwą tworzywa sztuczne określa się jedynie materiały zawierające wielocząstkowe związki organiczne, które to związki powstają najczęściej na drodze syntezy produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej lub gazu ziemnego z takimi pierwiastkami jak i wodór, chlor, fluor, tlen, azot i inne. Często również w odniesieniu do tak zdefiniowanych tworzyw sztucznych używa się nazw: tworzywa wysokopolimerowe, wielkocząsteczkowe, polimery lub potocznie plastyki. Nazwy te nie są ścisłe.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Polimerem nazywa się wielkocząsteczkowy związek chemiczny powstały z połączenia prostych cząsteczek (tzw. monomerów) o niskim ciężarze cząsteczkowym. Cechą charakterystyczną polimerów jest występowanie powtarzających się fragmentów cząsteczki tzw. merów, segmentów. Reakcja, w której otrzymuje się polimery nazywa się polimeryzacją. Ważnym procesem w którym zachodzi sieciowanie polimeru jest wulkanizacja. Proces wulkanizacji polega na ogrzaniu kauczuku z ok. 5% dodatkiem siarki, w wyniku czego następuje łączenie ze sobą łańcuchów polimeru poprzecznymi mostkami siarkowymi

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Klasyfikacja tworzyw sztucznych Klasyfikacja wg Fischera - wg której bierze się pod uwagę zachowanie się tworzyw sztucznych w zależności od reakcji na działanie sił zewnętrznych i temperatury: a) Elastomery - tworzywa, które w temp. pokojowej, pod wpływem działania sił zewnętrznych, wykazują wydłużenie przekraczające 100%. Do grupy tej należą: 1. Elastopreny - tworzywa elastyczne (kauczuk, chloropreny, izopreny), 2. Elastoleny - mniej elastyczne niż "1" (poliizobutylen), 3. Elastiomery - zawierające siarkę (kauczuki polisiarczkowe), 4. Elastoplastyki - elastyczne i plastyczne (polichlorek winylu – PCW).

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne b) Plastomery - tworzywa, których wydłużenia pod wpływem działania sił zewnętrznych, w temperaturze pokojowej, nie przekraczają 100%. Do grupy tej należą: 1) Termoplasty 2) Duroplasty (tworzywa utwardzalne)

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Termoplasty - tworzywa, które każdorazowo podczas ogrzewania miękną, a po ostygnięciu twardnieją, w związku z czym mogą być przetwarzane wielokrotnie. Najważniejszymi przedstawicielami tej grupy tworzyw sztucznych są: polietylen (PE) polipropylen (PP) polichlorek winylu (PCW) polistyren (PS) poliamidy (PA) poliwęglan (PC) policzterofluoroetylen (teflon) (PTFE) polioctan (PO), itp.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Duroplasty (tworzywa utwardzalne) - dzielą się na dwie podgrupy: - tworzywa termoutwardzalne - są to takie tworzywa, które w podwyższonej temperaturze początkowo również miękną i w tej postaci dają się formować, ale także w tej podwyższonej temperaturze nieodwracalnie twardnieją wskutek zachodzącej podczas formowania reakcji chemicznej. Najbardziej typowymi tworzywami termoutwardzalnymi są następujące żywice: - fenolowo – formaldehydowe - mocznikowo – formaldehydowe - melaminowo – formaldehydowe - tworzywa chemoutwardzalne - tworzywa, które utwardzają się pod wpływem chemicznego działania tzw. utwardzaczy, przy czym proces utwardzania jest również nieodwracalny. Do tego rodzaju tworzyw należą niektóre żywice epoksydowe i poliestrowe.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Klasyfikacja technologiczno – użytkowa: a) tworzywa konstrukcyjne - nadają przedmiotowi określony trwały kształt i wytrzymują deformujące działanie zewnętrznych sił mechanicznych. W handlu występują w postaci granulatu (rzadziej proszku) służącego do przetwórstwa lub w formie półwyrobów takich jak płyty, rury, kształtki, taśmy, itp. , b) tworzywa powłokowe - umieszczane zazwyczaj na powierzchni przedmiotu lub tworzywa konstrukcyjnego. Mają one na celu zabezpieczenie tworzywa znajdującego się pod nimi przed działaniem czynników zewnętrznych, bardzo często niszczących tworzywo konstrukcyjne (korozja). Najczęściej występują w postaci emulsji nakładanych na inne materiały jako farby, lakiery lub emalie.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne c) tworzywa adhezyjne (lepiszcza, spoiwa, kleje) Są to właściwie również pewne odmiany tworzyw powłokowych, tylko umieszczane nie na powierzchni zewnętrznej przedmiotu, ale na powierzchniach poszczególnych części, kawałków, czy warstw tworzywa konstrukcyjnego. d) tworzywa impregnacyjne - stosuje się do nasiąkliwych tworzyw konstrukcyjnych celem zmiany wytrzymałości tworzywa lub nadania mu specjalnych i określonych właściwości fizyko-chemicznych (impregnacja tkanin, drewna, itp.).

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne e) tworzywa elastoplastyczne (gumy) - charakteryzują się elastycznością i miękkością w temperaturach pokojowych, które to cechy zawdzięczają albo samemu charakterowi budowy tworzywa, albo też dodatkom zwanym zmiękczaczami. Używane są najczęściej w postaci foli, węży, cienkich płyt, itp. f) tworzywa włóknotwórcze - są to tworzywa zdolne do przędzenia i wytwarzania włókien. Do tego celu nie nadają się tworzywa termoutwardzalne.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Przetwórstwo tworzyw sztucznych obejmuje najczęściej metody formowania plastycznego tworzyw, rzadziej natomiast mechaniczną obróbkę wiórową. Do najważniejszych metod stosowanych w przetwórstwie tworzyw termoplastycznych należy zaliczyć: Prasowanie wtryskowe Wytłaczanie Kalandrowanie Formowanie wtórne

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Charakterystyczne metody przetwórstwa tworzyw termo- i chemoutwardzalnych to: Prasowanie tłoczne Prasowanie przetłoczne Prasowanie laminatów Formowanie kontaktowe Wykonywanie odlewów

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Prasowanie wtryskowe polega na ogrzaniu tworzywa do stanu plastycznego w cylindrze wtryskarki i wtrysku plastycznego tworzywa pod ciśnieniem przez kanał wtryskowy do zamkniętej, chłodzonej formy. Wytłaczanie polega na ogrzaniu tworzywa w cylindrze wytłaczarki oraz przepychaniu go za pomocą obracającego się ślimaka przez ustnik o odpowiednim wykroju.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Kalandrowanie jest metodą służącą do produkcji folii o grubości 0,08-1,0 mm. Polega na rozwalcowywaniu tworzywa na gładkich walcach maszyny, zwanej kalandrem. Kalander ma najczęściej cztery walce. Formowanie wtórne dotyczy przetwarzania półwyrobów z tworzyw sztucznych, wstępnie uformowanych najczęściej płyt i folii.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Prasowanie tłoczne polega na formowaniu porcji tworzywa w gorącej formie pod działaniem ciśnienia. Prasowanie przetłoczne polega na podgrzaniu porcji tworzywa w komorze formy, a następnie przetłoczeniu go przez wąski kanał do wnętrza właściwej formy.

Materiały inżynierskie – tworzywa sztuczne Prasowanie laminatów przeprowadza się w wielopółkowych ogrzewanych prasach hydraulicznych Formowanie kontaktowe czyli bezciśnieniowe dotyczy głównie formowania laminatów z tworzyw chemoutwardzalnych. Na formę nakłada się warstwę żywicy, a następnie warstwę pociętych tkanin lub mat szklanych i nasyca ciekłą żywicą.