Rodzaje i zastosowanie tworzyw sztucznych, Prezentacje z Historia

Pobierz Rodzaje i zastosowanie tworzyw sztucznych i więcej Prezentacje w PDF z Historia tylko na Docsity! Rodzaje i zastosowanie tworzyw sztucznych Geneza nazw tworzyw Tworzywa sztuczne to ogólnie i powszechnie przyjęta nazwa materiałów, których podstawowym (a nieraz wyłącznym) składnikiem są substancje wielkocząsteczkowe. Ich dawną nazwą jest masa plastyczna, ale i obecnie stosowany plastik jest nieprawidłowy, nie budzi natomiast zastrzeŜeń zestawienie konkretnej grupy tworzyw sztucznych z końcówką -plast np. fenoplasty, aminoplasty, fluoroplasty czy duroplasty. Obserwuje się tendencję do zmiany określenia tworzywa sztuczne tworzywa na chemiczne, tak jak w przypadku włókien chemicznych. Historia tworzyw sztucznych Pierwsze w skali przemysłowej próby chemiczne modyfikowania związków wielkocząsteczkowych rozpoczęto 1850 roku. W 1872 r. w USA otrzymano celuloid, w Niemczech w roku 1897 uruchomiono produkcję galalitu, a w 1904 r. acetylocelulozy. Pierwszymi syntetycznymi tworzywami sztucznymi były Ŝywice fenolowo-formaldehydowe otrzymane w roku 1872 (A. Baeyer), jednak produkcję ich podjęto dopiero 1909 r. na podstawie patentu belgijskiego chemika H. Baekelanda. W latach 1928–31 rozpoczęto produkcję większości tworzyw poliwinylowych. Pierwsze tworzywa poliamidowe wyprodukowano 1937 r. w USA, polietylen wysokociśnieniowy w 1939 r. w Wielkiej Brytanii, w USA rozpoczęto produkcję tworzyw poliestrowych w 1942 r., polichlorku winylidenu w 1942 r., silikonów w 1943 r. W Polsce początek przetwórstwa tworzyw sztucznych nastąpił w latach 20. XX w. W 1931 r. rozpoczęto produkcję folii na opakowania – tomofanu z regenerowanej celulozy. Szybki rozwój produkcji tworzyw sztucznych w Polsce nastąpił po II wojnie światowej. Obecnie są produkowane m.in. tworzywa fenolowo- formaldehydowe, tłoczywa mocznikowe i melaminowe, polimetakrylan metylu, polichlorek winylu, polistyren, polikaprolaktam, poliakrylonitryl, poliuretany, Ŝywice poliestrowe, epoksydowe, silikonowe, polietylen i polipropylen. Definicja tworzywa sztucznego Materiały, których podstawowym składnikiem są naturalne lub syntetyczne polimery; tworzywa sztuczne mogą być otrzymywane z czystego polimeru (np. polimetakrylan metylu, polistyren, polietylen), z kopolimerów lub z mieszanek polimerów. Często otrzymuje się je z polimerów modyfikowanych metodami chemicznymi (np. przez hydrolizę), fizykochemicznymi (np. przez degradację) lub przez dodatek takich substancji, jak: plastyfikatory, wypełniacze, stabilizatory oraz barwniki i pigmenty. Tworzywa sztuczne są potocznie zwane plastikami (plastykami) lub masami plastycznymi. Cechy tworzyw sztucznych Tworzywa sztuczne są na ogół bardzo lekkie (gęstość najczęściej ok. 1 g/cm3), mają małą przewodność cieplną, większość z nich jest dielektrykami, jednak po dodaniu znacznej ilości (ok. 50%) materiałów przewodzących, np. sadzy lub pyłu metalicznego, przewodzą prąd elektryczny, mogą być przezroczyste lub całkowicie nieprzezroczyste; tworzywa niemodyfikowane, w porównaniu z metalami mają małą wytrzymałość na rozciąganie oraz mały moduł elastyczności; bardzo dobrą wytrzymałość na rozciąganie, duŜy moduł elastyczności mają tworzywa zbrojone np. włóknem szklanym (kompozyt, laminaty); tworzywa sztuczne są najczęściej odporne na czynniki chemiczne, wilgoć, lecz nieodporne na działanie czynników silnie utleniających. Wadą większości tworzywa sztuczne jest ich wraŜliwość na podwyŜszoną temp. (powyŜej 100°C). W czasie II wojny światowej uzyskano silikony, odporne najczęściej na temp. do 250°C, a następnie inne tworzywa, polisulfony, odporne na temp. do 200°C, w 1969 polisiarczek fenylu, odporny na temp. do 170°C. W wyniku dalszych prac otrzymano polimery aromatyczne i metaloorganiczne, odporne na temp. powyŜej 400°C. Zmniejszenie palności tworzyw sztucznych uzyskuje się w wyniku wprowadzenia do tworzyw tzw. Antypirenów (substancji zmniejszających palność). Większość tworzyw sztucznych jest łatwa do formowania i barwienia. Najczęściej stosowanymi metodami formowania tworzyw sztucznych są: wtrysk (formowanie wtryskowe), wytłaczanie, prasowanie tworzyw sztucznych, odlewanie tworzyw sztucznych oraz kalandrowanie. Ponadto w przetwórstwie tworzyw sztucznych stosuje się np. spiekanie, obróbkę plastyczną, laminowanie, zgrzewanie. Jest kilka podziałow tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne według sposobu powstawania dzieli się na: – Polimeryzacyjne – polimeryzacja, to reakcja łańcuchowa, zachodzaca dzieki obecności wiązań nienasyconych bez wydzielania prodiktów ubocznych i bez przegrupowania atomów, – Polikondensacyjne – polikondensacja polega na stopniowej kondensacji monomerów i zachodzi z wydzieleniem produktów ubocznych (np. wody, amoniaku, dwutlenku węgla) w związku z tym skład chemiczny polikondensatu róŜni sie od składu chemicznego monomeru, – Poliaddycyjne – poliaddycja jest polireakcja stopniową podobnie jak polikondensacja, ale bez wydzielania produktów ubocznych. Tworzywa sztuczne – zwane takŜe plastomerami, są tworzywami zbudowanymi na podstawie polimerów syntetycznych, otrzymywanych w wyniku polireakcji z produktów chemicznej przeróbki węgla ropy naftowej i gazu ziemnego lub polimerów naturalnych, uzyskiwanych przez chemiczną modyfikację produktów pochodzenia naturalnego (celuloza, kauczuk, białko). Zwykle zawierają określone dodatki barwników lub pigmentów, katalizatorów, napełniaczy,zmiękczaczy (plastyfikatorów), antyutleniaczy. Podział tworzyw sztucznych Tworzywa z surowców naturalnych – (drewno, bawełna, mleczko kauczukowe, mleko). Substancje te zawierają związki chemiczne potrzebne do wyrobu tworzyw sztucznych. Mleko zawiera duŜo kazeiny, którą wykorzystuje się do produkcji klejów białkowych i niebiałkowych. Kauczuk jest wykorzystywany do wyrobu gum. Coraz częściej kauczuk zastępuje się kauczukiem syntetycznym, który zachowuje cechy fizyczne kauczuku, róŜniąc się pod względem chemicznym. Ebonit jest materiałem otrzymywanym z kauczuku naturalnego lub niektórych kauczuków syntetycznych, zawierających 20–33%siarki. Stosuje się go na antykorozyjne wykładziny, naczynia akumulatorowe, części aparatury chemicznej, wyroby elektrotechniczne. Głównym składnikiem przemysłowym drewna jest celuloza. Zamieniamy ją na polimery (spęczanie w solach nieorganicznych, a następnie prasowanie w celu uzyskania arkuszy). Dodatkowo moŜemy otrzymać celafon, włókna wiskozowe itp. Estryfikacja odpowiednim kwasem (bezwodnikiem) da nam np. nitrocelulozę która z kamforą tworzy folię fotograficzną . Klasyczne tworzywa kondensacyjne – inaczej zwane duroplastami (Ŝywice utwardzalne). Duroplasty stosuje się w postaci mieszanek do tłoczenia (Ŝywica + napełniacz), laminatów, tworzyw piankowych, tworzyw wzmacnianych (np. włóknem szklanym), Ŝywic technicznych, klejów, lakierów. Nieodwracalne przejście ze stanu plastycznego w utwardzony zachodzi podczas formowania wyrobów, bądź podczas stosowania w postaci klejów, lakierów itd. Do najwaŜniejszych duroplastów naleŜą: fenoplasty, aminoplasty, polimery nienasycone, Ŝywice epoksydowe i niektóre Ŝywice silikonowe. Cechuje je sztywność, stabilność wymiarowa, nawadniania poprzez mikrozaworki. Jest to tzw. kropelkowe nawadnianie pozwalające na racjonalne doprowadzenie wody do układu korzeniowego upraw zielonych (drzew, krzewów, pomidorów, truskawek). W melioracji stosowane są coraz częściej perforowane rury z PCW, np. zwijane z taśmy otrzymanej metodą wytłaczania. Z folii PCW metodą termoformowania otrzymuje się doniczki i cienkościenne kaptury słuŜące jako indywidualna osłona roślin przed przymrozkami. Pewne znaczenie praktyczne mają pianki spulchniające glebę gliniastą, a w piaszczystej magazynujące wilgoć. Naczynia z tworzyw sztucznych oraz wyposaŜenie stanowisk hodowlanych zwierząt (koryta, kanały ściekowe, aŜurowe podłogi) ułatwiają obsługę i umoŜliwiają utrzymanie czystości oraz dezynfekcję pomieszczeń. Budowa maszyn w róŜnych branŜach nie obeszłaby się dzisiaj bez technicznych tworzyw sztucznych. To one umoŜliwiają sprostanie rosnącym wymaganiom perfekcyjnych technologii, bezpieczeństwa, ekologii i ekonomii. Dobre właściwości ślizgowe, wysoka odporność na ścieranie, wysokie temperatury uŜytkowe, duŜa wytrzymałość mechaniczna i odporność chemiczna, długa Ŝywotność i minimalna intensywność konserwacji, zwiększona cichobieŜność dzięki własnościom tłumienia drgań i szumów oraz stabilność wymiarowa przyczyniły się do tego, Ŝe techniczne tworzywa sztuczne stały się niezbędnym tworzywem dla konstruktorów i budowniczych maszyn oraz spełniają warunki by skutecznie i ekonomicznie zastąpić materiały konwencjonalne. Tabela 16. Tworzywa sztuczne. Własności fizyczne [3]. Rodzaj tworzywa Gęstość (masa właściwa) Mg/m3 Wytrzymałość na rozciąganie MPa Wytrzymałość na ściskanie MPa Twardość HB Odporność cieplna w czasie 200h do temp.°C Bakelit, fenolit, tekstolit 1,26–1,35 50–70 70–250 25–35 130 Celuloid, trolit, cellit 1,3–1,4 30–50 130–170 5–11 50–80 Aminoplast, pollopas ok. 1,5 ok.50 200–300 48–55 80 Stylon, nylon, parlon, supramid 1,08–1,15 50–73 50–125 8–10,5 55–150 Igelit 1,34–1,48 63–90 80–90 (15°Sh) 50 Winidur, winiplast 1,38–1,4 60–90 80–90 10–18 50 Plexiglas, plexigum 1,16–1,20 42–80 85–140 9–20 – Polistyrol, trolitul, styroflex 1,05–1,1 30–60 95–106 14 – Polietylen, politen, alkatan 0,82–0,93 10–20 – (25–35HRF) 50 Teflon, fluon 2,2–2,3 14–31,5 ok.12 – 200 Obróbka technicznych tworzyw sztucznych Cięcie piłą Tworzywo „PE” moŜe być cięte zarówno maszynowo piłami taśmowymi lub tarczowymi do drewna, jak i ręcznie ostrymi piłami do drewna lub metalu z szeroko rozgiętymi zębami. Szczególnie uŜyteczne są tutaj piły taśmowe, gdyŜ dobrze odprowadzają ciepło i umoŜliwiają cięcie z duŜą prędkością. Piły taśmowe mogą mieć szerokość od 10 do 30 mm, a ich grubość 1–2 mm z podziałką zębów 3–10 mm. Dla uniknięcia klinowania się pił taśmowych, ich zęby powinny być rozsunięte o około 0,5 mm. Przy stosowaniu pił tarczowych zalecane są tarcze z zębami rozsuniętymi o minimum 0,5 mm, lecz mogą być równieŜ stosowane tarcze dośrodkowo zbieŜne. Im wyŜsza częstotliwość, tym czystsza jest powierzchnia cięcia. Normalne prędkości cięcia dla pił taśmowych to 1000–2000 m/min., a dla pił tarczowych 3000–4000 m/min. Toczenie Półfabrykaty mogą być bez trudności obrabiane na tokarkach. Detale wykonywane masowo mogą być produkowane ekonomicznie, w szczególności gdy stosuje się maszyny do obróbki metali lekkich (o duŜych szybkościach obróbki). Chłodzenie nie zawsze jest konieczne, gdyŜ ciepło jest odprowadzane wraz z wiórami. Tylko przy grubym wiórze (głębokim cięciu) potrzebne jest chłodzenie spręŜonym powietrzem lub chłodziwem. MoŜna stosować prędkości obróbki do 600 m/min. Struganie Tworzywo „PE” moŜe być strugane na grubościówkach i wygładzarkach stosowanych w obróbce drewna przy duŜych prędkościach cięcia. Dla ostrych ostrzy tnących z twardego metalu, moŜna stosować posuw do 2 mm na ostrze. Frezowanie Do obróbki tworzywa „PE” nadają się frezarki szybkoobrotowe i normalne. Zastosowanie frezarek specjalnych z głowicami poziomymi, pionowymi i frezem jednoostrzowym umoŜliwia ekonomiczną produkcję skomplikowanych elementów na duŜą skalę. Dla zapewnienia najlepszego usuwania wiórów zaleca się stosowanie frezów o duŜej podziałce. Wiercenie Tworzywo „PE” moŜe być nawiercane na wiertarkach, tokarkach i frezarkach. Zasadniczo uŜywa się wierteł krętych lecz dla większych średnic wiercenia moŜe być stosowany równieŜ frez okrągły. Przegrzewania miejscowego moŜna uniknąć poprzez dobre usuwanie wiórów. W wypadku występowania nadmiernego przegrzewania naleŜy zastosować chłodzenie spręŜonym powietrzem lub chłodziwem. Gwintowanie Gwintowanie detali moŜe być wykonywane normalnymi urządzeniami do metalu, zarówno na tokarce (20–30 obr./min.) lub ręcznie. Zasadniczo preferowane są okrągłe gwinty, zgodne z DIN 405 lecz gwinty V teŜ zachowują dobre własności, ze względu na duŜą wytrzymałość tworzywa na udar. Łączenie / zgrzewanie Z powodu duŜej lepkości w stanie stopionym, tworzywo „PE” moŜe być łączone tylko przez zgrzewanie czołowe. Oczyszczone powierzchnie styku są lekko dociskane do narzędzia ogrzewającego o temp. 200–220°C, aŜ do chwili gdy na obu powierzchniach warstwa o grubości około 4 mm stanie się plastyczna. Następnie obie podgrzane powierzchnie dociska się do siebie (ciśnienie 10–20 kg/cm2) w zaleŜności od grubości elementów, aŜ do ostygnięcia. Jeśli mają one kształt bloków o grubości powyŜej 30 mm, to jest wymagane ciśnienie 50 kg/cm2 i większe. W tych wypadkach często uŜywane są prasy i specjalne urządzenia zgrzewające. Szlifowanie i polerowanie Po obróbce skrawaniem dalsze szlifowanie i polerowanie jest wyjątkowo rzadko potrzebne, gdyŜ w większości wypadków obróbki, przy zastosowaniu do powyŜszych uwag, otrzymuje się powierzchnie wystarczająco gładkie. Do masowej produkcji bardzo dobry jest bęben polerski. Odpadki tworzywa „PE”, otoczaki lub inne środki ścierne wymieszane z wodą mogą być stosowane do polerowania. Tworzywa sztuczne z powodu swoich zalet zrobiły zawrotną karierę i jednocześnie spędzają sen z oczu ekologom. Największym problemem są opakowania jednorazowe. Butelki, torebki śniadaniowe bądź torby na zakupy bardzo szybko trafiają na śmietniki. Stanowią ok. 7% masy wszystkich śmieci, ale zajmują duŜo miejsca, niemal 30% wszystkich odpadów. Anglicy wyliczyli, Ŝe wyrzucane w ciągu roku butelki z politereftalanu etylu (PET), ustawione jedna na drugiej utworzyłyby wieŜę o wysokości 28 mln km, co stanowi 73-krotną odległość Ziemi od KsięŜyca. Rys. 12. Udział odpadów z tworzyw sztucznych. Zadania 1. Jakie znasz zastosowania tworzyw sztucznych? 2. Jakie znasz metody przetwarzania tworzyw sztucznych?