Tworzywa sztuczne – rodzaje, właściwości i zastosowanie

W dzisiejszych czasach niezwykle istotną rolę w przemyśle pełnią stosowane materiały. To właśnie od nich zależy jak konstruowany wyrób będzie wyglądał, ile ważył oraz jakie właściwości fizyczne i chemiczne posiadał. Patrząc na rozwój technologii można zauważyć, że każdy nowy model produkowanego urządzania czy pojazdu, posiada lepsze parametry i właściwości. Bardzo często zwiększanie tych wskaźników odbywa się dzięki zmniejszonej masie projektowanych konstrukcji. Dzięki takim założeniom rozwinął się przemysł przetwórstwa tworzyw sztucznych, gdzie wyroby wykonane w takiej technologii są lekkie,  a także cechują się doskonałymi właściwościami termo i elektroizolacyjnymi.Sprawdź jakie występują tworzywa sztuczne, ich rodzaje, zastosowanie oraz właściwości.

Tworzywa sztuczne rodzaje

Tworzywa sztuczne są to materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka, a nie występujących w naturze)
lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych i dodatków modyfikujących. Określenie tworzywa sztuczne używane jest dla różnych materiałów, które różnią się pod względem struktury, właściwości i składu. Często są stosowane jako zamienniki dla drewna, metalu i innych materiałów. Polimery można podzielić na:

Elastomery są związki wielkocząsteczkowe, których najważniejszą cechą charakterystyczną jest zdolność odwracalnej deformacji bez przerywania ciągłości strukturalnej. Dzięki swoim właściwością są w stanie zastąpić kauczuk naturalny, a nawet znajdują zastosowanie w gałęziach przemysłu niedostępnych dla zwykłego kauczuku.

Zastosowanie : dętki rowerowe, uszczelki, elementy budowlane izolujące i uszczelniające.

Plastomery – polimery charakteryzujące się małym odkształceniem w temperaturze pokojowej przy zachowaniu własności sprężystych. Podzielić je można na dwie grupy:

Termoplasty:
Są syntetycznymi materiałami wielkocząsteczkowymi lub zmodyfikowanymi substancjami naturalnymi. Przy przekroczeniu temperatury zeszklenia stają się elastyczne. Natomiast przy dalszym wzroście temperatury tworzywo sztuczne tego typu przechodzi w stan roztopiony, a przy ochłodzeniu staje się ponownie twarde. Można rozróżnić termoplasty amorficzne
(np. polistyren PS, poliwęglan PC) i częściowo krystaliczne(np. polietylen PE,
polipropylen PP). Kryterium to określa poziom krystalizacji danego tworzywa, które wpływa na wzrost przezroczystości i właściwości mechanicznych materiału.

Zastosowanie: obudowy, części maszyn, elementy urządzeń AGD, opakowania.

Duroplasty:
Charakteryzują się wysoką twardością i gładkością powierzchni. Nie mogą być odkształcane plastycznie ani roztapiane. Są odporne na działanie podwyższonych temperatur. Cechują się także wysokim modułem sprężystości oraz wysoką wytrzymałością mechaniczną.

Zastosowanie: laminaty, tworzywa piankowe, żywice techniczne, kleje, lakiery.

Poniżej zostały przedstawione typowe tworzywa sztuczne stosowane w przemyśle. Krótko opisano cechy charakterystyczne i przykładowe zastosowanie danego materiału.

Właściwości tworzyw sztucznych

Polistyren (PS) – tworzywo amorficzne

Właściwości materiału:
Twardy, sztywny, łamliwy, bardzo dobre właściwości elektryczne i dielektryczne, niewielkie wchłanianie wody, duża dokładność wymiarowa, szklisto-przezroczysty, błyszczący, łatwy do barwienia, bez zapachu i smaku.

Odporność na:
Kwasy, ługi, alkohole, smary, oleje, roztwory soli.

Brak odporności na:
Benzyna, benzen, wiele rozpuszczalników.

Rozpoznanie materiału:
PS jest łatwo palny, pali się błyszczącym płomieniem, mocno kopci i wydziela typowo słodki zapach (styren).

Skurcz:
Ok. 0,45 %

Nazwy handlowe:
Polystyrol, Vestyron, Styron, Polyflam, Lacqurene

Przykłady zastosowania:
Przedmioty używane w gospodarstwie domowym, szczoteczki do zębów, zabawki, opakowaia płyt kompaktowych.

Kopolimer styren-akrylonitryl (SAN)- tworzywo amorficzne

Właściwości materiału
Twardy, sztywny, błyszczący, odporny na zmiany temperatury, bardziej plastyczny niż PS, szklisty, przezroczysty i nieprzezroczysty, może być barwiony. Wchłanianie wody większe niż w przypadku PS. Pod względem zdrowotnym bez zastrzeżeń, dobrze nadaje się do klejenia i zgrzewania.

Odporność na:
Kwasy, ługi, alkohole, smary, oleje, roztwory soli i benzyna.

Skurcz:
Ok. 0,4-0,7 %

Nazwy handlowe:
Luran

Przykłady zastosowania:
Przedmioty używane w gospodarstwie domowym, pudełka, opakowania śniadaniowe.

Kopolimer akrylonitryl-butadien-styren (ABS) – tworzywo amorficzne

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2770-abs

Właściwości materiału
Twardy, plastyczny jeszcze w temperaturze – 40C, duża odporność na zmiany temperatury, w zależności od typu odporny na niskie lub wysokie (+ 150C) temperatury, nieprzezroczysty, stosunkowo odporny na działanie czynników atmosferycznych, niewielkie wchłanianie wody, pod względem zdrowotnym bez zastrzeżeń,

Odporność na:
Kwasy, ługi, węglowodory, oleje, smary.

Brak odporności na:
Aceton, eter, etylobenzen, chlorek etylu, chlorek etylenu, anilina, olejek anyżowy

Skurcz:
0,4 – 0,7 %

Nazwy handlowe:
Novodur, Terluran, Cycolac, Lustran, Magnum, Ronfalin, Sinkral.

Przykłady zastosowania:
Obudowy, przyciski funkcyjne, elementy karoserii pojazdów, części maszyn.

Polipropylen (PP)-tworzywo częściowo krystaliczne

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2769-pp-polipropylen

Właściwości materiału
Materiał twardszy i o większej odporności na podwyższone temperatury niż PE, jednak ma mniejszą odporność na niskie temperatury. Twardy, ciężki, kruchy, bardzo dobre właściwości elektryczne, pod względem zdrowotnym bez zarzutu,.

Odporność na:
Kwasy, ługi, roztwory soli, alkohol, benzyna, soki owocowe i oleje.

Brak odporności na:
Węglowodory chlorowane. unikać kontaktu z miedzią

Skurcz:
1,2 – 2,2 %

Nazwy handlowe:
Novolen, Vestolen P, Moplen, Stamylan P

Przykłady zastosowania:
Koła zębate, osłony, obudowy, opakowania

Poliacetal (POM) – tworzywo częściowo krystaliczne

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2766-pom-poliacetal

Właściwości materiału
Twardy, sztywny, plastyczny, niełamliwy, duża niezmienność kształtu pod wpływem ciepła, duża odporność na ścieranie, dobry poślizg, niewielkie wchłanianie wilgoci, pod względem zdrowotnym bez zarzutu, możliwość stosowanie w temperaturach do -40 C.

Odporność na:
Słabe kwasy, słabe ługi, benzyna, benzen, oleje, alkohole.

Brak odporności na:
Mocne kwasy, substancje utleniające.

Rozpoznanie materiału:
Łatwo palny, płomień słabo niebieskawy, ścieka kroplami i pali się nadal, ostry zapach podobny do formaldehydu.

Skurcz:
Ok. 2 %

Nazwy handlowe:
Hostaform, Delrin, Ultraform, Tenac

Przykłady zastosowania:
Śruby, nakrętki, koła zębate, elementy urządzeń AGD.

Polimetakrylan metylu (PMMA) – materiał amorficzny

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2782-pmma-plexi-plexiglass

Właściwości materiału
Twardy, kruchy, duża wytrzymałość, odporny na zadrapania, szklisto-przezroczy-sty, ładny wygląd, wysoki połysk, duża odporność na działanie czynników atmosferycznych, bardzo podatny na barwienie, pod względem zdrowotnym bez zarzutu.

Odporność na:
Słabe kwasy, słabe ługi, smary, oleje.

Brak odporności na:
Mocne kwasy i ługi, węglowodory chlorowane, niebezpieczeństwo pęknięć naprężeniowych.

Rozpoznanie materiału:
Łatwo palny, pali się świetliście, także po usunięciu źródła ognia, płomień trzaskający, nieco kopci, słodki zapach przypominający owoce.

Skurcz:
0,4 – 0,8 %, zależnie od typu.

Nazwy handlowe:
Plexiglas, Diakon, Resarit, Degalan, Oroglas

Przykłady zastosowania:
Szyby lotnicze, soczewki, szkiełka reflektorów, elementy maszyn i instrumentów muzycznych, osłony lamp

Poliwęglan (PC)-materiał amorficzny

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2781-pc-poliweglan

Właściwości materiału
Twardy, sztywny, o wysokiej udarności do -100 C, wysoka niezmienność kształtu pod wpływem ciepła, szklisto-przezroczysty, fizjologicznie bez zarzutu.

Odporność na:
Olej, benzyna, rozcieńczone kwasy, alkohol.

Brak odporności na:
Mocne kwasy, ługi, benzen.

Rozpoznanie materiału:
Trudno palny, gaśnie poza płomieniem, pali się świetliście, wytwarza sadzę, zwęgla się, powstają pęcherze, zapach podobny do fenolu.

Skurcz:
0,7 – 0,8 %, 0,1 – 0,5 % w przypadku PC-GV.

Nazwy handlowe:
Makrolon, Lexan, Caliber

Przykłady zastosowania:
Butelki, obudowy, pojemniki, elementy urządzeń AGD.

Polichlorek winylu (PVC / PCW) –materiał amorficzny

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2771-pvc-polichlorek-winylu

Właściwości materiału
Sztywny, twardy, od przezroczystego do nieprzezroczystego, dobrze nadaje się do sklejania i zgrzewania, fizjologicznie bez zarzutu.

Odporność na:
Kwasy, ługi oleje, smary, benzyna.

Brak odporności na:
Benzen, ketony, estry, substancje plamiące.

Rozpoznanie materiału:
PCW pali się płomieniem z zieloną obwódką, nieco pryskając, zapach podobny do kwasu solnego.

Skurcz:
0,5 – 0,7 %

Nazwy handlowe:
Hostalit, Solvic, Vestolit

Przykłady zastosowania:
Rury dla przemysłu, materiały budowlane, pojemniki.

Polietylen (PE) – materiał częściowo krystaliczny

Dostępny w EBMiA.pl > https://www.ebmia.pl/2768-pe-polietylen

Właściwości materiału
Od giętkiego do miękkiego, zależnie od gęstości; odporny na niskie temperatury do -40C, dobra udarność, dobre właściwości elektryczne, niewielkie wchłanianie wody, pod względem zdrowotnym bez zarzutu, nieodporny na przenikanie aromatów.

Odporność na:
Kwasy, ługi oleje, rozpuszczalniki, alkohol, benzyna, woda, soki owocowe, olej.

Brak odporności na:
Związki aromatyczne, węglowodory chlorowane (niebezpieczeństwo pęknięć naprężeniowych).

Rozpoznanie materiału:
PE jest łatwo palny, ścieka kroplami i pali się nadal, spala się jasnym płomieniem z niebieskim jądrem, zapach podobny do parafiny (roztopionej świecy).

Przykłady zastosowania:
Przedmioty używane w gospodarstwie domowym, wiadra, pojemniki, rury, zabawki.

Skurcz:
1,5 – 2 %, duży skurcz, duże wypaczanie się detali.

Nazwy handlowe:
Hostalen, Novolen, Lupolen, Vestolen, Moplen, Stamylan, Baylon

Przykłady zastosowania:
Folie, opakowania, pojemniki, butelki, rury

Poliamid (PA)-materiał amorficzny

Dostępny w EBMiA.pl:

https://www.ebmia.pl/2764-pa-6-poliamid-wytlaczany
https://www.ebmia.pl/2765-pa-6-g-poliamid-odlewany

Właściwości materiału
Plastyczny przy równomiernej wilgotności (2 – 3 %). W stanie suchym kruchy. Twardy, sztywny, odporny na ścieranie, dobry poślizg, żółtawy, nieprzezroczysty, dobrze poddaje się barwieniu, pod względem zdrowotnym bez zarzutu, zgrzewalny, nadaje się do klejenia.

Odporność na:
Oleje, benzyna, benzen, ługi, rozpuszczalniki, węglowodory chlorowane, estry, ketony, woda.

Brak odporności na:
Ozon, kwas solny, kwas siarkowy, nadtlenek wodoru.

Rozpoznanie materiału:
PE jest palny, pali się także po usunięciu źródła ognia, ścieka pęcherzowatymi kroplami, tworzy włókna, spala się niebieskawym płomieniem z żółtą obwódką , zapach podobny do palonej masy rogowej.

Nazwy handlowe:
Durethan, Ultramid, Rilsan. Trogamid T, Vestamid, Zytel, Maranyl, Akulon, Begamid, Capron, Girlon, Schulamid, Technyl

Przykłady zastosowania:
koła zębate, elementy urządzeń AGD.

Zastosowanie tworzyw sztucznych

Tworzywa sztuczne występują pod wieloma postaciami, łatwo można im nadać zróżnicowany i pożądany kształt, a także łączyć z innymi materiałami. Modyfikacja tworzyw, poprzez dodanie innych materiałów, ma na celu wzmocnienie parametrów związanych z elastycznością i wytrzymałością na rozciąganie wyprodukowanego wyrobu. W codziennym życiu każdy z nas ma do czynienia z wyrobami z tzw. plastiku. Bardzo często wykorzystywane są w urządzeniach gospodarstwa domowego. Niektóre tworzywa są przezroczyste, dzięki czemu mogą być wykorzystane do produkcji urządzeń optycznych. Możliwości zastosowania tworzyw sztucznych są praktycznie nieograniczone. Stosowanie w procesie wtrysku wysokich temperatur ścian gniazd oraz odpowiednia ich powierzchnia umożliwia otrzymanie detali o wysokim połysku. Zastosowanie ma to przy produkcji obudów telefonów, tabletów, laptopów, a także sprzętu AGD. Są one materiałem pozwalającym na stworzenie rozwiązań dostosowanych do najróżniejszych wymagań użytkowych, stanowiąc źródło innowacji w różnych sektorach przemysłu i wielu dziedzinach życia. Jednak mało kto zastanawia się w jaki sposób zostało to wykonane. Jedną z metod przetwórstwa tworzyw sztucznych jest produkcja form wtryskowych poprzez wtryskiwanie. Jest to proces bezwiórowej obróbki materiałów, gdzie w wyniku wtrysku uzyskuje się wypraskę charakteryzującą się nie tylko określonym kształtem, ale także specyficzną strukturą. Największymi zaletami tego typu produkcji są bardzo wysoka powtarzalność wyrobów oraz możliwość produkcji elementów o skomplikowanej budowie często nie osiągalnej przy innych metodach wytwarzania. Maszynami służącymi do przetwórstwa tworzyw sztucznych są wtryskarki. Głównym zadaniem tych urządzeń jest doprowadzenie tworzywa do stanu uplastycznienia oraz wypełnienie nim gniazd formy wtryskowej, w których tworzywo ulega zastygnięciu, a następnie zostaje usunięte w postaci wypraski.

Podobnie jak metale, tworzywa sztuczne można ułożyć w tzw. „piramidę materiałową”. Fundamentem są produkowane w dużych ilościach standardowe tworzywa. W kolejnym obszarze znajdują się tworzywa konstrukcyjne, a na wierzchołku tworzywa techniczne o specjalnych właściwościach. Im wyżej patrząc zwiększa się wytrzymałość i sztywność tworzyw. Jednak najbardziej widać wzrost wytrzymałości cieplnej, odporności chemicznej oraz trwałości kształtu w podwyższonych temperaturach użytkowania. Wiadomo, że wraz ze wzrostem jakości materiału musi iść także jego cena.

Tworzywa sztuczne podział

Głównym kryterium podziału tworzyw jest ich rozdzielenie ze względu na własności elastoplastyczne tworzywa. Wyróżnia się elastomery, czyli tworzywa wykazujące się dużą zdolnością do odkształceń i wydłużeń przekraczających 100% pierwotnych wymiarów przy równoczesnym zachowaniu własności sprężystych. Do tej grupy zalicza się kauczuki naturalne i syntetyczne. Drugą grupą są plastomery, których wydłużenie sprężyste nie przekracza 100% początkowych wymiarów.

W praktyce najczęściej stosuje się podział, który dzieli tworzywa sztuczne z punktu widzenia i zachowania się w podwyższonych temperaturach. Wyróżnić można termoplasty, które w temperaturze pokojowej znajdują się w stanie wysokiej elastyczności. Posiadają bardzo dobre własności przetwórcze, gdyż zwiększenie temperatury spowoduje wprowadzenie w stan lekko płynny. Niestety wraz ze wzrostem temperatury zachodzą istotne zmiany związane z własnościami fizycznymi i mechanicznymi tworzyw. Znacząco maleje wytrzymałość na rozciąganie. W odróżnieniu od innych tworzyw sztucznych charakteryzują się niestabilną tolerancją wymiarów. Spowodowane jest to rozbieżnością w wartościach skurczu przetwórczego, a także niską odpornością cieplną.

Spełnienie wymagań stawianym tworzywom umożliwiają stosowane dodatków i substancji pomocniczych. Takie modyfikacje pozwalają na otrzymanie żądanego materiału, który spełniać będzie konkretne funkcje. Zawartość tych składników w tworzywie może wahać się od ułamka do kilku dziesięciu procent. Najczęściej wykorzystuję się dodatki typu:

– Napełniacze (włókna szklane, aramidowe czy węglowe), ich zadaniem jest zwiększenie własności wytrzymałościowych i elektroizolacyjnych materiału,

– Zmiękczacze, dodawane w celu podniesienia własności plastycznych tworzywa,

– Barwniki i pigmenty, nadają tworzywu odpowiedni kolor,

– Stabilizatory, zapobiegają przez utlenianiem i rozkładem surowca,

– Porofory, stosowane w celu uzyskania porowatej struktury,

– Środki zmniejszające palność tworzyw.

Przemysł przetwórstwa tworzyw sztucznych pełni bardzo ważną rolę w procesie rozwoju gospodarki. W sektorach typu motoryzacja, medycyna, lotnictwo czy przemysł elektrotechniczny i elektroniczny innowacją są wprowadzane elementy z tworzyw sztucznych. Spowodowane jest to dynamicznym rozwojem technologii ich przetwórstwa. Celem każdej produkcji tworzyw sztucznych jest dążenie do jak najlepszej jakości wyrobów przy jak najniższych kosztach produkcji.

Różne rodzaje tworzyw sztucznych dostępne są w sklepie EBMiA.pl pod adresem: https://www.ebmia.pl/2763-tworzywa-sztuczne-i-metale

Zapraszamy również do kolejnych artykułów w których opisujemy

Termoformowanie tworzyw sztucznych

Forma wtryskowa – budowa i projektowanie

Co to są elastomery – właściwości i zastosowanie elastomerów

Udostępnij