Polietylen (PE)

Jest znany nam od 1937 roku i bardzo dobrze rozpowszechniony w szeroko pojętej technice. Zaraz po zakończeniu syntezy jest tworzywem o barwie białej oraz granulowanej, proszkowej konsystencji. Bardzo przypomina parafinę. Powierzchnia, pomimo tego, że jest zwarta, bardzo łatwo ulega zarysowaniom. Generalnie Polietylen jest bardzo odporny na działanie kwasów, soli, zasad i większości substancji organicznych. Wykazuje bardzo dobre właściwości dialektyczne. Polietylen ma tendencję do pęcznienia w węglowodorach alifatycznych, chlorowcopodobnych i aromatycznych. Procesowi temu towarzyszy pogorszenie jego właściwości fizycznych. Polimer w glebie (na przykład jako przewód), staje się doskonałym źródłem węgla dla mikroorganizmów glebowych. Dlatego trzeba pamiętać, że w takich warunkach podlega procesowi, który możemy uznać za odpowiednik procesu korozji w metalach.

Podczas polimeryzacji tego tworzywa można otrzymać polietylen o małej gęstości: PE mg. Trzeba jednak pamiętać o spełnieniu kilku warunków: proces musi odbywać się pod bardzo wysokim ciśnieniem (ok. 200 MPa), w obecności odpowiednich inicjatorów oraz temperaturze przekraczającej 150 °C. Dlatego PE mg zwany jest często wysokociśnieniowym. Stopień polimeryzacji wynosi od 500 do 1500, krystaliczność około 60% oraz temperaturę mięknienia 80-90 °C. Proces polimeryzacji można również prowadzić po odpowiednich katalizatorów, takich jak na przykład Zieglera-Natty, pod ciśnieniem normalnym oraz w zakresie temperatur od 30 do 160 °C. Otrzymujemy wówczas polietylen o dużej gęstości, niskociśnieniowy - PE dg. Stopień polimeryzacji wynosi od 1500 do 9000. Faza krystaliczna, znajdująca się w tworzywie sięga 86%, a temperatura mięknienia wynosi ponad 90 °C. Tworzywo to znajduje zastosowanie w produkcji folii i innych opakowań, do wyrobu rur doprowadzających wodę pitną czy ścieków. Włącznie ze ściekami chemicznymi. Do wyrobu elementów gospodarstwa domowego, kuchennych, jako powłoki kablowe. Nie jest stosowany tylko do wyrobu pojemników na tłuszcz zwierzęcy oraz mleko. Dobre właściwości dielektryczne polietylenu nie ulegają pogorszeniu w atmosferze wilgotnej i nie są zależne od częstotliwości i temperatury.

Polietylen znajduje również wiele zastosowań jako tworzywo powłokowe. Na powłoki stosowany jest polietylen o gęstości 912-950 kg/m3 i wskaźniku płynięcia 7-22 g/10 min, zazwyczaj w formie proszkowej, która uzyskiwana jest przez przemiał granulatu. Temperatura topnienia proszku wynosi o 100 °C (dla niskich gęstości) do około 140 °C (dla większych gęstości), a górne granice pracy ciągłej wynoszą 70-100 °C. Również w zależności od gęstości tworzywa.

Powłoki poliamidowe cechuje bardzo dobra wytrzymałość na działanie soli, zasad i kwasów oraz różnych rozpuszczalników. Co bardzo ważne, są fizjologicznie obojętne. Są jednak bardzo wrażliwe na światło słoneczne. Działanie światła przyspiesza procesy starzenia się tworzywa. W naszym kraju, tworzywo o małej gęstości produkowane jest w Zakładach Chemicznych w Blachowni Śląskiej na proszki przeznaczone do wytwarzania różnych powłok wraz z jego modyfikacją prowadzą zakłady "Xenon". Powstaje w ten sposób produkt, zwany Fluoxenem. Zakłady Chemiczne Boryszew w Sochaczewie również prowadzą przemiał tego granulatu.

Polichlorek Winylu (PCW)

Powstaje w warunkach podwyższonego ciśnienia poprzez polimeryzację chlorków winylu. Jest tworzywem wielkocząsteczkowym. Na właściwości PCW najistotniejszy wpływ ma temperatura reakcji. Czysty PCW, bez dodatku tak zwanych plastyfikatorów zwany jest polichlorkiem winylu twardym, w temperaturze pokojowej są mało sprężyste oraz twarde. A przy obniżeniu temperatury stają się bardzo kruche. Tworzywo stosowane jest w temperaturze od dwudziestu, do siedemdziesięciu stopni Celsjusza. Przy górnej granicy temperatury dochodzi do mięknięcia PCW. Przetwórstwo tego tworzywa prowadzi się przy temperaturze stu siedemdziesięciu stopni Celsjusza, czyli temperatury, która jest bardzo bliska temperaturze rozkładu tworzywa. Dochodzi wówczas do wydzielania się chloru. Dodatek plastyfikatorów takich znacznie rozszerza temperaturę w jakiej tworzywo to może być stosowane. Dodatek ten podwyższa również temperaturę rozkładu, zwiększa podatność na odkształcenia mechaniczne, podwyższając jednocześnie własności sprężyste. Dłuższe ogrzewanie tworzywa w temperaturze 70 °C doprowadza do odparowywania plastyfikatorów i doprowadza, do wzrostu kruchości tworzywa. Twardy PCW ze względu na dużą odporność na chemikalia znajduje duże zastosowanie głównie przy produkcji rur i wykładzin zbiorników w przemyśle chemicznym, na budowy akumulatorów, na naczynia na oleje oraz tłuszcze. Może być również wykorzystywany na płyty gramofonowe i taśmy metalowe. Bardzo łatwo się spala i klei, jest w zasadzie niepalny (pali się tylko powierzchniowo, ale też bardzo szybko gaśnie ze względu na dużą zawartość chloru. PCW jest odporny na działanie: benzyny, alkoholi mineralnych, zasad i kwasów. W eterze, estrach i benzenie ulega znacznemu spęcznieniu.

PCW miękki, jest stosowany do wyrobu folii, wykładzin podłogowych oraz wszelkich przedmiotów do użytku codziennego oraz różnych pojemników. Podczas produkowania powłok z PCW, w postaci proszkowej, trzeba zwrócić uwagę na wielkość ziaren i ich wilgotność. W zależności od metody pokrywania, wielkość ziaren powinna wynosić od 30 do 80 mikrometrów lub od 90 do 250 mikrometrów. Przy zwiększeniu zawartości chloru z 55% do 65% powstaje polichlorek winylu, chlorowany. Jest to tworzywo łatwo rozpuszczalne w typowych rozpuszczalnikach organicznych, dlatego też głównie znajduje zastosowanie do lakierów i różnego rodzaju emalii chemoodpornych.

PCW, miękki oraz twardy jest poddawany również spienianiu i w postaci pianek twardych lub miękkich wykorzystuje jako izolatory cieplne lub amortyzatory drgań.

W naszym kraju polichlorek winylu produkują Zakłady Chemiczne w Oświęcimiu jako proszek nie zawierający zmiękczaczy: suspensyjnych (S) i emulsyjnych (E). Podstawowe typy PCW z dodatkiem zmiękczaczy, stabilizatorów, wybielaczy i barwników przetwarza się w granulki, lub nieokreślonej postaci skrawki, do dalszego przerobu. W tym wypadku najważniejszym surowcem jest polwinit - zmiękczony PCW przeznaczony do celów elektrotechnicznych.

Polipropylen (PP)

Polipropylen jest tworzywem częściowo krystalicznym, ale o właściwościach zbliżonych do polietylenu. Otrzymywany jest w procesie niskociśnieniowej polimeryzacji propylenów przy katalizatorach, takich jak Zieglera-Natty. Polipropylen charakteryzuje się gęstością 900 kg/m3, dobrymi właściwościami dielektrycznymi oraz bardzo niską ścieralnością. Stosowany jest bez żądnych problemów w temperaturach od -30 °C do +130 °C. 

Przykładowe zalety to: 

• ma większą odporność termiczną
• większą odporność na rozciąganie
• mniejszą gęstość
• nie podlega korozji naprężeniowej
• ma bardzo dużą odporność powierzchni na uszkodzenia oraz zarysowania
• jest bardzo gładki w dotyku

Dłuższe użytkowanie polimeru w temperaturze wyższej niż 100 °C prowadzi do degradacji tworzywa, które przyspieszyć może występowanie metali, takich jak miedź, kobalt, mangan oraz ich stopy. Pod wieloma względami przypomina polietylen niskociśnieniowy. Na przykład pod względem, odporności na działanie czynników chemicznych oraz własności elektryczne. Dzięki dużej odporności termicznej znalazł duże zastosowanie przemysłowe do wyrobu najróżniejszych elementów maszyn, które są poddawane wysokim obciążeniom. Na przykład wałki drukarskie czy koła zębate przekładni. Naczynia i różne elementy używane do sterylizacji wysoką temperaturą, ale także wyroby wymagające łączenia oraz współpracy z elementami stalowymi.

W naszym kraju polipropylen jest produkowany w Płocku, w Mazowieckich zakładach Rafineryjnych i Petrochemicznych jako tak zwany homopolimer J-400 oraz kopolimer etyleonow-propylenowy J-330.

Poliamid 6T

Poliamid o nazwie przemysłowej 6T, właściwie powinien być nazywany poliheksametylenotereftalamidem. Włókno tego tworzywa powstaje w roztworze z kwasu siarkowego. Powstałe włókno jest rozciągane od 2x do 4x swojej pierwotnej wielkości w wysokiej temperaturze, która często wynosi nawet 180°C. Cechuje go stosunkowo duża wytrzymałość na temperatury, wynoszące od -30°C do +100°C. Obróbka CNC jest stosunkowo łatwa. Generalnie jest on łatwy w obróbce. Gęstość wynosi około 1.13 g/cm3. Biorąc pod uwagę, gdzie został zastosowany, doceniono jego odporność na ścieranie, dobre właściwości mechaniczne oraz mały współczynnik tarcia. Skrawane tworzyw nie stanowi wiekszego problemu.

Znalazł zastosowanie w:

• Elementach prowadzących
• Dmuchawach, rozdzielaczy
• Prowadnic
• Śruby
• Nakrętki
• Wsporniki
• Armatura
• Sprzęcie sportowym i innych

Prowadnice ślizgowe.

Prowadnice ślizgowe są pod względem konstrukcyjnym, chyba najprostszymi rozwiązaniami. Do produkcji tworzyw wykorzystywany jest głównie PA6-G. Rzadziej PET, PEEK, czy PTFE. Prowadnice ślizgowe muszą spełnić szereg wymagań. Najważniejszym jest twardość i odporność na duże obciążenia. Parametrem charakteryzującym tą odporność, jest "sztywność". Prowadnicę muszą mieć odpowiedni rozmiar, ze względu na przenoszenie dużych obciążeń. To wszystko nie oznacza jednak, że produkcja prowadnic ślizgowych jest prosta. Obróbka CNC jest bardzo skomplikowana i wymagająca. Operator musi wykazać się dużym doświadczeniem i przygotowaniem do ich produkcji i montażu.

Największą wadą stosowania prowadnic ślizgowych, jest fakt, że elementy robocze, w odróżnieniu od np. łożysk tocznych, są odkryte i tym samym podatne na zanieczyszczenia. Piszę o tym w kontekście smarowania prowadnic celem zmniejszenia tarcia i podniesienia żywotności elementów ślizgowych. Jeżeli prowadnice nie są obudowane w żaden sposób, nie chronione przed kurzem i pyłem, to jakakolwiek próba smarowania nie przyniesie pożądanych rezultatów. Z kolei zabudowanie prowadnic, znacząco zwiększy ich gabaryty i wagę. Jednak to nie koniec problemów. Ich zastosowanie wiąże się z kolejnymi niedogodnościami. Prowadnice ślizgowe narażone są na zniszczenia podczas ich docierania a nawet montażu. Stosowanie tego systemu pod wysokim obciążeniem wiążę się z bardzo krótką żywotnością. Ponadto, częstym problemem jest tzw. korozja cierna. Występuje ona, gdy dwa elementy są do siebie dociskane i nadal są w ruchu.

Polipropylen

Polipropylen (inaczej „PP”) jest poliolefinem. Czyli polimerem niepolarnym. Powstaje w wyniku niskociśnieniowej obróbki propylenów. Należy do grupy tworzyw termoplastycznych. Czyli, bez zmian własności chemicznych, można wprowadzić go w stan płynny dzięki podwyższonej temperaturze, a następnie zestalić po jej obniżeniu. Materiał ten wykazuje się dużą odpornością na czynniki chemiczne i wysoką sztywność. Odporny jest na mocne kwasy i zasady, ketony, roztwory soli i alkohole. Cechuje się obojętnością fizjologiczną i nie absorbuje wody. Jednak należy pamiętać o tym, że jest materiałem palnym. Polipropylen charakteryzuje się niską gęstością, około 0,90 g/cm³. Materiał może pracować w temperaturze od 0 °C do 100 °C. W temperaturach poniżej 0 °C charakteryzuje się niską udarnością (czyli odpornością materiału na pękanie pod obciążeniem). Produkcja Polipropylenu wykazuje obecnie największą dynamikę wzrostu. Jest to odpowiedź na ciągle wzrastające zapotrzebowanie przemysłu na ten mateiał.

Polipropylen znalazł bardzo wiele zastosowań. Nie sposób wymienić wszystkich. Niektóre z nich, to:

• jako materiał antykorozyjny
• w wannach galwanicznych, jako wykładziny
• pozostałe, chemoodporne wykładziny
• zawory w pompach
• w przemyśle chemicznym, jako armatury
• w motoryzacji, jako pojemniki na płyny, spoilery, zderzaki, obudowy wentylatorów czy skrzyń akumulatorowych
• sztuczne trawniki dla różnych rodzajów sportu
• opakowania, takie jak kubki do jogurtów, margaryn czy leków.
• przewody do agresywnych cieczy i przewody gazowe
• zabawki i artykuły gospodarstwa domowego
• pojemniki i opakowania

Poliacetal.

Poliacetal, inaczej POM C, jest tworzywem zazwyczaj stosowanym w następujących przemysłach: rolniczym, spożywczym, maszynowym czy chemicznym. Jest tworzywem sztucznym o wysokiej wytrzymałości mechanicznej oraz temperaturowej. Ponadto posiada dobre właściwości przeciwcierne. Czyli umożliwia użycie tego polimeru, w roli elementu pracującego intensywnie ślizgowo. Dalej charakteryzuje się wysoką odpornością na środki chemiczne (smary, gorąca woda, kwasy, materiały pędne, alkaloidy). Dużą stabilnością wymiarową i niską chłonnością wilgoci. Obecnie prowadzone są pracę nad odmianą POM, wykrywalną przez detektory metali. Jest to swoista odpowiedź na potrzeby przemysłu, głównie przetwórczego i spożywczego. Skrawanie tworzyw i inne procesy obróbki nie zmieniły się.

Nazwy handlowe, z jakimi się spotkałem, to:

• Boracetal
• Delrin
• Tecaform
• Ertacetal

Poliacetal stosowany jest do produkcji elementów, takich jak:

• łożyska
• elementy przekładni
• sprężyny
• dźwignie i rolki
• uszczelki
• elementy robocze pomp
• jako części maszyn w  przemyśle spożywczym i przetwórczym (cechuje się obojętnością fizjologiczną)

Tworzywa konstrukcyjne.

Tworzywa konstrukcyjne to elementy inżynierskie, które są wykorzystywane do budowy wszelkich urządzeń i maszyn. Zalicza się do nich kompozyty, ceramikę, metale i stopy metali oraz, oczywiście, polimery (syntetyczne). Warto dodać, że polimery powoli, ale systematycznie zastępują ceramikę, drewno, metal czy kauczuk. Jak napisałem we wcześniejszym wpisie, stanowią grupę materiałów, które nie mają zamienników. Obróbka CNC takich materiałów nie jest skomplikowana. Ich optymalne dostosowanie ma miejsce nie tylko w przypadku wymagań produktowych, ale też w przypadku fabrycznej obróbki.

Tworzywa konstrukcyjne muszą spełniać określone wymagania technologiczne, ale też ekonomiczne oraz eksploatacyjne. Wymagania eksploatacyjne dotyczą projektu i wytworzenia konstrukcji, która spełni stawiane przed nią zadania oraz okaże się niezawodna. Dlatego, tworzywa sztuczne przechodzą liczne testy poprodukcyjne, takie jak ścieralność, skrawalność, próbę kucia, próbę zawijania, próba tłoczności, oraz próba spawalności i zgrzewalności. Wymagania ekonomiczne wymuszają projektowanie elementów w oparciu o odpowiednie materiały, które jednocześnie sprawdzą się w danej sytuacji oraz nie będą zbyt drogie w stosunku do stawianych przed nimi wymagań. Wymagania te obejmują również czas produkcji i finalny koszt elementu. Do wymagań technologicznych zaliczymy poziom trudności wyprodukowania danego materiału oraz łatwość jego montażu/demontażu i ewentualnej naprawy. Która w najlepszym wypadku musi być łatwa i nie wymagająca specjalnych narzędzi.

Polietylen

Polietylen, został odkryty pod koniec XX wieku, przez niemieckiego chemika Hansa von Pechmana, który podgrzewając diazometan, otrzymał nową substancję. Ze względu na zawartość bardzo dużej liczby grup -CH₂-, został nazwany polimetylenem. W 1939 roku, rozpoczęto masową produkcje tego tworzywa w oparciu o metodę wysokociśnieniową. Od tamtego roku znany jest jako polietylen. Jest giętkim, przezroczystym termoplastem. Jednak wystawiony na światło słoneczne lub wilgoć, traci te właściwości.

Tworzywa konstrukcyjne zbudowane z PE są najszerzej stosowanymi, praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu. Polietylen charakteryzuje się dużą odpornością na działanie soli, zasad i kwasów i wiele innych związków organicznych i chemicznych. Charakteryzuje się również bardzo wysoką odpornością na ścieranie, dlatego często jest używany jako materiał do obróbki tworzyw ślizgowych, właśnie przez tę właściwość. Jednak PE znalazł zastosowanie również w łożyskach ślizgowych, jako materiał do budowy ślimaków transportujących, rolek napinających, czy kół pasowych i łańcuchowych.

Polimery

Polimery (np. poliamid, polietylen, poliacetal i inne) to związki chemiczne występujące w formie naturalnej i syntetycznej. Nazwa pochodzi z greki i oznacza obiekt zbudowany na bazie wielu części/jednostek. W tym wypadku noszą one nazwę merów. Generalnie są to substancje charakteryzujące się dużą masą cząsteczkową. Naturalne polimery to substancje stanowiące budulec żywych organizmów. Natomiast polimery syntetyczne/sztuczne, stanowią podstawę produkcji tworzyw syntetycznych oraz innych produktów, takich jak: farby, kleje, środki smarujące i inne. Aby otrzymać polimer (syntetyczny) należy przeprowadzić sekwencyjną reakcję polimeryzacji substancji, które posiadają przynajmniej dwie szczególnie aktywne części cząstki. Reakcja polimeryzacji to reakcja, która prowadzi do wzajemnego reagowania monomerów. Prowadzi to bezpośrednio do przereagowania wszystkich grup funkcyjnych. W ten sposób powstają substancje o o wiele większej masie cząsteczkowej, niż masy cząsteczkowe substratów.

Burzliwy rozwój produkcji polimerów nastąpił po drugiej wojnie światowej, pomimo tego, że zostały odkryte już wcześniej. Znalazły zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu. W zależności od stawianych kryteriów stosuje się różne polimery. Inne zostaną zastosowane w przemyśle ciężkim, a inne w przemyśle spożywczym (polipropylen z którego tworzy się zamknięcia do popularnych tic-taców), czy w samym rolnictwie {zbiorniki do opryskiwaczy zbudowane z poliuretanu). Ciekawe jest to, że polimery znalazły zastosowanie również w medycynie. Muszą sprawdzić się w trudnych warunkach jako sondy medyczne w ludzkim organizmie, który jest środowiskiem bardzo nieprzyjaznym, a jednocześnie ogromnie wrażliwym.

Krótko o tworzywach sztucznych

Dzięki wielkiej rewolucji przemysłowej doszło do znaczącego skoku w dziedzinie techniki. Oprócz naturalnych surowców, które są powszechnie znane, na rynek weszły tak zwane tworzywa sztuczne. Prym wiodą polimery. Firmy z branży przemysłowej prześcigają się w opracowywaniu coraz lepszych receptur do ich produkcji. Detale gotowe z tworzyw konstrukcyjnych powoli, ale systematycznie wypierają elementy stalowe i inne, które są cięższe, mniej odporne na temperaturę, czynniki chemiczne czy mechaniczne. Wypierają surowce takie jak szkło, drewno, i wspomniana stal. Sprzedaż tworzyw konstrukcyjnych kwitnie w najlepsze. Obecnie, w wielu gałęziach przemysłu (włącznie ze spożywczym) nie mają swoich naturalnych odpowiedników. Jest to chyba najlepszy dowód, jaki poczyniono postęp od Drugiej Wojny Światowej. Wówczas pojawiały się technologie bazujące na tkaninach syntetycznych, które posłużyły między innymi do stworzenia pierwszych na świecie nie przemakalnych mundurów oraz mundurów, które zapewniały "niewidzialność" w noktowizorach.
Tworzywa sztuczne zbudowane są z substancji wielkocząsteczkowych. Wcześniej były one nazywane po prostu plastikiem. Obecnie jest ich tak wiele i znajdują tak wiele zastosowań, że jednak nazwa nie jest w stanie usystematyzować całego wachlarza, różnych produktów.
Tworzywa sztuczne nadal przeżywają swój rozwój. Ogromna część światowego rynku tworzyw sztucznych jest produkowana w Chinach. To właśnie chińska produkcja ma ogromny wpływ na światową gospodarkę. Warto zaznaczyć, że światowi producenci ciągle inwestują w Chinach miliardy dolarów na rozwój fabryk ale też na zakłady petrochemiczne oraz laboratoria syntezy polimerów. Sami Chińczycy obecnie inwestują ogromne pieniądze w rozwój centrów badawczych oraz linii produkcyjnych aby sprostać nowym technologiom oraz aby być w stanie produkować coraz to bardziej skomplikowane elementy.