Tworzywa sztuczne w przemyśle

06.06.2022

Historia tworzyw sztucznych jest stosunkowo krótka, gdyż zaczyna się dopiero w drugiej połowie XIX wieku, jednak nie można zaprzeczyć, że wynalezienie syntetycznych polimerów było krokiem milowym w rozwoju przemysłu wytwórczego. Stały się one bardzo szybko znakomitą alternatywą dla naturalnych materiałów takich jak drewno, kamień, szkło czy metal i otworzyły nowe możliwości konstrukcyjne. Początkowo pozyskiwane tworzywa wykazywały wprawdzie bardzo dobre właściwości, jednak ich produkcja bazowała nadal na surowcach występujących tylko w naturze i tylko w ograniczonych ilościach (np. lateks kauczukowy). Dopiero wynalezienie całkowicie syntetycznych polimerów umożliwiło masową i tanią produkcję. Co więcej, naukowcy dążyli stale do uzyskania coraz to lepszych substancji o konkretnych właściwościach i poprzez liczne modyfikacje stworzyli wiele nowych odmian tworzyw sztucznych, różniących się m.in. twardością, wytrzymałością, odpornością termiczną czy chemiczną. Polimery są obecnie jednym z najczęściej używanych materiałów konstrukcyjnych w niemal każdej gałęzi przemysłu, dlatego warto wiedzieć czym każde z nich się charakteryzuje- tworzywo dobrane odpowiednio do środowiska pracy może znacząco wydłużyć żywotność maszyn i narzędzi. Do najpopularniejszych materiałów wykorzystywanych w przemyśle należą:

• Poliamid (PA)
• Polietylen (PE)
• Polipropylen (PP)
• Polichlorek winylu (PVC)
• Poliwęglan (PC)
• Polistyren (PS)
• Politetrafluoroetylen (PTFE)
• Polifluorek winylidenu (PVDF)
• Polioksymetylen (POM)
• Kopolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS)
• Duroplast

Różnice, właściwości i zastosowanie tworzyw sztucznych

Poliamid (PA)

Poliamid, znany także pod nazwą handlową nylon, charakteryzuje się dużą trwałością, sztywnością, twardością, wytrzymałością mechaniczną oraz dobrą odpornością termiczną (w porównaniu do poliestrów czy polimerów winylowych). Tworzywo to wykazuje znakomitą odporność na uszkodzenia mechaniczne oraz ścieranie, dlatego może być stosowane w produktach narażonych na uderzenia, czy też w elementach ślizgowych. Domieszka włókna szklanego wzmacnia dodatkowo odporność mechaniczną jak i termiczną. Poliamid charakteryzuje się również wysoką zdolnością tłumienia drgań, znakomitą odpornością chemiczną na oleje i smary, a także na działanie promieniowania UV. Dzięki tym cechom oraz dobrej obrabialności (cięcie, toczenie, frezowanie) z powodzeniem można go stosować do produkcji elementów obsługi maszyn. Najnowszym sposobem wykorzystania tego polimeru jest druk 3D, do ktorego wykorzystuje się sproszkowany poliamid PA11 lub PA12.

Polietylen (PE)

Tworzywo to charakteryzuje się przede wszystkim dużą elastycznością, dzięki czemu elementy z niego wykonane są odporne na duże naprężenia. Polietylen ma słabszą odporność na wysokie temperatury (w porównaniu do PA), natomiast znacznie lepiej radzi sobie z bardzo niskimi, ujemnymi temperaturami. Z powodzeniem stosuje się go w wyrobach, które wymagają naprężenia i odgięcia, np. w elementach zabezpieczających i ochronnych (zaślepki do profili). Można wymienić dwie główne odmiany polietylenu:

• PE-HD (polietylen o dużej gęstości) - charakteryzuje się wyższą wytrzymałością mechaniczną, chemiczną, a także odpornością na wysoką temperaturę. PE-HD wykazuje większą kruchość niż PE-LD.
• PE-LD (polietylen o niskiej gęstości) - charakteryzuje się dużą giętkością, elastycznością, ale także mniejszą wytrzymałością mechaniczną. Jest odporny na niższe temperatury, za to słabiej znosi wysokie (w porównaniu do PE-HD).

Polipropylen (PP)

Tworzywo to jest jednym z najczęściej stosowanych w przemyśle. Materiał ten charakteryzuje się bardzo dużą elastycznością, rozciąga się pod wpływem temperatury, następnie (po wystudzeniu) powraca do swojej pierwotnej sztywności, dzięki czemu można z niego wykonywać bardzo skomplikowane kształty. Polipropylen cechuje ponadto bardzo dobra odporność chemiczna, dlatego znajduje on zastosowanie m.in. w produkcji opakowań, czy też pozwala na stosowanie w warunkach narażonych na działanie kwasów, zasad czy soli. Ważne znaczenie ma tutaj również jego bezwonność i bezbarwność. Warto wspomnieć także o dobrej odporności termicznej (wystarczającej na zastosowanie w standardowych warunkach zewnętrznych) oraz praktycznie zerowej absorpcji wilgoci. Niektóre produkty firmy Bäcker mogą być wykonane na życzenie z polipropylenu (np. śruby, gdy istnieje potrzeba zastosowania ich w agresywnym środowisku chemicznym)

Polichlorek winylu (PVC)

Tworzywo to charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością chemiczną, nie przewodzi prądu oraz jest wytrzymałe na rozciąganie. PCW jest jednym z najtańszych tworzyw, co w połączeniu z takimi cechami jak niepalność, czy możliwość klejenia sprawia, że jest jednym z najczęściej wykorzystywanych polimerów. Produkty wykonane z polichlorku winylu nie nadają się wprawdzie do pracy w bardzo skrajnych temperaturach (ze względu na niską odporność termiczną), są jednak wystarczająco wytrzymałe. Wszystkie powyższe cechy sprawiają, że tworzywo to stosowane jest powszechnie w budownictwie (m.in. rury kanalizacyjne, stolarka okienna, powłoki kabli elektrycznych). Firma Bäcker wykorzystuje PVC m.in. do produkcji nakładek ochronnych.

Poliwęglan (PC)

Najważniejszą cechą, dla której stosuje się to tworzywo, jest jego transparentność. Gdy dodamy do tego takie właściwości, jak bardzo duża wytrzymałość mechaniczna, bardzo duża odporność termiczna i chemiczna, odporność na warunki atmosferyczne i działanie promieni UV, staje się ono doskonałym tworzywem do produkcji szyb, świetlików, osłon czy zadaszeń. Poliwęglan jest tworzywem bezpiecznym, tzn. nie rozprzestrzenia płomienia, nie wydala gazów toksycznych ani żadnych szkodliwych dymów. Może on być klejony i spawany, co również wpływa na jego popularność. Firma Bäcker poliwęglan wykorzystuje do produkcji elementów pod indywidualne zamówienie klienta.

Polistyren (PS)

Tworzywo to charakteryzuje się transparentnością, wysoką sztywnością oraz niskim kosztem wytworzenia. Ta ostatnia cecha sprawia, że jest często stosowany w produktach jednorazowego lub krótkotrwałego użytku takich jak tacki na żywność, kubki czy elementy zabawek. Polistyren ma niską odporność termiczną, chemiczną, jest łatwopalny i kruchy. Te cechy znacznie ograniczają możliwość zastosowania tego tworzywa. Najpowszechniej stosowane jest ono w formie spienionej, zwanej styropianem. Służy do produkcji płyt izolacyjnych dla budownictwa (ocieplanie budynków). Firma Bäcker polistyren wykorzystuje do produkcji elementów pod indywidualne zamówienie klienta.

Politetrafluoroetylen (PTFE)

Tworzywo to znane jest pod nazwą handlową teflon, charakteryzuje się bardzo dużą odpornością termiczną i chemiczną. Politetrafluoroetylen ma dobre właściwości smarujące- nie przywierają do niego żadne zanieczyszczenia. Gdy dodamy takie cechy jak wysoka odporność na działanie płomieni, czy hydrofobowość, staje się on doskonałym materiałem do produkcji powłok np. do patelni (dopuszczony do kontaktu z żywnością), czy też ubrań (zastosowanie w Gore-Tex). PTFE posiada bardzo niski współczynnik tarcia, dobrą stabilność wymiarową oraz doskonałą odporność na promieniowanie UV. Nie można go jednak kleić oraz jest bardzo drogi. Firma Bäcker politetrafluoroetylen wykorzystuje do produkcji elementów pod indywidualne zamówienie klienta.

Polifluorek winylidenu (PVDF)

Tworzywo to charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością chemiczną (mimo braku odporności na działanie ketonów oraz silnych zasad). To jednak ta cecha, w połączeniu z naturalną niepalnością, wysoką odpornością termiczną oraz odpornością na działanie warunków atmosferyczne powoduje, że PVDF najczęściej stosowany jest w produktach używanych w środowiskach agresywnych chemicznie (np. przemysł chemiczny, spożywczy, farmaceutyczny). Polifluorek winylidenu posiada dobrą wytrzymałość na ścieranie oraz sztywność, które czynią go doskonałym tworzywem do konstrukcji i budowy m.in. maszyn i pojazdów. Firma Bäcker polifluorek winylidenu wykorzystuje do produkcji elementów pod indywidualne zamówienie klienta.

Polioksymetylen (POM)

Najważniejszymi cechami tego tworzywa są wysoka wytrzymałość mechaniczna, twardość, sztywność oraz wysoka stabilność wymiarowa (wyższa niż poliamidy). Te cechy w połączeniu z dobrymi właściwościami ślizgowymi, sprężystością oraz wysoką wytrzymałością zmęczeniowa sprawiają, że doskonale nadaje się on do produkcji precyzyjnych elementów o wąskich tolerancjach wymiarowych dla branży samochodowej czy elektronicznej (tuleje, elementy ślizgowe, elementy napędów). Polioksymetylen wykazuje jednak słabą odporność na działanie utleniaczy, silnych kwasów oraz zasad a także niską odporność na działanie promieniowania UV i gamma. Firma Bäcker polioksymetylen wykorzystuje do produkcji elementów pod indywidualne zamówienie klienta.

Kopolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS)

Tworzywo to charakteryzuje się bardzo wysoką twardością i odpornością na zarysowania. ABS jest materiałem bezpiecznym dla człowieka, nietoksycznym i odpornym na działanie wielu chemikaliów. Posiada bardzo dobre właściwości termoizolacyjne, a jednocześnie sam nie odkształca się przy zmianie temperatur. Te cechy sprawiają, że jest chętnie stosowany w branży sprzętu AGD (obudowy), czy motoryzacyjnej (elementy deski rozdzielczej, foteli, kołpaki). ABS ma słabą odporność na działanie promieniowania UV, ale dość dobrą odporność termiczną. Firma Bäcker kopolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy wykorzystuje do produkcji elementów pod indywidualne zamówienie klienta.

Duroplast

Duroplast, zwany także potocznie bakelitem (od nazwiska wynalazcy Leo H. Baekeland) jest pierwszym w pełni syntetycznym tworzywem sztucznym wynalezionym przez człowieka. Charakteryzuje się bardzo dużą odpornością termiczną, sztywnością, stabilnością wymiarów, dlatego najczęściej stosuje się go w elementach narażonych na stały kontakt z podwyższoną temperaturą (kotły, kominki). Wykorzystywany jest także w urządzeniach elektrycznych ze względu na znakomite właściwości izolacyjne- nie przewodzi ciepła ani prądu. Słabą stroną duroplastu jest kruchość oraz słabsza wytrzymałość mechaniczna (w porównaniu z poliamidami). Firma Bäcker stosuje duroplast m.in do produkcji uchwytów kulistych, cylindrycznych i pokręteł zaciskowych.