Przetwórstwo tworzyw sztucznych jest interdyscyplinarną gałęzią wiedzy technicznej, do poznania której niezbędne są informacje z dziedziny chemii, fizykochemii, reologii polimerów oraz mechaniki, wytrzymałości i podstaw konstrukcji wyrobów i narzędzi. Zastosowany tu termin tworzywa sztuczne (niekiedy stosowane jest precyzyjniejsze określenie - tworzywa wielkocząsteczkowe) wymaga wyjaśnienia. Rzadko się zdarza, aby do przetwórstwa stosowano jedynie polimer bez żadnych dodatków, zwykle bowiem do związku wielkocząsteczkowego wprowadza się różne substancje, których zadaniem jest poprawienie jego właściwości przetwórczych (np.: zwiększenie płynności, poprawa stabilności termicznej itp.) lub użytkowych wyrobów (zwiększenie wytrzymałości, polepszenie wyglądu, zmniejszenie ceny itp.). Otrzymana mieszanina stanowiąca kompozycję polimeru z różnymi dodatkami zwana jest więc tworzywem sztucznym (polimerowym, lub wielkocząsteczkowym).

Ze względu na zachowanie się polimerów podczas przetwórstwa wyróżniamy następujące podstawowe typy:

• tworzywa termoplastyczne (termoplasty)- które pod wpływem podwyższonej temperatury płyną (lub topią się) i dają się formować, a po ochłodzeniu zestalają się zachowując nadany kształt. Dzieje się tak dzięki temu, iż podczas przetwórstwa tych polimerów, przy zachowaniu odpowiednich parametrów przetwórstwa (temperatura , ciśnienie, naprężenia ścinające itp.) nie zachodzą przemiany chemiczne. Jeśli oczywiście pominiemy nieistotne przy poddaniu stopu jedno- lub dwukrotnemu cyklowi przetwórczemu procesy degradacji i termodestrukcji makrocząsteczek.
• tworzywa zdolne do sieciowania „na zimno” (czasami zwane chemoutwardzalnymi), tj. ulegające pod wpływem dodanych monomerów sieciujących i (lub) katalizatorów, bądź inicjatorów i przyspieszaczy reakcji tworzenia wiązań poprzecznych w temperaturze pokojowej (lub niższej), co prowadzi do zmiany ich stanu skupienia od ciekłego do zestalonego (proces utwardzania, czyli sieciowania),
• tworzywa zdolne do sieciowania „na gorąco” (zwane termoutwardzalnymi duroplastami, lub duromerami), które w miarę podwyższania temperatury początkowo przechodzą w stan płynny, a następnie ulegają sieciowaniu dając produkt nietopliwy i nierozpuszczalny. Należy zaznaczyć, że proces sieciowania może być w tym wypadku wynikiem zachodzących w podwyższonej temperaturze reakcji grup funkcyjnych zawartych w łańcuchu wyjściowej żywicy (np. sieciowanie rezolowej żywicy fenolowo-formaldehydowej wskutek polikondensacji grup hydroksymetylowych). Może ono też być efektem inicjowanych w podwyższonej temperaturze reakcji pewnych ugrupowań zawartych w łańcuchu polimeru z monomerem sieciującym jak to jest w przypadku nienasyconych żywic poliestrowych, styrenu (lub metakrylanu metylu) i nadtlenku p-kumenu; albo kauczuku polibutadienowego, siarki i merkaptobenzotiazolu jako przyspieszacza. Innym przykładem może być utwardzanie żywic epoksydowych diaminami aromatycznymi, bądź bezwodnikiem ftalowym lub maleinowym, które to reakcje biegną w podwyższonej temperaturze, zazwyczaj powyżej punktu płynięcia żywicy.

Przetwórstwu termoplastów towarzyszą głównie procesy o charakterze fizycznym (przemiany fazowe, płynięcie, wymiana ciepła itp.), a jeśli obrabiane polimery są wystarczająco odporne na działanie temperatury płynięcia (T_d >> T_f), można je przetwarzać kilkakrotnie bez obawy znacznego pogorszenia właściwości użytkowych. Polimery termoplastyczne mogą być ponadto formowane wtórnie z wykorzystaniem stanu wysokoelastycznego. Trzeba podkreślić, że proces formowania wtórnego ma w dużym stopniu charakter odwracalny, to znaczy można odzyskać poprzedni kształt półwyrobu, jeśli po usunięciu naprężenia odkształcającego utrzymamy temperaturę wyższą od T_g. Proces formowania prowadzony z wykorzystaniem stanu płynnego polimeru nie ma podobnego charakteru. Jedynie zmielenie produktu i jego zawrócenie do procesu pozwala na ponowne formowanie wyrobu. Ma to szczególne znaczenie przy recyklingu materiałowym odpadów tworzyw termoplastycznych.

Przetwórstwo drugiej grupy polimerów związane jest z biegnącą chemiczną reakcją sieciowania, tj. tworzenia wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami, co wiąże się z zanikiem ich płynięcia. Wykorzystanie usieciowanych produktów do ponownego przetwórstwa napotyka na poważne trudności, gdyż odzyskanie przez nie płynności wymaga zazwyczaj, przynajmniej częściowego, zniszczenia wiązań poprzecznych - czyli przeprowadzenia procesu sterowanej degradacji. Takie technologie stosowane są w recyklingu np. pianek poliuretanowych dając w efekcie półprodukty do otrzymywania PUR. Podobnie zawracane są odpady mieszanek gumowych, gdyż wielosiarczkowe wiązania sieciujące są mniej odporne na działanie podwyższonej temperatury niż wiązania łańcucha polibutadienowego.

Przetwórstwo tworzyw polimerowych dzieli się tradycyjnie na następujące trzy grupy:

• wstępne
• zasadnicze
• wtórne i wykańczające.

Przetwórstwo wstępne obejmuje techniki przygotowania tworzywa do przetwórstwa i formowanie wstępne półwyrobów. Przetwórstwo zasadnicze to główna gałąź przetwórstwa, w jej trakcie odbywa się proces nadania kształtu określonemu produktowi. Produkt ten może być następnie poddany, w ramach obróbki wykańczającej, procesom formowania wtórnego, obróbki wiórowej, łączeniu z innymi elementami metodą klejenia lub zgrzewania, może także zostać dokonane uszlachetnienie jego wyglądu (np.: przez barwienie powierzchniowe, lakierowanie, zamszowanie, drukowanie, metalizację itp.). Układ niniejszego skryptu odpowiada przytoczonemu tu tradycyjnemu podziałowi.

Uwzględniając wyżej przytoczone spostrzeżenia zauważmy, iż dla przewidywania zachowania się tworzyw polimerowych w trakcie przetwórstwa istotna jest znajomość ich właściwości fizykochemicznych, reologicznych oraz podstaw procesów przenoszenia ciepła.

ZAPRASZAMY NA NASZE STRONY!