Instrukcja laboratoryjna do ćwiczenia

LABORATORIUM z PRZEDMIOTU

TECHNOLOGIE MATERIAŁOWE

Instrukcja laboratoryjna do ćwiczenia nr 3

„Technologia kształtowania wyrobów z tworzyw sztucznych”

SPIS TREŚCI

1. Cel i zakres ćwiczenia …………………………………………………………………….. 2

2. Tematyka ćwiczenia ………………………………………………………………………. 2

2.1. Charakterystyka wyrobów z tworzyw sztucznych………………………………….……. 2

2.2. Dobór tworzywa polimerowego na wyroby określonego przeznaczenia .…...………….. 4

2.3. Technologiczność konstrukcji wyrobów z tworzyw sztucznych……….………………... 7

2.4. Charakterystyka wad występujących w procesie formowania wyrobów z tworzyw

sztucznych ……………….…………………………………………………………...….. 7

3. Przebieg ćwiczenia ……………………………………………………………………..…. 8

3.1. Dobór materiału dla przykładowego wyrobu formowanego różnymi metodami …..…. 8

3.2.Wybór metody formowania. Określenie optymalnych parametrów technologicznych

formowania dla przykładowego wyrobu ………………………………………......….… 8

3.3. Opis wad otrzymanego wyrobu i propozycje sposobów ich usuwania ………..…….…. 9

4. Literatura ………………………………………………………………………………….. 9

1. Cel i zakres ćwiczenia

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie studentów z inżynierskimi podstawami kształtowania

wyrobów z tworzyw polimerowych na przykładzie metody wtryskiwania
wysokociśnieniowego tworzyw termoplastycznych.
Zakres ćwiczenia obejmuje:

• charakterystykę wyrobów z tworzyw sztucznych,

• dobór materiału na wyroby z tworzyw sztucznych,

• technologiczność konstrukcji wyprasek,
• określenie optymalnych parametrów dla wytwarzanego wyrobu,

• charakterystyka wad występujących w procesie formowania,

• opisanie wad otrzymanego wyrobu i zaproponowanie sposobów ich usunięcia.

2. Tematyka ćwiczenia

2. 1. Charakterystyka wyrobów z tworzyw sztucznych

Wyroby z tworzyw sztucznych produkowane są na skalę przemysłową od ponad 100 lat. Ze

względu na dużą różnorodność polimerów i ich właściwości, wyroby z tworzyw sztucznych
można spotkać w każdej dziedzinie życia. Metody przetwórstwa tworzyw polimerowych
rozwinęły się szczególnie w drugiej połowie XX wieku.

Wyroby z tworzyw sztucznych można podzielić na:

• bryłowe,

• ciągłe,

• porowate,
• piankowe,

• zespolone.

Wyroby bryłowe mają stały kształt i masę rzędu od 10

-3

gram (mikrowyroby - np. koło

zębate w zegarku) do 10

gram (makrowyroby – np. kadłuby 15 metrowych łodzi motorowych

wykonanych z laminatu).

Wyroby ciągłe (wstęgowe) maja stały kształt przekroju poprzecznego, ale ich długość (czyli
jeden z ich wymiarów liniowych) jest zmienna (np. rury, węże, płyty, uszczelki, folie).

Wyroby porowate otrzymywane są poprzez dodanie w procesie produkcji do tworzywa
podstawowego specjalnego dodatku - spieniacza, który powoduje powstanie struktury
komórkowej wyrobu (styropian).

Wyroby piankowe otrzymywane są w procesie chemicznym spieniania poprzez dodanie do
żywicy związku chemicznego – spieniacza. Odbywa się to podczas procesu mieszania.
Wyroby te mogą mieć postać bryłową lub ciągłą. Cechą charakterystyczną wyrobów
piankowych jest ich zmienna gęstość.

Wyroby zespolone to takie, które zawierają co najmniej dwa różne materiały połączone ze
sobą na stałe, w sposób nierozłączny (np. podzespoły elektroniczne i elektryczne,
motoryzacyjne).

Przykłady wyrobów z tworzyw sztucznych przedstawiono na rysunku 1.

Wyroby z tworzyw sztucznych wytwarza się z zastosowaniem określonych metod. Przykłady
wyrobów oraz metody ich wytwarzania przedstawia tabela 1.

Tabela 1. Przykłady wyrobów oraz metody ich wytwarzania.

Metoda
wytwarzania

Otrzymywane wyroby

Wtryskiwanie

Wyroby bryłowe o różnej masie (np. kształtki techniczne, dla

budownictwa, obudowy sprzętu AGD oraz dla przemysłu

elektronicznego, wyroby medyczne).

Wytłaczanie

Folie płaskie i rękawowe, płyty (lite, wielowarstwowe, spieniane),

profile budowlane, listwy, kształtowniki, rury, węże, izolacje kabli,

pręty, uszczelki wstęgowe.

Wytłaczanie z
rozdmuchem

Opakowania i pojemniki (butelki, fiolki, beczki), zabawki. Uwaga:

metodą tą pojemniki otrzymuje się przez rozdmuchiwanie rękawa

foliowego, wytworzonego wcześniej za pomocą metody wytłaczania.

Jest to połączenie dwóch metod przetwórstwa tworzyw sztucznych i

zazwyczaj realizowane jest na jednym stanowisku produkcyjnym.

Rozdmuchiwanie

Pojemniki (uwaga: metodą tą pojemniki wytwarzane są w dwóch

etapach z tzw. preform otrzymanych wcześniej metodą wtryskiwania.

Rozdmuchiwanie jest drugim etapem wytwarzania pojemników).

Obie metody mogą być realizowane na jednym stanowisku

produkcyjnym lub mogą być rozłączne (realizowane na dwóch

osobnych stanowiskach).

Kalandrowanie

Folie, wykładziny podłogowe, tapety.

Odlewanie

Wyroby bryłowe, wyroby puste wewnątrz, folie, zalewanie żywicą

części elektronicznych.

Termoformowanie Tace, kubki, naczynia jednorazowego użytku.

Laminowanie

Korpusy, kadłuby (np. łodzi), kontenery.

Prasowanie

Wyroby bryłowe (kształtki techniczne, wyroby dla przemysłu

elektrotechnicznego (izolatory), płyty.

2.2. Dobór tworzywa polimerowego na wyroby określonego przeznaczenia

Do rodziny materiałów polimerowych zaliczamy takie tworzywa, w składzie których można
wyodrębnić cząstkę podstawową (związek chemiczny) zwaną merem, która w
kontrolowanym procesie chemicznym tworzy makrocząsteczkę. Makrocząsteczki mogą być

jednorodne (homopolimery) lub wieloskładnikowe (kopolimery). Polimery mogą tworzyć
stopy, mieszanki oraz kompozyty (rys. 2).

MER

(podstawowa cząstka chemiczna)

POLIMER

(makrocząsteczka stworzona z merów)

KOMOPOLIMER

HOMOPOLIMER

STOPY POLIMEROWE

(co najmniej dwuskładnikowe)

KOMPOZYTY POLIMEROWE
(o osnowie polimerowej, zbrojone cząstkami lub włóknami)

Rys. 2. Różne postaci materiałów polimerowych

Sposoby klasyfikacji tworzyw polimerowych:

1. Klasyfikacja polimerów ze względu na procesy zachodzące podczas formowania

(klasyfikacja wg Fishera):

• termoplasty – jest to grupa tworzyw, które pod wpływem wzrastającej temperatury

(ogrzewania) topnieją i przechodzą w stan ciekły (w którym odbywa się formowane
różnych wyrobów), a następnie po ochłodzeniu przechodzą w stan stały. Jest to proces
odwracalny. Tworzywa termoplastyczne nadają się do wielokrotnego przetwórstwa
(recyklingu).

• duroplasty – jest to grupa tworzyw, które pod wpływem temperatury lub związku

chemicznego tworzą trwałe wewnętrzne wiązania (sieciują) - przechodząc
jednocześnie w stan stały. Jest to proces nieodwracalny.

2. Klasyfikacja materiałów polimerowych ze względu na zastosowanie:

• farby, lakiery, powłoki antykorozyjne,

• kleje, kity, lepiszcza, masy szpachlowe,

• włókna, tkaniny,
• pianki (polimery o strukturze komórkowej),

• materiały lite (wyroby bryłowe lub ciągłe).

W ramach każdej z grup tworzyw polimerowych można otrzymać różne odmiany tego

samego polimeru poprzez zastosowanie różnego rodzaju modyfikatorów - specjalnych
związków chemicznych dodawanych do polimeru w małej ilości (0,2 ÷ 10%), nadających mu
charakterystyczne cechy i właściwości. Najczęściej stosowane dodatki (czyli modyfikatory)
do tworzyw sztucznych to:

• katalizatory, inhibitory,
• stabilizatory,

• plastyfikatory,

• barwniki i pigmenty,
• rozjaśniacze,

• antypiryny (opóźniacze palenia),

• porofory,
• środki smarne,

• antystatyki.

Inną grupą dodatków zmieniających właściwości tworzyw sztucznych są to napełniacze. Na

bazie napełniaczy do polimerów można wytwarzać kompozyty, w których osnową jest
polimer a zbrojeniem włókno (np. szklane, węglowe, aramidowe, borowe) lub cząstki (kredy,
ceramiki, miki, itp.) Udział zbrojenia w kompozycie może wynosić od 10 do 70%. Rodzaj i
udział zbrojenia ma decydujący wpływ na własności fizyczne wyrobów kompozytowych
otrzymywanych z polimerów.

Dobór rodzaju polimeru na określony wyrób zdeterminowany jest przyjętą metodą

wytwarzania. Z uwagi na ograniczenie czasu trwania laboratorium, w dalszej części instrukcji
przedstawione zostaną zasady doboru tworzywa sztucznego na wypraski wytworzone metodą
wtryskiwania.

Przy doborze materiału polimerowego na wyroby kształtowane metodą wtryskiwania należy

uwzględnić następujące czynniki:

• dopuszczalny przedział długotrwałego obciążenia termicznego wyrobu,

• maksymalna temperatura pracy ciągłej,
• maksymalna temperatura pracy krótkotrwałej,

• rodzaj obciążenia mechanicznego (stałe, zmienne),

• typ naprężeń wynikający z obciążenia (rozciąganie, zginanie, skręcanie, ścinanie),
• wymagana twardość powierzchni,

• odporność na uderzenia,

• odporność na odkształcenia (dopuszczalne odkształcenia w określonej temperaturze),
• odporność elektryczna,

• ścieralność, zużycie cierne, współczynnik tarcia,

• chłonność wody.

2.3. Technologiczność konstrukcji wyrobów z tworzyw sztucznych

Technologiczność wyrobu to proces polegający na wprowadzeniu do konstrukcji wyrobu
modyfikacji kształtu wyrobu (określonych pochyleń, żeberek, itp.) umożliwiających jego
wykonanie lub poprawiających warunki formowania wyrobu tak, aby otrzymany wyrób był
jak najwyższej jakości.
Podstawowe cechy decydujące o technologiczności wyrobu:

• wyrób musi mieć możliwość uformowania i rozformowania. (np. wyrób ma

płaszczyznę podziału, która dzieli go na część matrycową i stemplową),

• pochylenia technologiczne,

• stałą lub płynnie zmieniająca się grubość ścianki,
• odpowiednią grubość ścianki, nie mniejszą od dopuszczalnej dla danego tworzywa,

• wzmocnienia w postaci żeberek.

2.4. Charakterystyka wad występujących w procesie formowania wyrobów z tworzyw

sztucznych

Wady wyrobu można podzielić na kategorie:

• wady kształtu,
• wady powierzchni,

• wady technologiczne.

Pod pojęciem jakość wyrobów rozumiemy szereg cech wyrobu, z których najważniejsze to:

• stabilność wymiarów geometrycznych wyrobu w ramach przyjętego pola tolerancji,
• stabilna masa wyrobu,

• wytrzymałość mechaniczna określona w karcie wyrobu,

• dopuszczalne odkształcenia podczas eksploatacji,
• stan powierzchni (linie łączenia smugi zapady).

Głównymi przyczynami powstawania wad wyrobów jest:

• projekt wyrobu (nie technologiczna konstrukcja),

• wady konstrukcyjne narzędzia (formy),

• źle dobrany materiał (polimer),
• źle dobrana maszyna,

• nieprawidłowy proces technologiczny,

• nieprawidłowa eksploatacja wyrobu.

Kryteria oceny jakości

• geometryczne (wymiarowe, kształtowe),

• materiałowe (strukturalne, masowe)

• wytrzymałościowe,
• organoleptyczne,

• reologiczne,

• technologiczne.

3. Przebieg ćwiczenia

3.1. Dobór materiału dla przykładowego wyrobu formowanego za pomocą różnych
metod

W oparciu o charakterystykę materiałów podaną w materiałach pomocniczych do ćwiczeń
określ według kryterium użytkowego najlepszy materiał i jego zamiennik na wskazany wyrób
przez prowadzącego z tworzywa sztucznego.

Tabela 2. Dobór optymalnego tworzywa

parametry

eksploatacyjne

nazwa

wyrobu

parametr wartość jedn.

tworzywo

najlepsze

(polimer 1)

tworzywo

dopuszczalne

(polimer 2)

maksymalna temp.
ciągłej pracy

rodzaj obciążenia i
naprężenia max

twardość

udarność

odporność
elektryczna

odkształcenie
przy zerwaniu

klasa niepalności

chłonność wody

Uzasadnienie wyboru:

3.2. Wybór metody formowania. Określenie optymalnych parametrów technologicznych

formowania dla przykładowego wyrobu

W oparciu o literaturę dokonać wyboru technologii formowania przykładowego wyrobu i
określić podstawowe parametry technologiczne formowania.

Tabela 3. Dobór parametrów technologicznych formowania dla przykładowego wyrobu

podstawowe parametry technologiczne

nazwa

wyrobu

polimer

temperatura

tworzywa

temperatura

formy lub

głowicy

ciśnienie

formowania

czas

chłodzenia/

grzania

pozostałe pozostałe

3.3. Opis wad otrzymanego wyrobu i propozycje sposobów ich usunięcia

Dokonaj oceny jakości otrzymanego wyrobu z tworzywa sztucznego na podstawie kryterium
organoleptycznego i wskaż sposób usunięcia wady.

Tabela 4. Opis wad występujących w wyrobie i metod ich usuwania

Opis zaobserwowanych wad

Nazwa

wyrobu

wady

powierzchni

wady

kształtu

wady

technologiczne

wady

pozostałe

Sposoby usunięcia wad poprzez:

zmianę parametrów

technologicznych

zmiany w

konstrukcji

narzędzia

poprawę kształtu

wyrobu

4. Literatura

1.  Sikora R. Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych, PWN Warszawa, 1994,
2.  Saechtling Tworzywa Sztuczne – poradnik, WNT, Warszawa, 2000,
3.  Zawistowski H., Frenkler D. Konstrukcja form wtryskowych do tworzyw

termoplastycznych, WNT, Warszawa, 1984.