Sieciowanie w przetwórstwie tworzyw sztucznych

Sieciowanie to proces wykorzystywany w przetwórstwie tworzyw. Prowadzi do powstania trójwymiarowej sieci nadcząsteczkowej na skutek powstawania mostków między różnymi cząsteczkami chemicznymi.

Tworzywa termoplastyczne takie jak np. polietylen zbudowane są z długich łańcuchów węglowych ułożonych w sposób nieuporządkowany. Sieciowanie powoduje odszczepienie niektórych atomów wodoru od polimeru. W efekcie dwa sąsiadujące łańcuchy polimerów łączą się w miejscach, gdzie nastąpiło odszczepienie atomów wodoru. Tym samym tworzy się silne połączenie łańcuchów zwane "siecią". Jeżeli tak usieciowany polietylen zostanie ogrzany powyżej temperatury topnienia kryształów, zmieni się w miękki, elastyczny materiał, a nie ciągliwą płynną masę, jaką przybrałby polietylen nieusieciowany

Właściwości usieciowanych materiałów zmieniają się w zależności od stopnia usieciowania. W miarę wzrostu stopnia usieciowania materiał staje się bardziej sztywny, zmienia się jego konsystencja.

Polimery usieciowane są nierozpuszczalne, a poddane działaniu rozpuszczalników pęcznieją. W wyniku usieciowania polimer przestaje być tworzywem termoplastycznym. Oznacza to, że nie jest topliwy i nie zgrzewa się, nie może być też powtórnie przetworzony.

W miarę wzrostu stopnia usieciowania materiału wzrasta jego sztywność oraz odporność na działanie rozpuszczalników, na temperaturę i na działanie innych czynników atmosferycznych takich jak promienie UV. W miarę wzrostu stopnia usieciowania maleje natomiast elastyczność, odporność na odkształcenia, odporność na odkształcenie trwałe, pełzanie.

W toku produkcji materiał nigdy nie zostaje usieciowany w całości. Całkowicie usieciowany materiał byłby kruchy, łamliwy i nietrwały. Stopień usieciowania materiału zależny jest więc od tego, jakie właściwości materiału docelowego chce uzyskać producent.

Zalety sieciowania materiałów sa szerokie. Należy do nich m.in. pamięć kształtu. Polietylen w wyniku sieciowania radiacyjnego uzyskuje właściwość zwaną "pamięć kształtu", która wykorzystywana jest do produkcji wyrobów termokurczliwych.

Najpierw z polietylenu wykonuje się przedmiot o kształcie jaki ma przyjąć po obkurczeniu. Potem przedmiot ten poddaje się sieciowaniu. Polietylen zostaje usieciowany, a przedmiot niejako zapamiętuje pożądany kształt. Następnie jest podgrzewany do odpowiedniej temperatury i rozciągany mechanicznie.

Jeżeli tak przygotowany przedmiot podgrzejemy ponownie powyżej temperatury topnienia kryształów, to powraca on do swojego pierwotnego kształtu np. rozszerzona rura o średnicy 150 mm obkurcza się do średnicy 100 mm lub przyjmuje kształt przedmiotu, na którym została obkurczona.

Podsumowując, wyroby termokurczliwe tworzą szczelnie przylegającą warstwę o charakterze izolacyjnym, ochronnym, antykorozyjnym i dekoracyjnym.

Warto teraz porównać właściwości polietylenu nieusieciowanego z polietylenem usieciowanym radiacyjnie.

Jeśli chodzi o polietylen nieusieciowany, to w temperaturze powyżej 120 st. C mięknie i zachowuje się jak ciągliwo-płynna masa. Jego maksymalna temperatura eksploatacji dochodzi do 70 st. C. Polietylen nieusieciowany nie wytrzymuje szoku cieplnego (chwilowe oddziaływanie bardzo wysokiej temperatury) i jest podatny na korozję naprężeniową. Ponadto wyróżnia go mała odporność na pełzanie materiału, niższa odporność na czynniki chemiczne. Poza tym jest nieodporny na czynniki agresywne chemicznie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach oraz dysponuje małą wytrzymałością mechaniczną.

Analizując metody sieciowania należy zauważyć, że w przemyśle stosowane są dwie metody: sieciowanie chemiczne oraz sieciowanie radiacyjne.

Sieciowanie chemiczne jest metodą polegającą na wprowadzaniu środków sieciujących w procesie termicznej obróbki polimeru. Proces sieciowania chemicznego powoduje wprowadzenie "obcych" związków chemicznych do polimeru, co powoduje jego zanieczyszczenie. To z kolei niekorzystnie wpływa na własności wyrobu. Oznacza to, że po zakończeniu procesu sieciowania chemicznego materiały poddane temu procesowi w dalszym ciągu, choć dużo wolniej, zmieniają swoją wewnętrzną strukturę, skutkiem czego w miarę upływu czasu zmieniają też swoje dotychczasowe właściwości.

Problem ten nie występuje, gdy sieciowanie przeprowadzane jest metodą radiacyjną. Ta z kolei polega na napromieniowaniu materiału za pomocą energii skumulowanej w wiązce przyspieszonych elektronów. W materiale następuje odrywanie atomów wodoru od łańcucha polimeru, w wyniku czego zmienia się struktura cząsteczkowa polimerów. Metoda ta realizowana jest za pomocą akceleratora (wiązka szybkich elektronów).

Jednym z krajowych producentów, którzy sięgają po metodę sieciowania jest firma Radpol. To lider rodzimego rynku wyrobów termokurczliwych. Sieciowanie stosuje przy tworzeniu takich produktów jak termokurczliwe rury z tworzywa sztucznego wykorzystywane do odtwarzania izolacji przewodów energetycznych oraz linii ciepłowniczych. W swojej działalności sięga jednak po bardziej zaawansowaną technologicznie metodę sieciowania radiacyjnego.

Usieciowany przed Radpol radiacyjnie polietylen w temperaturze powyżej 120 st. C utrzymuje wyjściowy kształt (posiada tzw. "pamięć kształtu"), staje się miękki i elastyczny, maksymalna temperatura eksploatacji sięga nawet 135 st. C, polietylen wytrzymuje szok cieplny do 200 st. C, a w szczególnych przypadkach nawet do 250 st. C. Jest też całkowicie odporny na korozję naprężeniową i cechuje się większą odpornością na pełzanie na zimno. Odznacza się dużą wytrzymałość mechaniczna

Jednostkowy koszt sieciowania radiacyjnego jest niższy niż jednostkowy koszt sieciowania chemicznego. Sieciowanie radiacyjne pozwala ponadto uzyskać wyrób o lepszych właściwościach.