Środki pomocnicze w przetwórstwie termoplastów

Perfekcja technologii i strony technicznej maszyn wyznacza określone granice doskonalenia metod pracy w przetwórstwie termoplastów. Technika dodatków oferuje możliwość, by przesunąć tę granicę. Stąd tak ważne w przetwórstwie termoplastów są środki pomocnicze. Prezentujemy tekst na podstawie materiału firmy Dada Industrial Service.

Wszechstronny charakter termoplastów sprawia, że spośród wszystkich tworzyw sztucznych dają one najwięcej możliwości przetwarzania prowadzonego metodą wtrysku, wytłaczania, prasowania, tłoczenia, przetłaczania, formowania płyt, walcowania i kalandrowania oraz odlewania. Wszystkie z wymienionych metod, to główne techniki formowania wyrobów. Oprócz tej wszechstronności dochodzi fakt, że w pewnym zakresie termoplasty mogą być powtórnie przetwarzane, co stanowi o ich atrakcyjności jako tworzywa.

To czy i ile razy można je odzyskiwać i ponownie przetwarzać zależy od wielu czynników: degradacji łańcuchów polimerowych wskutek temperatury, zastosowanych wypełniaczy, barwników, antypirenów oraz innych dodatków domieszkowanych zarówno podczas pierwotnego kompaundowania czy też recyklingu.

Z licznej grupy termoplastów stale powiększanej o nowe tworzywa - prace badawcze i rozwojowe są bowiem prowadzone praktycznie przez każdego liczącego się producenta - wyłania się kilka najczęściej stosowanych tworzyw: PP, PE - LLD, PS, PC, PE - HD, PVC, ABS, POM, PE - LD, PET, PA, PBT.

Ceny ropy naftowej, głównego surowca do produkcji poliolefin, stale rosną. Od połowy lat 80. ubiegłego wieku cena za baryłkę wzrosła około czterokrotnie. Co więcej sytuacja polityczna, stan gospodarki oraz siła wyższa wpływają bezpośrednio na cenę. W tym okresie były to m.in. takie wydarzenia jak wojny w Zatoce Perskiej w latach 1990-1991 i 2003 r., kryzys finansowy w Azji Południowo-Wschodniej w 1996 r., atak z 11 września 2001 r. lub też huragan Katrina z sierpnia 2005 r u wybrzeży USA.

Wydobycie ropy w 2006 r. wyniosło na świecie ponad 3,5 mld ton, szacowano wtedy jej zasoby na 140 mld ton. Tak więc względy ekonomiczne, perspektywy wyczerpania zasobów naturalnych, ochrona środowiska naturalnego stanowią główne czynniki kształtujące rozwój nowych materiałów oraz odzyskiwania surowców.

Perfekcja technologii i strony technicznej maszyn wyznaczają określone granice doskonalenia metod pracy w przetwórstwie termoplastów. Technika dodatków oferuje możliwość, by przesunąć tę granicę. Dodatki są substancjami dodawanymi do termoplastów podczas ich produkcji lub też bezpośrednio do granulatu przed jego przetworzeniem.

Drugi sposób wspierania przetwórstwa termoplastów, tj. użycie zewnętrznych środków poślizgowych (smarnych) i rozdzielających stosowanych na formę, wiąże się niestety z wydłużeniem cyklu o czas spryskiwania formy i czas potrzebny na odparowanie rozpuszczalnika, ograniczoną liczbą odformowań, myciem lub też inną dodatkową obróbką przed dalszym przetwarzaniem jak lakierowanie, sklejanie lub zadruk formowanych wyrobów.

Natomiast użycie wewnętrznych dodatków typu rozdzielającego i smarnego zapewnia obok ciągłości produkcji następujące korzyści: lepszą dyspersję wypełniaczy, włókien szklanych lub pigmentów (uniknięcie konglomeratów) w polimerze; polepszone płynięcie termoplastu - poprzez co jest możliwe skrócenie taktu pracy oraz obniżenie ciśnienia wtryskowego lub temperatury; zmniejszone tarcie pomiędzy tłokiem względnie ślimakiem a cylindrem i przez to mniejszy pobór energii maszyny przetwarzającej przy takiej samej wydajności produkcyjnej.

Efekt rozdzielający jest selektywny, występuje na styku tworzywo - metal. Do tego środki nowej generacji nie są obarczone wadami stearynianów.
Przykładowo używanie tych ostatnich przy produkcji osłon reflektorów samochodowych skutkowało w następujący sposób: z upływem czasu takie światło "ślepło", tzn. przejrzystość osłony spadała w wyniku migracji stearynianu na powierzchnię wewnętrzną osłony pod wpływem temperatury wytwarzanej przez żarówkę wewnątrz reflektora. Użycie środka nowej generacji rozwiązało ten problem. Poprzez dodatek domieszki do granulatu powstają podczas przetwarzania termoplastu wewnętrzne i zewnętrzne efekty smarne.

Zastosowane tu pojęcie zewnętrznego smarowania odnosi się do zmniejszenia oporu tarcia pomiędzy cylindrem a stopem oraz powierzchnią ślimaka a stopem.
Z kolei wewnętrzne smarowanie dotyczy efektu smarowania międzycząsteczkowego, które w sposób znaczący wpływa na płynięcie termoplastu.

Poprawę właściwości płynięcia termoplastu można uzyskać przez dodatki materiałów na bazie wosków, silikonów czy też PTFE. Optymalne właściwości płynięcia przy jednoczesnej poprawie parametrów jakościowych kształtek występują przez domieszkowanie dodatków np. na bazie pochodnych ropy naftowej lub kwasów.

Homogeniczny stop zawierający wyważoną ilość dodatków smarnych prowadzi do polepszonej powierzchni formowanego wyrobu i wymaga z reguły ograniczonego ciśnienia wtrysku podczas przetwarzania. Polepszone płynięcie termoplastu prowadzi do tego, że zostają zmniejszone wewnętrzne naprężenia tworzywa. Jest to szczególnie znaczące przy skomplikowanych precyzyjnych częściach. Przez zawężoną zewnętrzną i wewnętrzną frykcję naprężenia w formowanej części zostają tak silnie zredukowane, że np. nie występują prawie wcale błędy związane z pęknięciami naprężeniowymi.

Przebieg frontu płynięcia oraz linii płynięcia w wyprasce daje się zobrazować przy użyciu techniki badania holograficznego i pokazuje przekonywująco
zmniejszające naprężenia działanie dodatków. Pozytywnym zjawiskiem towarzyszącym, jako skutek ograniczonego ciśnienia wtrysku, jest redukcja skurczu materiału formowanego, w tym również skurczu wtórnego. To prowadzi do większej dokładności wymiarowej formowanych elementów.

Przetwarzanie rozwojowego kompozytu jakim jest Wood-Plastic-Composite, czyli mieszanka drewno - tworzywo sztuczne stanowi szerokie pole popisu dla stosowania dodatków. Jako tworzywo bazowe można tutaj zastosować: polietylen, polietylen wysokiej gęstości, polipropylen, polistyren, a także polichlorek winylu.

Własności reologiczne tych tworzyw pozwalają na przetwórstwo wraz drewnem w zakresie temperatur poniżej 200 st. C. Powyżej tego poziomu następuje już jego termiczna przemiana i uszkodzenie. Drewno w takim układzie może pełnić rolę materiału wzmacniającego tworzywo lub wypełniacza.

W zależności od regionu świata udział drewna użytego do mieszanki zawiera się w przedziale od 50 proc. do nawet 90 proc. Zaletą takiej mieszanki jest fakt, że można użyć do jej produkcji również tworzyw pochodzących z recyklingu. Ponadto oprócz tych dwóch głównych składników - termoplastu i wypełniacza organicznego można zastosować wypełniacze nieorganiczne jak talk czy kreda.

Taki materiał kompozytowy nadaje się do produkcji wyrobów przy użyciu standardowych technologii wtrysku czy też wytłaczania. Jednakże już samo
wytworzenie granulatu nadającego się do dalszego przetwarzania nie jest zasadniczo możliwe bez zastosowania środków pomocniczych. Oprócz wspominanego wcześniej efektu smarnego należy również zapewnić odpowiednie wiązanie chemiczne pomiędzy termoplastem a drewnem.

Właściwości hydrofobowe kompozytu mają do tego decydującą rolę o możliwości zastosowania. Wysoki współczynnik pęcznienia dyskwalifikuje mieszankę do użycia w zastosowaniach zewnętrznych, tj. przy bezpośrednim wystawieniu na działanie warunków atmosferycznych. Odpowiedni dodatek jest więc modyfikatorem, środkiem wiążącym i dyspergującym oraz smarnym i rozdzielającym. Wspomaga produkcję i przetwórstwo i to nie tylko kompozytu jakim jest Wood-Plastic-Composite.

Wykorzystano materiał firmy Dada Industrial Service
Referat - Dada Industrial Service