Politlenek fenylenu jako tworzywo termoplastyczne

Politlenek fenylenu (PPO) został po raz pierwszy opracowany w koncernie General Electric w 1956 roku , a jego masową produkcję rozpoczęto w 1960 roku. Ze względu na trudne przetwórstwo homopolimeru wprowadzono modyfikację polistyrenem lub kopolimerami blokowymi  butadienowo – styrenowymi. Produkty modyfikowane charakteryzuje wyższa udarność. 

Politlenek fenylenu wykazuje dobrą mieszalność z innymi polimerami. Dostępne są mieszaniny PPO z polistyrenem wysokoudarowym, poliamidami, poliolefinami oraz politereftalanem butylenu.

Jeśli chodzi o właściwości to PPO jest tworzywem termoplastycznym o strukturze bezpostaciowej. Wykazuje wysoką temperaturę zeszklenia w zakresie ok. 210 stopni Celsjusza, jednakże ze względu na możliwość utleniania w podwyższonych temperaturach nie ejst stosowany do pracy ciągłej powyżej 125 stopni Celsjusza. 

Do jego zalet nalezą takie cechy jak: dobre właściwości mechaniczne i to także w wysokich temperaturach, znakomita odporność hydrolityczna, bardzo niska wodochłonność w porównaniu z innymi polimerowymi tworzywami konstrukcyjnymi, mała podatność na pełzanie, mały współczynnik rozszerzalności liniowej, dobre właściwości dielektryczne, niska palność, mała gęstość, odporność na działanie słabych kwasów i zasad i niektórych rozpuszczalników. 

Do wad zaliczyć zaś trzeba brak odporności na działanie rozpuszczalników węglowodorowych oraz niską udarność odmian, które nie są modyfikowane.

Najpopularniejsze nazwy handlowe tworzywa to Polioksyfenylen, Noryl, Norpex, Ashlene, Vestoran.

Tworzywa poliacetalowe

Poliacetale to polimery termoplastyczne zawierające w łańcuchu głównym ugrupowanie acetalowi  - O – CH2 - . Poliacetale otrzymywane są z formaldehydu przez homopolimeryzację lub kopolimeryzację.

Ich nazwa skrótowa to POM.

Nazwy zwyczajowe i handlowe to poliacetal. Polioksymetylen, Delrin, Celcon, Ultraform, Ramtal i Hostaform. Oczywiście są to nazwy w zależności od firm. W Polsce poli(tlenek metylenu) produkowany jest przez Zakłady Azotowe w Tarnowie pod nazwą handlową Tarnoform.

Jest to materiał termoplastyczny o wysokim stopniu krystaliczności dochodzącym do 80%. Jego szczególne cechy to twardość, wysoka wytrzymałość i sztywność. Ponadto też niski współczynnik tarcia i dobre właściwości zmęczeniowe. Jest odporny na działanie większości rozpuszczalników.

Tworzywo może być przetwarzane zarówno metodą wtrysku jak i przez wytłaczanie.

Przeznaczenie tworzywa POM to najczęściej produkcja takich wyrobów jak: płyty, arkusze, rury, koła zębate oraz łożyska ślizgowe i toczne, zamki błyskawiczne, klamry i klipsy zatrzaskowe, obudowy zapalniczek, elementy żaluzji wertykalnych, ślizgi przełączników elektrycznych.

Z tworzywa korzysta też przemysł samochodowy. Tu produkuje się wirniki i obudowy dmuchaw, klamki wewnętrzne i zewnętrzne, przełączniki zmiany świateł i kierunkowskazów, uchwyty lusterek, osłon przeciwsłonecznych, szyberdachów; układy otwierania szyb, osłony cięgien, elementy układu paliwowego.

Polimerowe materiały konstrukcyjne

Polimerowe materiały konstrukcyjne są powszechnie stosowane we wszystkich gałęziach wytwórczości, przy czym w ostatnich dekadach nasila się trend zastępowania nimi metali. Dzieje się tak ze względu na cenę oraz właściwości mechaniczne przynoszone przez polimery. Umożliwiają one bowiem wykonywanie złożonych elementów w jednym cyklu produkcyjnym. Elementy wykonane z tworzyw sztucznych są lżejsze niż te wykonane z metali i nie ulegają korozji. Ponadto możliwe jest zaprojektowanie praktycznie wszystkich właściwości tworzywa przewidzianego do określonego zastosowania. 

Inne korzystne cechy tworzyw to własności elektroizolacyjne i termoizolacyjne, możliwość barwienia w masie oraz tłumienie drgań akustycznych.

Metale wskazują natomiast kilkakrotnie większą sztywność i wytrzymałość oraz są niepalne. Pomimo znacznego postępu w dziedzinie polimerów przewodzących nie jest obecnie jeszcze możliwe szerokie stosowanie innych niż metalowe przewodników prądu.

Wytrzymałość mechaniczna jest określana przez naprężenie na granicy plastyczności, moduł elastyczności i udarność oraz przez zależności tych parametrów od temperatury. 

Elementy wykonane z polimerowych materiałów konstrukcyjnych winny mieć zdolność do pracy w warunkach działania obciążenia w szerokim zakresie temperatur, a także naprężeń oraz wykazywać odporność na działanie środowiska naturalnego i określonych środków chemicznych.

Termostabilność polimerów

Termostabilność polimerów

Z punktu widzenia zastosowań praktycznych istotne jest określenie maksymalnej temperatury w jakiej polimer może być eksploatowany bez zmiany swoich właściwości. Termostabilność jest określana przez temperaturę, w której rozpoczyna destrukcja chemiczna polimeru.

Za polimer termoodporny uznawany jest taki, który nie ulega degradacji w czasie długotrwałej eksploatacji w temperaturze do 170 st. C i nie zmienia kształtu ani nie ulega stopieniu przy krótkotrwałym ogrzewaniu do poziomu 400 st. C. Badania właściwości termicznych umożliwiają oszacowanie czasu długotrwałej pracy tworzywa, a także pozwalają określić maksymalna dopuszczalną temperaturę pracy i maksymalna temperaturę przetwórstwa.

Termiczna stabilność jest ściśle związana z budową makrocząsteczki. Polepszeniu odporności termicznej sprzyja większa sztywność makrocząsteczki, która można podwyższyć np. przez obecność pierścieni aromatycznych i heterocyklicznych, czy wiązań wodorowych. Duże znaczenie ma również symetria budowy, obecność podstawników bocznych w łańcuchach oraz usieciowanie.

Tworzywa i zasoby naturalne

Istotą, za którą kryje się takie powodzenie tworzyw sztucznych są trzy flary: oszczędność energii, racjonalne wykorzystanie zasobów naturalnych oraz ochrona konsumentów. W temacie tworzyw sztucznych i zasobów naturalnych można mówić o mnóstwie korzyści, ale główna zaleta odnosi się do zauważenia jednego podstawowego faktu.

Znaczna większość wydobywanej ropy naftowej w skali światowej jest wykorzystywana bezpośrednio jako źródło energii i w dodatku 87% światowych zasobów jest spalana jako paliwo w transporcie lub jako źródło do wytwarzania energii na potrzeby ogrzewania, zasilania elektrycznego, itp.

Jeśli chodzi o zużycie ropy naftowej i gazu ziemnego w Europie, to wśród branż je konsumujących dominuje transport z udziałem 42%, potem są ogrzewanie, elektryczność i energia – 42%, przemysł chemiczny - 5% i właśnie przemysł tworzyw sztucznych - 4%.

Tworzywa sztuczne wykorzystują nie tylko zatem jedynie 4% wydobywanej ropy naftowej, ale także zasoby zużyte do ich produkcji są w różnych formach odzyskiwane. Oznacza to, że tworzyw sztuczne - mówiąc obrazowo – pożyczają jedynie te zasoby, a ich wartość energetyczna jest zwracana już po zakończeniu cyklu życiowego, czyli eksploatacji wyrobów z tworzyw. Jest to możliwe dzięki odpowiednim zagospodarowaniu odpadów, np. przetworzenia ich na paliwo alternatywne czy spalanie z odzyskiem energii.

Podział polimerów ze względu na własności cieplno - przetwórcze

Ze względu na właściwości cieplno – przetwórcze polimery (tworzywa sztuczne) dzieli się na termoplastyczne i utwardzalne.

Tworzywa termoplastyczne, czyli termoplasty są zdolne do wielokrotnego przechodzenia pod wpływem ciepła ze stanu stałego w stan plastyczny lub ciekły oraz odwrotnie bez istotnych zmian właściwości. Dzielimy je na bezpostaciowe (amorficzne) i częściowo krystaliczne.

W skład termoplastów wchodzą m.in. polietylen, polipropylen, kopolimery etylen – propylen i etylen winyl, polichlorek winylu, polistyren, ter polimer ABS, poliamidy, PMMA, poliwęglany, poliacetale, poliestry termoplastyczne.

Z kolei polimery utwardzalne (duroplasty) dzieli się na tworzywa termoutwardzalne i chemoutwardzalne. Mogą być przetwarzane tylko jednokrotnie ze względu na strukturę przestrzennie usieciowaną.

Tworzywo termoutwardzalne pod wpływem ciepła lub czynników fizycznych przekształca się nieodwracalnie w materiał usieciowany i nietopliwy. Do polimerów termoutwardzalnych należą fenoplasty i aminoplasty.

Tworzywa chemoutwardzalne pod wpływem środków chemicznych, tzn. utwardzaczy przekształcają się w materiał usieciowany i nietopliwy. Proces ten dokonuje się w temperaturze pokojowej lub podwyższonej. Do polimerów chemoutwardzalnych należą żywice poliestrowe i epoksydowe.