Tworzywa termoplastyczne – charakterystyka i zastosowanie

Tworzywa termoplastyczne to materiały, które zyskują na popularności w wielu sektorach przemysłu, dzięki swoim unikalnym właściwościom i wszechstronności zastosowań. Ich zdolność do kilkukrotnego przetwarzania i formowania pod wpływem ciepła sprawia, że są niezwykle przydatne w produkcji wielu przedmiotów. W tym artykule przedstawimy charakterystykę tworzyw termoplastycznych. Ponadto omówimy zastosowanie termoplastów i podamy przykłady tych materiałów. Zapraszamy!

Charakterystyka tworzyw termoplastycznych

Charakterystykę tworzyw termoplastycznych rozpoczniemy od przedstawienia ich struktury i składu chemicznego. Materiały te wyróżniają się liniową lub rozgałęzioną strukturą, która nie jest połączona sieciowaniem. To pozwala na ich wielokrotne przetwarzanie. Podstawą ich budowy są długie łańcuchy polimerowe, zdolne do swobodnego przesuwania się pod wpływem ciepła. To właśnie ta cecha umożliwia formowanie termoplastów bez utraty ich właściwości mechanicznych. Skład chemiczny tego typu tworzyw obejmuje głównie węgiel, wodór, tlen i inne pierwiastki wchodzące w skład różnych grup funkcyjnych. Struktura chemiczna tych materiałów może być modyfikowana. Opcja ta pozwala na uzyskanie specyficznych właściwości. Mowa tu np. o odporności na substancje chemiczne czy wytrzymałości mechanicznej.

Termoplasty cenione są za również za właściwości fizyczne i mechaniczne, ponieważ czynią je atrakcyjnymi w wielu zastosowaniach. Jedną z najważniejszych cech tych materiałów jest elastyczność. Dzięki niej możliwe jest formowanie skomplikowanych kształtów bez ryzyka pęknięć. Poza tym są odporne na uderzenia i wyróżniają się niską gęstością. Właściwości termiczne poszczególnych tworzyw pozwalają na obróbkę ich w różnych temperaturach, co zwiększa ich wszechstronność. Dodatkowo możliwość modyfikacji struktury termoplastów sprawia, że niektóre ich przykłady mają właściwości izolacyjne lub antypoślizgowe.

Procesy formowania termoplastów

Charakterystyka tworzyw termoplastycznych przekłada się na ich formowanie. Podczas obróbki najczęściej wykorzystuje się dwie metody – wtryskiwanie i wytłaczanie. Pierwszy sposób formowania termoplastów polega na podgrzaniu materiału, aż zmieni on stan na płynny. Następnie wstrzykuje się go pod wysokim ciśnieniem do formy, gdzie ulega schłodzeniu i utwardzeniu. Dzięki tej metodzie można produkować przedmioty o skomplikowanych kształtach z zachowaniem najwyższej precyzji. Z kolei wytłaczanie polega na przepuszczaniu stopionych termoplastów przez matrycę. To pozwala na uzyskiwanie długich elementów o stałym przekroju, w tym np. rur i profili.

Innymi sposobami na obróbkę wspomnianych materiałów jest formowanie próżniowe i termoformowanie. To zaawansowane techniki przetwarzania tworzyw termoplastycznych. Formowanie próżniowe polega na podgrzaniu arkusza materiału do stanu plastycznego, a następnie zasysaniu na formę za pomocą próżni. Proces ten umożliwia produkcję dużych, ale stosunkowo płytkich rzeczy. W ten sposób tworzy się np. obudowy maszyn i elementy karoserii samochodowej. Natomiast termoformowanie stanowi zaawansowaną formę tego procesu. Polega ono na użyciu dodatkowego ciśnienia lub mechanicznej pomocy w celu dokładniejszego odwzorowania szczegółów formy. Technika ta jest często wybierana przy wyrobie opakowań i pojemników.

Termoplasty – przykłady materiałów

Pod nazwą tworzywa termoplastyczne kryje się wiele materiałów. Różnią się one od siebie właściwościami, zastosowaniem, a także sposobem wytwarzania. Poniżej podamy przykłady najczęściej wykorzystywanych termoplastów i przedstawimy najważniejsze informacje na ich temat.

ABS

Akrylonitryl-butadien-styren to jeden z najpopularniejszych termoplastów. Jego główne zalety to wysoka wytrzymałość mechaniczna i odporność na uderzenia. Te cechy czynią go idealnym materiałem do produkcji obudów elektroniki, zabawek oraz elementów samochodowych. Charakterystyka tego tworzywa termoplastycznego obejmuje także dobrą stabilność wymiarową i odporność na działanie niektórych substancji chemicznych. ABS można łatwo formować, co pozwala na precyzyjne odwzorowanie detali. Ponadto materiał ten wyróżnia się stosunkowo niską ceną, co czyni go doskonałą opcją dla producentów, którzy szukają ekonomicznych rozwiązań.

Nylon

Materiał ten znany jest również jako poliamid (PA). Tego typu termoplast to przykład tworzywa, które ma szerokie zastosowanie w przemyśle. Ze względu na wyjątkową wytrzymałość na rozciąganie i odporność na ścieranie nylon jest wykorzystywany w produkcji włókien tekstylnych czy części maszyn. Materiał ten charakteryzuje się dobrą odpornością na chemikalia, co pozwala na jego użycie w trudnych warunkach środowiskowych. Poliamid można łatwo przetwarzać za pomocą różnych metod formowania, dzięki czemu nadaje się do wyrobu skomplikowanych komponentów.

Akryl

To tworzywo znane też pod nazwą polimetakrylan metylu (PMMA). Akryl ceniony jest za odporność na działanie warunków atmosferycznych i przezroczystość. Dodatkowo cechuje się dużą wytrzymałością na uderzenia i niewrażliwością na promieniowanie UV. Dzięki temu jest doskonałym zamiennikiem szkła. Mówiąc o charakterystyce tego tworzywa termoplastycznego, nie można zapomnieć o tym, że łatwo się go formuje i obrabia poprzez stosowanie takich metod jak wtryskiwanie i termoformowanie.

Polietylen

To jedno z najczęściej wykorzystywanych tworzyw sztucznych na całym świecie. Materiał ten znany jest ze swojego wszechstronnego zastosowania i niskiego kosztu produkcji. Charakterystyka tego tworzywa termoplastycznego obejmuje przede wszystkim dobrą odporność chemiczną, elastyczność i izolacyjność elektryczną. Poza tym polietylen (PE) jest niewrażliwy na niskie temperatury i wilgoć. Warto podkreślić, że wyróżnia się kilka rodzajów tego materiału. Do najpopularniejszych należą HDPE (polietylen wysokiej gęstości) i LDPE (polietylen niskiej gęstości). Pierwszy z nich jest używany w produkcji np. rur, pojemników i zabawek, natomiast drugi z wymienionych sprawdza się w przypadku wyrobu folii i opakowań. Zaletą polietylenu jest łatwa obróbka.

Poli(tereftalan etylenu)

Jego inna nazwa, z którą często się spotykamy, to PET. Materiał ten jest jednym z najbardziej rozpoznawalnych tworzyw termoplastycznych, ponieważ powszechnie stosuje się go do produkcji butelek do napojów. Poli(tereftalan etylenu) charakteryzuje się świetną wytrzymałością mechaniczną i odpornością na substancje chemiczne. Oprócz tego cechuje się przejrzystością. PET można formować pod wpływem ciepła, tworząc dowolne kształty przy minimalnych stratach materiału.

Poli(chlorek winylu)

Znany jest także pod nazwą PVC. Zaliczany jest do najchętniej używanych w przemyśle termoplastów. Przykładem jego zastosowania mogą być drzwi, okna, wykładziny podłogowe czy rury. Materiał ten charakteryzuje się wyjątkową odpornością na czynniki pogodowe i chemikalia. Poli(chlorek winylu) można łatwo modyfikować za pomocą plastyfikatorów, co pozwala na zmianę jego elastyczności. Co więcej, PVC jest odporny na działanie ognia, a do tego cechuje się niewielką przewodnością cieplną. Do zalet tego materiału zalicza się też łatwość obróbki, trwałość, niska cena i możliwość recyklingu.

Polipropylen

Materiał ten, określany także nazwą PP, jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw termoplastycznych dostępnych na rynku. Znany jest on z dużej wytrzymałości i odporności na działanie substancji chemicznych. Dzięki niskiemu ciężarowi i doskonałym właściwościom mechanicznym polipropylen sprawdza się w wielu branżach – od produkcji opakowań, przez części samochodowe, po sprzęt AGD. PP wyróżnia się też odpornością na wilgoć, co sprawia, że można go używać do wytwarzania rur i zbiorników. Do atutów tego materiału zalicza się także łatwą obróbkę i możliwość jego ponownego przetworzenia.

Poliwęglan

To tworzywo termoplastyczne znane z dużej wytrzymałości i przejrzystości. Oprócz tego charakteryzuje się odpornością na uderzenia. To sprawia, że poliwęglan (PC) używany jest do wyrobu osłon ochronnych i elementów konstrukcyjnych. Ponadto sprawdzi się w branży motoryzacyjnej czy lotniczej. Często materiał ten stanowi zamiennik szkła. PC wytrzymuje wysokie temperatury i promieniowanie UV, a dodatkowo nie jest trudny w obróbce i nadaje się do recyklingu.

Polistyren

To popularne tworzywo termoplastyczne, które cenione jest głównie za wszechstronność i łatwość przetwarzania. Polistyren (PS) wyróżnia się sztywnością i przezroczystością (jednak może być też barwiony), a do tego jest lekki. Dzięki temu dobrze nadaje się do produkcji opakowań i jednorazowych naczyń. Charakteryzuje go także ograniczona odporność na chemikalia i wysokie temperatury, dlatego nie można z niego korzystać w każdych warunkach. PS w spienionej formie znany jest jako styropian. W takiej postaci używany jest zazwyczaj w branży budowlanej do wykonywania izolacji termicznych budynków.

Termoplasty – przykłady zastosowania tworzyw termoplastycznych

Termoplasty używane są w wielu dziedzinach przemysłu. Wpływ na to mają ich znakomite właściwości, a także niska cena w porównaniu do innych materiałów dostępnych na rynku. Poniżej przedstawimy kilka branż, w jakich z powodzeniem wykorzystuje się tworzywa termoplastyczne.

Przemysł motoryzacyjny

Ze względu na swoją charakterystykę tworzywa termoplastyczne odgrywają ważną rolę w przemyśle motoryzacyjnym. W tym przypadku ceniona jest ich lekkość i wytrzymałość, ponieważ cechy te przyczyniają się do redukcji masy pojazdów. Materiały takie jak ABS, polipropylen czy poliamid są powszechnie stosowane do produkcji zderzaków, paneli wewnętrznych, desek rozdzielczych, przewodów paliwowych czy elementów silników. Warto podkreślić, że odporność na uderzenia i elastyczność termoplastów sprawia, że części z nich zrobione absorbują energię w przypadku kolizji. Dodatkowo wspomniane materiały dobrze wyglądają.

Budownictwo i infrastruktura

W tych sektorach tworzywa termoplastyczne odgrywają coraz większą rolę. Wpływ na to mają właściwości materiałów, a w szczególności ich trwałość, lekkość, odporność na korozję i działanie czynników pogodowych. Polietylen, polipropylen i poli(chlorek winylu) często wykorzystuje się do produkcji rur wodociągowych, gazowych i kanalizacyjnych. Co więcej, PVC stosowany jest do wyrobu okien, drzwi i paneli ściennych, ponieważ zapewnia odpowiednią izolację termiczną i dźwiękową. Termoplasty są też używane na zewnątrz. Przykład takiego zastosowania mogą stanowić rynny. Warto zaznaczyć, że niska waga tego typu tworzyw ułatwia ich transport i montaż, a to przekłada się na niższe koszty prac budowlanych.

Medycyna i technologie medyczne

Charakterystyka tworzyw termoplastycznych sprawia, że znalazły one zastosowanie również w branży medycznej. Nadają się one do produkcji sprzętu medycznego jednorazowego użytku, w tym np. strzykawek, rurek infuzyjnych, rękawiczek, opakowań farmaceutycznych czy precyzyjnych narzędzi diagnostycznych. Termoplastów używa się też w protetyce i ortotyce. Współczesne technologie druku 3D, oparte na tworzywach termoplastycznych, pozwalają na szybką produkcję spersonalizowanych implantów i modeli anatomicznych.

Tworzywa termoplastyczne – podsumowanie

Tworzywa termoplastyczne od wielu lat cieszą się dużą popularnością. Są wykorzystywane na szeroką skalę w rozmaitych dziedzinach przemysłu, w tym w motoryzacji, budownictwie czy medycynie. Z materiałów tych można stworzyć rozmaite elementy, z których korzystamy na co dzień. Mamy nadzieję, że dzięki naszemu wpisowi będziesz odróżniał poszczególne rodzaje termoplastów i zyskasz wiedzę o tym, dlaczego są one tak powszechnie używane.