Przegląd. Konstrukcyjne tworzywa sztuczne – czyli jakie?

Tworzywa sztuczne są obecne na rynku od stosunkowo niedawna. Choć pierwsze z nich opracowano w drugiej połowie XIX wieku, to dopiero około sto lat później zaczęto je stosować w przemyśle na dużą skalę. Przez lata powstało wiele typów tworzyw konstrukcyjnych, różniących się między sobą składem oraz właściwościami. Specyficzną ich kategorię stanowią tworzywa konstrukcyjne. Czym się one charakteryzują? Jakie można wyróżnić ich rodzaje?

Ogólna charakterystyka tworzyw konstrukcyjnych

Konstrukcyjne tworzywa sztuczne to nic innego jak tworzywa, które dzięki swym właściwościom znajdują zastosowanie w produkcji różnego rodzaju elementów konstrukcyjnych maszyn i budowli – np. kół zębatych, uszczelek, tulei, prowadnic. Różnice ich składów przekładają się na zróżnicowane pod względem parametrów fizycznych i chemicznych, generalnie jednak tworzywa konstrukcyjne wyróżnia:

• niska gęstość – oznacza, że są one bardzo lekkie,
• wysoka wytrzymałość mechaniczna – tworzywa konstrukcyjne dobrze radzą sobie z dużymi obciążeniami oraz urazami mechanicznymi,
• termoplastyczność – tworzywa sztuczne przy odpowiednio wysokich temperaturach stają się plastyczne, co umożliwia ich formowanie,
• podatność na obróbkę – w niskich temperaturach mogą one być obrabiane przy pomocy metod takich jak frezowanie, toczenie, cięcie. Niektóre z nich można nawet spawać;
• wysoka odporność chemiczna – w zależności od gatunku, tworzywa sztuczne mogą wykazywać odporność na kontakt z kwasami, zasadami, smarami, olejami, rozpuszczalnikami,
• niepodatność na działanie wody – tworzywa sztuczne nie ulegają korozji, nie niszczeją pod wpływem wody, nie wchodzą z nią w reakcje chemiczne,
• odporność na działanie czynników atmosferycznych – takich jak niskie i wysokie temperatury, promieniowanie ultrafioletowe, opady deszczu i śniegu,
• łatwa pielęgnacja – tworzywa konstrukcyjne doskonale nie muszą być zabezpieczane przed środowiskiem zewnętrznym, ich konserwacja ograniczać się może do czyszczenia przy pomocy wody.

To wszystko powoduje, że tworzywa konstrukcyjne są bardzo konkurencyjne dla innych materiałów stosowanych w przemyśle, przede wszystkim metali. Ich atrakcyjność dodatkowo podnosi fakt, że są tanie, a wiele z nich może być poddawanych recyklingowi.

Polipropylen (PP)

Uzyskiwany jest w wyniku polimeryzacji propenu. Wyróżnia go przede wszystkim jego wysoka elastyczność oraz bardzo mała – w porównaniu do innych polimerów – gęstość. Jest ponadto bezwonny, bezbarwny i całkowicie nietoksyczny. Z tego powoduje powodu znajduje on zastosowanie przede wszystkim w branży spożywczej jako surowiec do produkcji opakowań. Jako tworzywo konstrukcyjne stosowane jest do produkcji elementów obecnych między innymi w sprzętach AGD, sprzętach laboratoryjnych oraz samochodach i innych pojazdach.

Poliamid (PA)

Szerzej znany jako nylon, produkowany jest w procesie polikondensacji kwasy adypinowego oraz heksametylenodiaminy. Wśród tworzy konstrukcyjnych wyróżniają go właściwości mechaniczne, czyli wysoka odporność na uszkodzenia w wyniku uderzeń i rozciągania, niewielki współczynnik tarcia, świetnie właściwości ślizgowe, zdolność tłumienia drgań oraz niepodatność na wysokie temperatury. Wykorzystuje się go do produkcji szerokiego wachlarza części takich jak tuleje, koła zębate, prowadnice, łożyska i wiele innych.

Poliwęglan (PC)

Jest bardzo przezroczysty, wytrzymały, odporny na uderzenia, a przy tym lekki – dlatego jest stosowany między innymi jako zamiennika szkła w konstrukcjach takich jak świetliki używane w obiektach przemysłowych do doświetlania wnętrz. Ponadto wytwarza się z niego przezroczyste osłony i obudowy i inne elementy obecne między innymi w sprzętach AGD czy elektronice.

Teflon (PTFE)

W nomenklaturze chemicznej znany jest jako poli(tetrafluoroetylen). Jego najbardziej charakterystyczną właściwością jest to, że nie przywierają do niego zanieczyszczenia – z tego powodu powszechnie stosowany jest do wykonywania powłok ochronnych naczyń kuchennych. Poza tym odznacza się wyjątkową jak na tworzywa sztuczne odpornością na zarówno wysokie, jak i niskie temperatury (zakres, w jakim może być stosowany wynosi od -200 do nawet 260 stopni C), a także znakomitą odpornością chemiczną – jest niepodatny na działanie nawet bardzo silnych rozpuszczalników. To czyni z niego właściwie idealny materiał do produkcji elementów mających kontakt z substancjami chemicznymi czy gorącą wodą, np. uszczelek czy przewodów.  

Polietylen (PE)

Ceniony jest przede wszystkim ze względu na swoje właściwości skrawające, co oznacza że świetnie nadaje się do obróbki w procesach frezowania, toczenia czy cięcia. Ponadto odznacza się dużą odpornością chemiczną i niepodatnością na działanie niskich temperatur. Występuje on w kilku odmianach:

• PE 300,
• PE 500,
• PE 1000.

Im wyższy numer, tym większa odporność mechaniczna tworzywa - PE 300 to polietylen o najdelikatniejszej strukturze; PE 1000 odznacza się z kolei największą gęstością. To przekłada się na ich specyficzne zastosowanie. Podczas gdy PE 300 używany jest w produkcji komponentów takich jak obudowy, z polietylenu PE 1000 wytwarza się elementy maszyn poddawanych wyższemu obciążeniu, na przykład prowadnic czy ślimaków.