PRZETWÓRSTWO TWORZYW POLYMER PROCESSING. Nr 4 (160) / 20 LIPIEC SIERPIEŃ 2014 R. PRZETWÓRSTWO TWORZYW

Transkrypt

1 PRZETWÓRSTWO TWORZYW Czasopismo naukowo-techniczne. Ukazuje się od 1994 r. Czasopismo publikuje artykuły recenzowane. Czasopismo punktowane, notowane na ogólnokrajowej liście B MNiSzW. Wersja drukowana jest podstawową (referencyjną) wersją czasopisma. Skrót nazwy czasopisma w j. polskim PT Rada Programowa: Przewodniczący: prof. Robert Sikora Politechnika Lubelska, Polska/Poland Członkowie: prof. Marek Bieliński Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz, Polska/Poland prof. Elżbieta Bociąga, Politechnika Częstochowska, Polska/Poland dr Krzysztof Bortel, Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, O/Gliwice, Polska/Poland prof. Michael Bratychak, Lviv Polytechnic National University, Lwów, Ukraina/Ukraine prof. Jarosław Diakun, Politechnika Koszalińska, Polska/Poland prof. Józef Flizikowski, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz, Polska/Poland prof. József Gál, University of Szeged, Hungary/Węgry prof. František Greškovič, Technical University of Kosice, Słowacja/Slovakia dr Przemysław Hruszka, firma Wavin-Metalplast, Buk, Polska/Poland mgr Janusz Jastrzębski Basell Orlen Polyolefins Płock, Polska/Poland Simone Maccagnan, Gimac Castronno, Włochy/Italy prof. Antonio Torres Marques, Universidade do Porto, Porto, Portugalia/Portugal prof. Janusz W. Sikora, Politechnika Lubelska, Polska/Poland Thomas Simoner HOBAS, Austria dr Joachim Stasiek, Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Toruń, Polska/Poland prof. Tomasz Sterzyński, Politechnika Poznańska, Polska/Poland prof. Oleg Stoianov, Kazan National Research Technological University, Kazań, Rosja/Russia prof. Oleh Suberlyak, Lviv Polytechnic National University, Lwów, Ukraina/Ukraine prof. Gabriel Wróbel, Politechnika Śląska, Gliwice, Polska/Poland prof. Gennady E. Zaikov, Russian Academy of Sciences, Moskwa, Rosja/Russia prof. Marian Żenkiewicz, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego, Bydgoszcz, Polska/Poland Wydawca: Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu Toruń, ul. M. Skłodowskiej-Curie 55 Tel./fax: 56 / Kontakt: Sekretariat@impib.pl; Mirosława Lubańska Redaguje zespół: Redaktor Naczelny: mgr inż. Henryk Tomanek Z-ca Red. Naczelnego: mgr inż. Błażej Chmielnicki Redaktorzy do spraw językowych: Jacek Leszczyński, IMPiB Toruń, j.leszczynski@impib.pl, (j. polski) Willem Jacobus Lowne-Hughes, SJ Quaderno wjlownehughes@yahoo.co.uk (j. angielski) Redaktor tematyczny: Dr Krzysztof Bortel, IMPiB OFiT Gliwice, k.bortel@impib.pl Kolportaż: Bogumiła Klimczyk Adres Redakcji: Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu, Oddział Farb i Tworzyw w Gliwicach Gliwice, ul. Chorzowska 50 A tel.: 32/ , fax: 32/ h.tomanek@impib.pl, gp@impib.pl PRZETWÓRSTWO TWORZYW POLYMER PROCESSING CZASOPISMO NAUKOWO-TECHNICZNE POŚWIĘCONE PROBLEMOM PRZETWÓRSTWA TWORZYW POLIMEROWYCH Nr 4 (160) / 20 LIPIEC SIERPIEŃ 2014 R.

2 274 Spis treœci Od Redakcji 275 Kamil ELAZEK, Janusz W. SIKORA, Ivan GAJDOS W³aœciwoœci i przetwarzalnoœæ kompozytów polipropylenowych a rodzaj i iloœæ nape³niacza. Czêœæ I. Charakterystyka badañ 276 W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ Technologiczne aspekty wytwarzania zbiorników wielkogabarytowych z tworzyw polimerowych 284 Mateusz CHYRA Badania w³aœciwoœci rur po procesie starzenia elektrochemicznego 293 Bogdan LANGIER, Krzysztof WERNER, W³odzimierz BARANOWSKI Modyfikacje betonu dodatkiem rozdrobnionego polipropylenu 299 Beata UKASIEWICZ, Iwona ZARZYKA Pianki o obni onej palnoœci modyfikowane grupami oksamidowymi i kwasem borowym 305 Magdalena MACIEJEWSKA, Filip WALKIEWICZ, Marian ZABORSKI Nowe przyœpieszacze wulkanizacji elastomerów 312 Anna RUDAWSKA, Katarzyna G OGOWSKA Analiza porównawcza wytrzyma³oœci po³¹czeñ klejowych wykonanych przy u yciu klejów epoksydowych 320 Anna RUDAWSKA, Ewelina KASPEREK Wytrzyma³oœæ po³¹czeñ klejowych utwardzanych w podwy szonej temperaturze 326 Anna RUDAWSKA, Beata KOWALSKA Wybrane zagadnienia klejenia rur z polichlorku winylu stosowanych w instalacjach wodoci¹gowych 332 Zenon TARTAKOWSKI, Mateusz KOSYL, Justyna LEWANDOWSKA-KOSYL Odpornoœæ ogniowa kompozytów EVA modyfikowanych grafitem ekspanduj¹cym 340 Zenon TARTAKOWSKI, Justyna LEWANDOWSKA-KOSYL, Mateusz KOSYL W³aœciwoœci przetwórcze kompozytów polipropylenowych modyfikowanych grafitem ekspandowanym 344 Oliwia TRZASKA, Anna DMITRUK, ukasz KORNACKI, Roman M. WRÓBLEWSKI, Jacek W. KACZMAR Zastosowanie ywic epoksydowych jako warstw pro-adhezyjnych w wytwarzaniu kompozytów polimer-metal metod¹ wtryskiwania 349 Dominik GRZESICZAK, Przemys³aw POSTAWA W³aœciwoœci materia³ów pochodz¹cych z recyklingu pojazdów na przyk³adzie zbiorników paliwowych z PE-HD poddanych wielokrotnemu przetwórstwu 356 Wskazówki dla Autorów 364

3 275 Od Redakcji Szanowni Czytelnicy, Bie ¹cy, czwarty numer Przetwórstwa Tworzyw ukazuje siê w okresie urlopów (lipiec sierpieñ) choæ w œrodowisku zarówno przemys³owym, jak i naukowo-badawczym nie za wiele oznak zwolnienia tempa. Uczelnie wy sze, tradycyjnie przecie korzystaj¹ce w tym okresie z wakacji wykorzystuj¹ ten czas np. na prace organizacyjne konferencji naukowych, które rozpoczn¹ siê ju we wrzeœniu. W³aœnie we wrzeœniu, w dniach od 22 do 24 odbêdzie siê II Konferencja Naukowo-Techniczna p.t. Polimery Nauka Przemys³ organizowana przez Zak³ad Przetwórstwa Polimerów Instytutu Technologii Mechanicznych Politechniki Czêstochowskiej. Konferencja zorganizowana bêdzie w Hotelu Wodnik *** w miejscowoœci S³ok ko³o Be³chatowa. Zamierzeniem konferencji, jak pisz¹ jej Organizatorzy jest wspólny, czynny udzia³ przedstawicieli nauki oraz przedsiêbiorstw przemys³u przetwórstwa tworzyw polimerowych polegaj¹cy na wymianie doœwiadczeñ zawodowych, przedstawieniu problematyki podejmowanej w badaniach oraz realizowanej w przemyœle. Komitetowi naukowemu konferencji przewodniczy prof. dr hab. in. El bieta Boci¹ga, Komitetem Organizacyjnym kieruje dr hab. in. Dariusz Kwiatkowski, prof. PCz. W bie ¹cym numerze naszego czasopisma zamieszczono pierwsz¹ czêœæ artyku³ów, które nastêpnie wyg³oszone bêd¹ na konferencji, czêœæ druga artyku³ów konferencyjnych zamieszczona zostanie w numerze 5/14 Przetwórstwa Tworzyw. Zapraszamy serdecznie do lektury. Redakcja

4 276 Kamil ELAZEK, Janusz W. SIKORA, Ivan GAJDOS Kamil ELAZEK, 1), JanuszW. W. SIKORA, Ivan 2), Ivan GAJDOS 3) 1) Inergy Automotive Systems, ul. Budowlana 28, Lublin; 2) Politechnika Lubelska, Katedra Procesów Polimerowych, ul. Nadbystrzycka 36, Lublin; 3) Technical University of Kosice, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Technologies and Materials, Kosice, Slovakia; W³aœciwoœci i przetwarzalnoœæ kompozytów polipropylenowych a rodzaj i iloœæ nape³niacza. Czêœæ I. Charakterystyka badañ Streszczenie: Wraz ze wzrostem zastosowañ wyrobów z tworzyw polimerowych z ró nego rodzaju nape³niaczami, poznanie w³aœciwoœci przetwórczych uzyskanych kompozytów jest niezbêdne w celu opracowania efektywnego i wydajnego procesu przetwórstwa, jak i uzyskania wyrobów finalnych o za³o onej jakoœci. W niniejszej czêœci publikacji przedstawiono metodykê badañ wp³ywu nape³niacza w postaci w³ókna szklanego, kredy i talku w ró nych iloœciach masowych na wtryskiwalnoœæ oraz w³aœciwoœci mechaniczne (twardoœæ, udarnoœæ, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie) i temperaturê ugiêcia pod obci¹ eniem kompozytu polipropylenowego. Zaprezentowano stanowiska badawcze, opisano tworzywo badane, okreœlono czynniki badanych oraz technikê prowadzenia badañ. Otrzymane wyniki badañ oraz ich interpretacja zosta³y opisane w drugiej czêœci publikacji. PROPERTIES AND PROCESABILITY OF POLYPROPYLENE COMPOSITES VS. THE KIND AND QUANTITY OF FILLER. PART I. CHARACTERISTIC OF THE RESEARCH Summary: With the increase of using polymeric products with various types of fillers, it is necessary to get to know the processing properties of the obtained composites in order to develop a more efficient and effective manufacturing process and obtain a predetermined final product quality. The present part of the publication describes the methodology of the research of the effect of fillers in the form of fiber glass, chalk and talc in various mass quantities on material processability and mechanical properties (hardness, impact, tensile strength) as well as heat deflection temperature of polypropylene composite. The received research results and their interpretation were described in the second part of the publication. Wstêp Sk³adniki dodatkowe dodawane do tworzyw w procesach przetwórstwa mo na podzieliæ na dwie grupy: nape³niacze oraz œrodki pomocnicze [1, 2]. Nape³niacze to dodatkowe materia³y (np. w³ókno szklane, talk, kreda) wprowadzane w stanie sta³ym do tworzywa, celowo i w œciœle okreœlonej iloœci [3 6]. Stosuje siê je w celu obni enia kosztów produkcji oraz poprawy w³aœciwoœci mechanicznych, cieplnych i innych [3, 7]. W³aœciwoœci mechaniczne okreœlaj¹ zdolnoœæ materia³u do przenoszenia obci¹ eñ i s¹ okreœlane m.in. poprzez pomiary twardoœci, udarnoœci oraz np. próby statycznego rozci¹gania. W³aœciwoœci cieplne tworzyw polimerowych to m.in. przewodnoœæ cieplna i temperatury znamionowe oraz temperatury u ytkowania. Temperatury u ytkowania wyznaczane s¹ czêsto metodami doœwiadczalnymi, polegaj¹cymi na pomiarze temperatury, w której pod wp³ywem danego obci¹ enia wyst¹pi¹ za³o one wczeœniej odkszta³cenia próbki tworzywa [6, 8 11].

5 W³aœciwoœci i przetwarzalnoœæ kompozytów polipropylenowych a rodzaj i iloœæ nape³niacza. Czêœæ I. Charakterystyka badañ 277 Twardoœæ tworzyw polimerowych rozumiana jest jako opór stawiany przez tworzywo, podczas pionowego wciskania wg³êbnika w jego powierzchniê. Jedn¹ z metod pomiaru twardoœci jest metoda Shore a, której wyniki wyra ane s¹ w umownych jednostkach Sh dla ró nych skali twardoœci. Wynik 0 oznacza najwiêksze zag³êbienie wg³êbnika, a zatem najmniejsz¹ twardoœæ, natomiast 100 oznacza zerowe zag³êbienie czyli twardoœæ najwiêksz¹ dla danej skali [6, 12]. Poznanie w³aœciwoœci przetwórczych tworzywa, w tym jego przetwarzalnoœci jest niezbêdne w celu uzyskania wyrobów o ¹danej, wysokiej jakoœci. Przetwarzalnoœæ okreœlana za pomoc¹ wskaÿników przetwarzalnoœci, definiowana jest jako podatnoœæ tworzywa na zmiany w³aœciwoœci, struktury, wymiarów i kszta³tu podczas przetwórstwa [11, 13 15]. WskaŸniki wyznaczane za pomoc¹ specjalnych narzêdzi przetwórczych, przy u yciu maszyn przetwórczych, nazywane s¹ bezpoœrednimi wskaÿnikami przetwarzalnoœci [11]. Metoda gniazda spiralnego jest jedn¹ z metod oznaczania bezpoœrednich wskaÿników przetwarzalnoœci i polega na otrzymaniu wypraski wtryskowej w kszta³cie spirali np. Archimedesa, której d³ugoœæ jest miar¹ tego wskaÿnika. Wypraskê otrzymuje siê przy u yciu doœwiadczalnej formy wtryskowej, w której przekrój poprzeczny kana³u ma zazwyczaj kszta³t pó³kola o polu przekroju od 5 do 35 mm 2 i d³ugoœci mog¹cej wynosiæ do 2,5 m i wiêcej [11, 15]. Udarnoœæ definiowana jest jako odpornoœæ tworzywa na dzia³anie obci¹ eñ zginaj¹cych dzia³aj¹cych w bardzo krótkim czasie. Okreœla siê j¹ jako pracê zu yt¹ do dynamicznego z³amania próbki tworzywa, odniesion¹ do jej pocz¹tkowego pola przekroju poprzecznego lub odniesion¹ do gruboœci próbki. Metoda Charpy ego okreœla udarnoœæ podpartej na dwóch podporach, poziomo i swobodnie, umieszczonej próbki z karbem lub bez karbu, na skutek uderzenia wahad³a swobodnego [2, 6]. Badania wytrzyma³oœciowe, g³ównie statyczne œciskanie i rozci¹ganie, przeprowadza siê z u yciem maszyn wytrzyma³oœciowych. Statyczne rozci¹ganie pozwala na wyznaczenie naprê eñ rozci¹gaj¹cych przy dowolnym odkszta³ceniu, naprê eñ rozci¹gaj¹cych przy zerwaniu czy oznaczeniu granicy plastycznoœci tworzywa. Statyczne rozci¹ganie pozwala równie na wyznaczenie modu³u Youngu tworzywa, jako stosunku ró nicy wartoœci naprê- enia ( 2-1 ) do odpowiadaj¹cej temu ró nicy wartoœci odkszta³ceñ ( 2 1, gdzie 1 = 0,05% i 2 = 0,2%) [2, 5, 6]. Celem przedstawionych w dalszym tekœcie badañ jest okreœlenie metod¹ gniazda spiralnego wtryskiwalnoœci nape³nionych kompozytów polipropylenowych oraz w³aœciwoœci mechanicznych, jakimi s¹ twardoœæ, udarnoœæ i wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, a tak e temperatury ugiêcia pod obci¹ eniem tych kompozytów w zale noœci od rodzaju i iloœci nape³niacza. CZÊŒÆ DOŒWIADCZALNA Stanowisko badawcze W celu uzyskania niezbêdnych do badañ wyprasek wtryskowych u yto wtryskarki œlimakowej CS-88/63 (rys. 1), nale ¹cej do Kate- Rys. 1. Wtryskarka œlimakowa CS 88/63: 1 uk³ad narzêdziowy, 2 uk³ad napêdowy, 3 uk³ad uplastyczniaj¹cy Fig. 1. Screw injection moulding machine CS 88/63: 1 tool system, 2 power transmission system, 3 plasticizing system

6 278 Kamil ELAZEK, Janusz W. SIKORA, Ivan GAJDOS dry Procesów Polimerowych Politechniki Lubelskiej. Do najwa niejszych parametrów technicznych wtryskarki podanych przez producenta nale ¹: d³ugoœæ czêœci roboczej œlimaka 720 mm, œrednica œlimaka 36 mm, d³ugoœæ ca³kowita œlimaka 880 mm, maksymalna si³a zamykania formy 630 kn, maksymalne ciœnienie wtryskiwania 120 MPa, maksymalna wysokoœæ formy 250 mm oraz moc grzejników elektrycznych 3,6 kw. Wtryskarka ma 4 strefy grzewcze rozmieszczone wzd³u d³ugoœci uk³adu uplastyczniaj¹cego. W badaniach wykorzystano dwie formy wtryskowe. Jedna z nich to specjalna forma wtryskowa z gniazdem spiralnym (rys. 2a). Druga forma ma gniazdo formuj¹ce o kszta³cie i wymiarach próbek do badañ wytrzyma³oœciowych (rys. 2b). Utrzymanie sta³ej temperatury formy zapewnia³o urz¹dzenie termostatuj¹ce, do którego pod³¹czono formê. Spiralne gniazdo formuj¹ce znajduj¹ce siê w p³ycie formuj¹cej ma kszta³t spirali Archimedesa. D³ugoœæ spirali wynosi 2700 mm. Pole przekroju poprzecznego spirali ma kszta³t pó³kola i wynosi 18 mm 2. Uk³ad przep³ywowy formy sk³ada siê z kana³u wlewowego, centralnego sto kowego i kana³u doprowadzaj¹cego. Kana³ wlewowy, centralny, sto kowy o d³ugoœci 40 mm, œrednicy minimalnej sto ka 3,80 mm i œrednicy maksymalnej sto ka 9,30 mm jest wspó³osiowy z dysz¹ wtryskarki. Kana³ doprowadzaj¹cy spe³nia funkcjê gniazda formuj¹cego. Na ca³ej d³ugoœci kana³u spiralnego, w sta³ym odstêpie 10 mm od siebie, wykonane s¹ znaki punktowe u³atwiaj¹ce odczyt d³ugoœci otrzymanej wypraski. D³ugoœæ ta jest miar¹ zdolnoœci tworzywa do przep³ywu i wype³nienia formy [13]. Wymiary gniazd formuj¹cych dla próbek do pomiarów wytrzyma³oœciowych wynosz¹: d³ugoœæ 150 mm, szerokoœæ od 10 do 20 mm, g³êbokoœæ 4 mm. W czêœci ruchomej formy, bezpoœrednio w gnieÿdzie s¹ umiejscowione wypychacze. S¹ to wypychacze trzpieniowe o dzia³aniu punktowym i œrednicy 6 mm. Do przeprowadzenia pomiaru twardoœci wykorzystano metodê Shore a. U yto twardoœciomierza typu D, przeznaczonego do materia- ³ów twardych, zamocowanego na statywie (rys. 3). Twardoœciomierz obci¹ ono odwa nikiem o masie 5 kg, wspó³osiowo w stosunku Rys. 2. Wygl¹d podzespo³u ruchomego formy wtryskowej z widoczn¹ wyprask¹: a) z gniazdem spiralnym, b) z gniazdem do otrzymywania próbek do pomiarów wytrzyma³oœciowych; 1 p³yta mocuj¹ca, 2 p³yta g³ówna, 3 prowadnice s³upowe, 4 gniazdo formuj¹ce, 5 p³yta formuj¹ca, 6 czujnik temperatury Fig. 2. Appearance of the movable injection mold component with a visible molding part: a) with a spiral nest, b) with a nest to receive samples of strength; 1 mounting plate, 2 main plate, 3 guides, 4 cavity, 5 forming plate, 6 temperature sensor

7 W³aœciwoœci i przetwarzalnoœæ kompozytów polipropylenowych a rodzaj i iloœæ nape³niacza. Czêœæ I. Charakterystyka badañ 279 Rys. 3. Stanowisko do pomiaru twardoœci metod¹ Shore a: 1 statyw, 2 urz¹dzenie pomiarowe, 3 odwa nik, 4 g³owica pomiarowa Shore a typu D, 5 podstawa, 6 stó³ pomiarowy Fig. 3. Station to measure the hardness by Shore method: 1 tripod, 2 measuring device, 3 weight, 4 measure head type D, 5 base, 6 measuring table Rys. 4. Schemat wg³êbnika twardoœciomierza Shore a: 1 stopka dociskowa, 2 wg³êbnik, a ca³kowite wysuniêcie 2,5 ± 0,04 mm Fig. 4. The indenter Shore scheme: 1 presser foot, 2 indenter, a full extension of 2.5 ± 0.04 mm do koñcówki wg³êbnika. Twardoœciomierz sk³ada siê ze stopki dociskowej z otworem o œrednicy 3 ± 0,5mm, umieszczonym w jej œrodku odleg³ym co najmniej o 6 mm od ka dej krawêdzi stopki. Wg³êbnik wykonany jest ze stalowego, hartowanego prêta o œrednicy 1,25 ± 0,15 mm, k¹cie sto ka 30 ± 1 deg i zaokr¹gleniu wierzcho³ka sto ka o promieniu R 0,1 ± 0,01 mm (rys. 4). Wyniki wyœwietlane s¹ na wyœwietlaczu urz¹dzenia pomiarowego pod- ³¹czonego do twardoœciomierza. Do pomiarów udarnoœci wykorzystano m³ot Charpy ego firmy Comtech Testing Machines CO. LTD przedstawiony na rysunku 5. G³ównymi elementami urz¹dzenia s¹ noœniki energii w postaci g³owicy udarowej zamontowanej na wahadle oraz uchwyt próbki. Urz¹dzenie wyposa one jest w panel steruj¹cy umo liwiaj¹cy wprowadzenie danych wejœciowych i cyfrowy wyœwietlacz. Do pomiarów wytrzyma³oœci na rozci¹ganie u yto maszyny wytrzyma³oœciowej firmy Rys. 5. M³ot Charpy ego: 1 obudowa, 2 panel steruj¹cy, 3 uchwyt próbki, 4 wahad³o, 5 g³owica udarowa Fig. 5. Impact tester for Charpy: 1 body, 2 control panel, 3 sample holder, 4 pendulum, 5 head impact Zwick Roell Z010 (rys. 6). Urz¹dzenie charakteryzuje siê najwiêkszym obci¹ eniem testowym wynosz¹cym 10 kn, przestrzeni¹ pomiarow¹ o wymiarach mm, maksymaln¹ prêdkoœci¹ obci¹ ania próbki 2000 mm/min, urz¹dzenie jest wyposa one w uch-

8 280 Kamil ELAZEK, Janusz W. SIKORA, Ivan GAJDOS Rys. 6. Fragment maszyny wytrzyma³oœciowej firmy Zwick Roell Z prowadnice, 2 stó³ ruchomy, 3 uchwyt próbki, 4 stó³ nieruchomy, 5 panel steruj¹cy, 6 stanowisko komputerowe Fig. 6. A fragment of the testing machine Zwick Roell Z guides, 2 moving table, 3 sample holder, 4 fixed table, 5 control panel, 6 computer wyty œrubowe do mocowania próbki. Maszyna wytrzyma³oœciowa po³¹czona jest z komputerem klasy PC wyposa onym w oprogramowanie firmy Zwick Roell, gdzie s¹ rejestrowane i przetwarzane wyniki pomiarów. Do pomiarów temperatury ugiêcia pod obci¹ eniem u yto urz¹dzenia firmy Instron Ceast HV3 po³¹czonego z komputerem klasy PC (rys. 7). Urz¹dzenie umo liwia badania temperatury HDT oraz wskaÿnika Vicata materia³ów termoplastycznych. Wyposa one jest w trzy niezale ne stacje pomiarowe. Ka da ze stacji posiada czujnik temperatury oraz czujnik pomiaru ugiêcia próbki. Badane próbki umieszczone w stacjach roboczych zanurzane s¹ w k¹pieli oleju silikonowego, którego najwiêksz¹ temperaturê ustawiono na 120 C. Parametry przebiegu procesu, jak i wyniki wyœwietlane s¹ na wbudowanym wyœwietlaczu LCD. Ch³odzenie urz¹dzenia przebiega automatycznie po zakoñczeniu próby, czynnikiem ch³odz¹cym jest woda [16]. Tworzywo Rys. 7. Urz¹dzenie Ceast HV3 firmy Instron do pomiaru temperatury ugiêcia (HDT) i miêknienia (Vicata): 1 czujnik pomiaru ugiêcia, 2 stacje pomiarowe, 3 czujnik pomiaru temperatury, 4 wyœwietlacz, 5 panel steruj¹cy Fig. 7. HV3 Ceast device made by Instron for measuring heat deflection temperature (HDT) and a softening point (Vicat): 1 sensor for measuring the deflection, 2 workstations, 3 temperature sensor, 4 display, 5 control panel W badaniach u yto kompozytu na osnowie polipropylenu z dodatkiem trzech rodzajów nape³niacza: kredy, talku i w³ókna szklanego o ró nej zawartoœci masowej zmieniaj¹cej siê w granicach od 10 do 50%, co 10%. Bazê tworzywow¹ stanowi³ homopolimer polipropylenu o nazwie handlowej Reslen PPH. Tworzywo to, wed³ug producenta, ma gêstoœæ 910 kg/m 3, temperaturê topnienia ok. 160 C oraz najwy sz¹ dopuszczaln¹ temperaturê u ytkowania 100 C. Temperatura przetwórstwa zawiera siê w granicach C, zaœ zalecana temperatura formy wynosi C [17, 18]. Czynniki badane Na potrzeby badañ opracowano zbiór wa - niejszych czynników badawczych charakteryzuj¹cych badany proces wtryskiwania, a mianowicie zestawienie czynników badanych bezpoœrednio, badanych poœrednio, czynników zmiennych, sta³ych i zak³ócaj¹cych. Czynniki opracowano maj¹c na uwadze cel badañ oraz

9 W³aœciwoœci i przetwarzalnoœæ kompozytów polipropylenowych a rodzaj i iloœæ nape³niacza. Czêœæ I. Charakterystyka badañ 281 ogólne zasady metodyczne prowadzenia badañ doœwiadczalnych. Za czynniki badane bezpoœrednio przyjêto: d³ugoœæ wypraski spiralnej L, mm, twardoœæ H, ShD, udarnoœæ a, kj/m 2, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie m,mpa, naprê enie przy zerwaniu b,mpa, odkszta³cenie przy zerwaniu m,%, temperatura ugiêcia HDT, C. Czynnikiem badanym poœrednio by³ stopieñ wype³nienia gniazda formuj¹cego S g, %, okreœlany ze wzoru Lg L Sg 100% Lg w którym: L g oznacza ca³kowit¹ d³ugoœæ gniazda spiralnego w mm, zaœ L d³ugoœci wypraski spiralnej, mm Czynnikami zmiennymi by³y: zawartoœæ nape³niacza (udzia³ masowy), ujêta w tabeli 1, rodzaj nape³niacza: talk, kreda, krótkie w³ókno szklane. Tabela 1. Zestawienie nape³niaczy u ytych w badaniach Table 1. Summary of fillers used in the research Badane tworzywo Reslen PPH Talk [%] Rodzaj nape³niacza Kreda [%] W³ókno szklane [%] 10T 10K 10GF 20T 20K 20GF 30T 30K 30GF 40T 40K 40GF 50T 50K 50GF Czynniki sta³e to: rodzaj tworzywa bazowego: polipropylen o nazwie handlowej Reslen PPH, temperatura w poszczególnych strefach grzewczych uk³adu uplastyczniaj¹cego (poczynaj¹c od zasypu 190 C, 210 C, 230 C oraz 240 C, temperatura formy t f =60 C, elementy geometryczne œlimaka, cylindra, dyszy, formy wtryskowej, ciœnienie wtryskiwania w uk³adzie hydraulicznym wtryskarki p w =10MPa, czas wtrysku tworzywa T w =5s, czas ch³odzenia wypraski T ch =10s. Czynnikami zak³ócaj¹cymi by³y: wahania napiêcia miêdzyfazowego pr¹du elektrycznego: od 400 do 480 V, wilgotnoœæ wzglêdna powietrza: od 45 do 55 %, temperatura otoczenia: od 21 do 25 C. Za³o ono, e wp³yw czynników zak³ócaj¹cych by³ minimalny i mo na go pomin¹æ. Technika prowadzenia badañ Niezbêdne do analiz wypraski spiralne, jak i wypraski do badañ wytrzyma³oœciowych uzyskano przy ustalonych wczeœniej wartoœciach czynników sta³ych i zmiennych procesu wtryskiwania. Jako pierwsze wykonano wypraski spiralne z dodatkiem w³ókna szklanego. Za³o ono, i tworzywo bêdzie wsypywane do zasobnika rozpoczynaj¹c od najmniejszej wartoœci masowej nape³niacza, czyli od 10% jego udzia³u masowego. W celu uzyskania miarodajnych wyników, próbki w³aœciwe wykonywano dopiero po ustabilizowaniu siê cieplnym wtryskarki i wykonaniu kilkukrotnych wtrysków próbnych. Dla ka dej wartoœci masowej udzia³u nape³niacza, wykonywano piêæ próbek i obliczono œredni¹ arytmetyczn¹ ich d³ugoœci. Otrzymane wartoœci naniesiono na wykresy, otrzymuj¹c zale noœci d³ugoœci uzyskanej wypraski spiralnej od rodzaju i iloœci masowej nape³niacza. Po zmianie formy, analogicznie jak powy ej, wtryskiwano próbki do badañ wytrzyma³oœciowych. Próbki te pos³u y³y jako materia³ do badañ twardoœci, udarnoœci, statycznego rozci¹gania oraz temperatury ugiêcia pod obci¹ eniem. Pomiaru twardoœci przeprowadzono metod¹ Shore a za pomoc¹ twardoœciomierza typu D w temperaturze otoczenia 23 C. Próbki kondycjonowano w powy szej temperaturze przez 24h. Do badañ wybrano 6 próbek dla ka dej wartoœci nape³niacza, dla ka dej próbki wykonano 2 pomiary twardoœci. ¹cznie dla

10 282 Kamil ELAZEK, Janusz W. SIKORA, Ivan GAJDOS ka dej wartoœci nape³niacza wykonano 12 pomiarów twardoœci z których wyliczono œredni¹ arytmetyczn¹, jak i odchylenie standardowe. Wyniki zestawiono na wykresach. Przygotowanie próbek i wykonanie pomiarów przeprowadzono zgodnie z norm¹ EN ISO 868:2003. Próbki i pomiary udarnoœci wykonano wg normy PN-EN ISO oraz PN-EN ISO Próbki w postaci belek bez karbu mierzono suwmiark¹ z dok³adnoœci¹ ± 0,01 mm. Próbki uk³adano poziomo na podporach uchwytu a nastêpnie uderzano w nie g³owic¹ udarow¹ prostopadle w œrodku, pomiêdzy podporami, nominalnie sta³¹ prêdkoœci¹. Wykonano piêæ pomiarów udarnoœci dla ka dej wartoœci masowej nape³niaczy. Z uzyskanych wyników obliczono œredni¹ arytmetyczn¹ i przedstawiono na wykresie. Uniwersalne wypraski typu A1 zosta³y u yte do przeprowadzenia badañ wytrzyma³oœciowych zgodnie z norm¹ PN-EN ISO oraz PN-EN ISO Próbki kondycjonowano w temperaturze pokojowej przez 24h. Niezbêdne wymiary tj. gruboœæ i szerokoœæ próbki mierzono suwmiark¹ z dok³adnoœci¹ ± 0,01 mm. Odleg³oœæ pomiêdzy uchwytami maszyny wytrzyma³oœciowej przy pozycji startowej wynosi³a 110 mm, si³a wstêpna 0,1 MPa. Próbki i pomiaru temperatury ugiêcia pod obci¹ eniem wykonano wg norm PN-EN ISO 75-1 i PN-EN ISO Próbki o wymiarach mm przed umieszczeniem w stacjach pomiarowych mierzono suwmiark¹ z dok³adnoœci¹ ± 0,01 mm. Otrzymane wartoœci wprowadzono do programu komputerowego otrzymuj¹c obci¹ enie dedykowane dla danej próbki. Obci¹ enie to wywo³uje sta³e naprê enie zginaj¹ce okreœlone przez normê 1,80 MPa. Po umieszczeniu próbek w stacjach pomiarowych, zanurzano je w k¹pieli olejowej, po czym kalibrowano czujniki pomiaru ugiêcia. Temperatura rozpoczêcia pomiarów wynosi³a 27 C, najwy sz¹ temperaturê jak¹ móg³ osi¹gn¹æ olej ustawiono na 120 C. Zgodnie z norm¹ temperatura ugiêcia pod obci¹ eniem jest to temperatura przy której pod wp³ywem sta³ego naprê enia zginaj¹cego próbka ugnie siê o wyznaczon¹ przez normê wartoœæ tj. o 0,32 mm. Przyrost temperatury podczas pomiarów okreœlono na 120 C/h. Dla ka dej wartoœci masowej nape³niacza wybrano po 3 próbki do pomiarów. Z uzyskanych wyników obliczono œredni¹ arytmetyczn¹, któr¹ uznano za temperaturê ugiêcia pod obci¹ eniem dla próbek z danym rodzajem i iloœci¹ masow¹ nape³niacza. Praca by³a finansowana i zosta³a wykonana w ramach miêdzynarodowego projektu pt.: Technological and design aspects of extrusion and injection molding of thermoplastic polymer composites and nanocomposites realizowanego w ramach FP7 Marie Curie Actions, PEOPLE, International Research Staff Exchange Scheme (IRSES), umowa PIR- SES-GA Literatura 1. Leda. H.: Szklane czy wêglowe w³ókna w kompozytach polimerowych. Kompozyty, 2003, 3, Sikora R.: Tworzywa wielkocz¹steczkowe. Rodzaje, w³aœciwoœci i struktura. Wydawnictwa Uczelniane, Lublin, 1991, Bortel K.: Œrodki pomocnicze stosowane w przetwórstwie tworzyw polimerowych. Cz. 1, Przetwórstwo tworzyw, 2008, 5, Bortel K.: Œrodki pomocnicze stosowane w przetwórstwie tworzyw polimerowych. Cz. 2, Przetwórstwo tworzyw, 2008, 6, Mayer P., Kaczmar W.: W³aœciwoœci i zastosowania w³ókien wêglowych i szklanych. Tworzywa Sztuczne i Chemia, 2008, 6, Praca zbiorowa pod redakcj¹ Sikory R.: Przetwórstwo tworzyw polimerowych, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin, 2006, 28-29, , Gnatowski A.: Wp³yw rodzaju nape³niacza na w³aœciwoœci wybranych mieszanin polimerowych, Kompozyty Composites, 2005, 5, 2, Chmielnicki B.: W³aœciwoœci tribologiczne poliamidu z nape³niaczem metalicznym i grafitem. Przetwórstwo tworzyw, 2011, 2, Greškoviè F., Dulebová L., Duleba B.: Study of properties of composites based on polyolefin and mineral

11 W³aœciwoœci i przetwarzalnoœæ kompozytów polipropylenowych a rodzaj i iloœæ nape³niacza. Czêœæ I. Charakterystyka badañ 283 additives. 4th International Technical Conference Technological forum Kouty, Czech Republic, Sikora J., Duleba B., Dulebova L., Greškoviè F.: Influence of mineral additives on selected properties of PP. Scientific Conference Konštrukèné Materiály, ilina, 2013, Sikora R.: Podstawy przetwórstwa tworzyw wielkocz¹steczkowych. Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin, 1992, Norma PN-EN ISO 868:2003 Tworzywa sztuczne i ebonit Oznaczanie twardoœci metod¹ wciskania z zastosowaniem twardoœciomierza (twardoœæ metod¹ Shore a). 13. Garbacz T., Sikora J. W.: Przetwórstwo tworzyw polimerowych. Æwiczenia laboratoryjne. Czêœæ 1. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin, 2012, , Krzy ak A., Bondyra R., Dulebova L., Moravsky V.: WskaŸnik szybkoœci p³yniêcia kompozytów na osnowie polipropylenowej z dodatkiem ciêtego w³ókna szklanego oraz talku. Postêpy Nauki i Techniki, 2012, 13, Krzy ak A., Sikora J.: Plastometryczne wskaÿniki przetwarzalnoœci tworzyw fenolowo-formaldehydowych. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin, 2010, 12,

12 284 W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ Politechnika Czêstochowska Technologiczne aspekty wytwarzania zbiorników wielkogabarytowych z tworzyw polimerowych W pracy przedstawiono technologie stosowane do wytwarzania zbiorników i pojemników (zw³aszcza wielkogabarytowych) z tworzyw polimerowych. Omówiono klasyfikacjê metod ich wytwarzania. Klasyfikacji dokonano w oparciu o kryteria przeznaczenia zbiorników, rodzaj zastosowanego tworzywa i wynikaj¹cej z tego technologii. Ponadto opisano zagadnienia dotycz¹ce studzienek z tworzyw. S³owa kluczowe: polietylen, polipropylen, termoformowanie, odlewanie rotacyjne TECHNOLOGICAL ASPECTS OF MANUFACTURING LARGE-SIZE CONTAINERS OF POLYMERIC MATERIALS. This paper presents the technologies used in the manufacture of tanks and containers (especially large size) of polymeric materials. The classification of methods of their manufacture has been presented. Classification was based on the criteria of destination containers, the type of material used and the resulting technology. Furthermore, it describes the issues relating to the wells from plastic. Keywords: polyethylene, polypropylene, thermoforming, rotational molding WSTÊP Wspó³czesne systemy wodoci¹gowe, kanalizacyjne, oraz s³u ¹ce do przesy³u gazu w ogromnej mierze wytwarzane s¹ z wykorzystaniem tworzyw polimerowych. Rozwój technologiczny systemów wytwarzania jak i technologii budowlanych pozwala na wytwarzanie wyrobów o coraz lepszej jakoœci i trwa³oœci przy obni eniu kosztów produkcji. Zbiorniki i pojemniki, w tym wielkogabarytowe, z tworzyw polimerowych, maj¹ szerokie zastosowanie w ró norodnych bran ach przemys³u, rolnictwie i gospodarce komunalnej. Tworzywa polimerowe nale ¹ obecnie do podstawowych materia³ów konstrukcyjnych, stosowanych ze wzglêdu na swoje w³aœciwoœci do produkcji tego typu wyrobów. Znajduj¹ zastosowanie wszêdzie tam, gdzie u ycie metali do wytwarzania zbiorników i pojemników nie sprawdza siê ze wzglêdu na koszty, ciê ar, ³atwoœæ obróbki, odpornoœæ chemiczn¹, odpornoœæ na korozjê. Mo liwoœæ kszta³towania kszta³tu wyrobu oraz okreœlania w³aœciwoœci sprawia, e zbiorniki wykonywane z tworzyw polimerowych maj¹ du ¹ sztywnoœæ i mog¹ byæ stosowane nie tylko jako zbiorniki naziemne ale i podziemne. Zatem do wytwarzania zbiorników nadaj¹ siê tworzywa polimerowe ze wzglêdu na ³atwoœæ kszta³towania i ma³¹ gêstoœæ. W artykule przedstawiono wybrane technologie wytwarzania oraz sposoby eksploatacji zbiorników i pojemników z tworzyw polimerowych. Omówiono tak e studzienki z tworzyw. 1. TWORZYWA POLIMEROWE STOSOWANE DO WYTWARZANIA ZBIORNIKÓW I POJEMNIKÓW, ZALETY I WADY ZBIORNIKÓW I POJEMNIKÓW Tworzywa termoplastyczne stosowane do produkcji zbiorników i pojemników to w g³ównej mierze polietylen PE, polipropylen PP, polichlorek winylu PVC i polifluorek winylidenu PVDF [1]. Na w³aœciwoœci mechaniczne zbiorników i pojemników mog¹ wp³yn¹æ przede wszystkim czynniki takie jak [2]:

13 Technologiczne aspekty wytwarzania zbiorników wielkogabarytowych z tworzyw polimerowych 285 ujemne temperatury dotyczy to przede wszystkim nieprzystosowanych specjalnie do u ytku zewnêtrznego tworzyw takich jak polietylen i polipropylen, promieniowanie ultrafioletowe bardzo dobr¹ odpornoœæ na czynniki atmosferyczne bez dodatkowych stabilizatorów na promienie UV wykazuje polifluorek winylidenu. Zbiorniki i pojemniki z tworzyw termoplastycznych charakteryzuj¹ siê [1]: du ¹ odpornoœci¹ chemiczn¹, umo liwiaj¹c¹ przechowywanie wiêkszoœci kwasów i zasad, odpornoœci¹ na korozjê, agresywne oddzia- ³ywanie œrodowiska, promieniowanie UV, a tym samym na przyœpieszone starzenie, ma³¹ mas¹, a zatem ³atwiejszym transportem i monta em, mniejszymi kosztami wytwarzania ni zbiorniki metalowe, brakiem koniecznoœci (w wiêkszoœci przypadków) nak³adania warstw œrodków zabezpieczaj¹cych przed korozj¹ i oddzia³ywaniem chemicznym, ³atwoœci¹ stosowania obróbki skrawaniem, d³ugim czasem eksploatacji, w trakcie którego nie jest wymagane stosowanie dodatkowych zabiegów zabezpieczaj¹cych, takich jak: laminowanie, gumowanie, malowanie, d³ugoterminowym utrzymaniem zadanej kolorystyki, brakiem iskrzenia przy otarciach i uderzeniach, mo liwoœci¹ ³atwej modyfikacji w³aœciwoœci mechanicznych tworzyw poprzez stosowanie ró norodnych œrodków modyfikuj¹cych, np. œrodków poruj¹cych. Do wad zbiorników i pojemników z tworzyw termoplastycznych nale ¹ w g³ównej mierze: brak mo liwoœci nadawania dowolnych, skomplikowanych kszta³tów ze wzglêdu na specyficzne w³aœciwoœci mechaniczne tworzyw termoplastycznych, brak mo liwoœci stosowania zbiorników z tworzyw termoplastycznych do przechowywania gazów, bowiem zbiorniki z tworzyw termoplastycznych s¹ zbiornikami bezciœnieniowymi, niski zakres temperatury pracy, niektóre tworzywa termoplastyczne ulegaj¹ zjawisku p³yniêcia ju w temperaturze 60 C, s³aba odpornoœæ na starzenie. Zbiorniki i pojemniki z tworzyw utwardzalnych s¹ wykonywane g³ównie z ywic poliestrowych, winyloestrowych, epoksydowych zbrojonych odpowiednim wzmocnieniami z w³ókien szklanych. W³aœciwoœci tych tworzyw zale ¹ od warunków, w jakich s¹ u ytkowane. Do zalet tych zbiorników zaliczyæ mo na [2]: bardzo du ¹ wytrzyma³oœæ mechaniczn¹, przekraczaj¹c¹ wytrzyma³oœæ zbiorników z tworzyw termoplastycznych i w niektórych przypadkach zbiorników metalowych, mo liwoœæ wytwarzania zbiorników ciœnieniowych metod¹ nawijania, ma³¹ masê, a zatem ³atwiejszy transport i monta, mniejsze koszty wytwarzania ni zbiorników metalowych, odpornoœæ na starzenie konstrukcje laminatowe trac¹ po up³ywie 50 lat jedynie oko- ³o 20% swojej pierwotnej wytrzyma³oœci, ³atwoœæ formowania i uzyskiwania z³o onych kszta³tów, brak koniecznoœci (w wiêkszoœci przypadków) nak³adania warstw œrodków zabezpieczaj¹cych przed korozj¹ i oddzia³ywaniem chemicznym, d³ugi czas eksploatacji, w trakcie którego nie jest wymagane stosowanie dodatkowych zabiegów zabezpieczaj¹cych, takich jak: laminowanie, gumowanie, malowanie, mo liwoœæ ³atwej modyfikacji w³aœciwoœci mechanicznych laminatów, brak iskrzenia przy otarciach i uderzeniach, ³atwa i ekologiczna utylizacja przez spalanie. Wadami zbiorników i pojemników z tworzyw utwardzalnych s¹: niski zakres temperatury pracy ywice poliestrowe trac¹ w³aœciwoœci mechaniczne ulegaj¹c degradacji ju w 60 C,

14 286 W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ brak odpornoœci na dzia³anie niektórych zwi¹zków chemicznych. 2. KLASYFIKACJA ZBIORNIKÓW I POJEMNIKÓW Z TWORZYW POLIMEROWYCH Pojemniki s³u ¹ z regu³y do przechowywania i magazynowania przedmiotów i materia- ³ów sypkich. Zbiorniki natomiast s³u ¹ do przechowywania cieczy. Podzia³ na zbiorniki i pojemniki jest podzia³em umownym. Wed³ug autorów nale a³oby przyj¹æ, e pojemniki to pojêcie szersze, w sk³ad którego wchodzi pojêcie zbiorników. Klasyfikacjê zbiorników i pojemników wielkogabarytowych ze wzglêdu na przeznaczenie przedstawiono na rys. 1. Do problemu projektowania i konstruowania zbiorników i pojemników nale y podejœæ holistycznie, uwzglêdniaj¹c aspekty zwi¹zane z ich w³aœciwoœciami wytrzyma³oœciowymi oraz eksploatacyjnymi. W celu wykonania prototypu zbiornika lub pojemnika z tworzyw polimerowych, po przyjêciu za³o eñ dotycz¹cych przeznaczenia, autorzy zaproponowali nastêpuj¹ce etapy postêpowania: okreœlenie przeznaczenia wyrobu i wynikaj¹ce z tego potrzeby i wymagania, przyjêcie przybli onych wymiarów zbiornika lub pojemnika, dobór rodzaju tworzywa, przeprowadzenie obliczeñ wytrzyma³oœciowych, wybór metody wytwarzania, ocena kosztów zale na od wielkoœci produkcji, wykonanie prototypu zbiornika lub pojemnika, przeprowadzenie badañ sprawdzaj¹cych. Na etapie projektowania wykorzystuje siê wszystkie mo liwe systemy CAD/CAM, ujête na przyk³ad w programie Catia. Czynnikiem uwzglêdnianym przy projektowaniu wielkogabarytowych zbiorników z tworzyw polimerowych jest nie tylko rodzaj stosowanego tworzywa i charakter zastosowania, ale tak e sposób mocowania zbiornika lub pojemnika, technologia wytwarzania i typ konstrukcji. Zbiorniki i pojemniki wielkogabarytowe Zbiorniki Pojemniki Cysterny do przechowywania cieczy Zbiorniki sanitarne i oczyszczalnie œcieków Zbiorniki wody deszczowej Zbiorniki przemys³owe np. wanny galwaniczne Separatory wêglowodorów, t³uszczu i skrobi Pojemniki do magazynowania przedmiotów i przechowywania materia³ów sypkich (silosy) Pojemniki na odpady komunalne Pojemniki do transportu wyrobów Rys. 1. Klasyfikacja zbiorników i pojemników wielkogabarytowych ze wzglêdu na przeznaczenie (opracowanie w³asne)

15 Technologiczne aspekty wytwarzania zbiorników wielkogabarytowych z tworzyw polimerowych 287 Zbiorniki z tworzyw polimerowych mo na podzieliæ ze wzglêdu na [1]: a) rodzaj posadowienia: zbiorniki podziemne, zbiorniki naziemne i nadziemne (wyniesione). W przypadku projektowania zbiorników przeznaczonych do przechowywania magazynowanego medium pod powierzchni¹ ziemi, nale y rozpatrzyæ dzia³aj¹ce na konstrukcjê obci¹ enia wewnêtrzne, wynikaj¹ce z parcia hydrostatycznego magazynowanej cieczy oraz zainstalowanego osprzêtu, np. pomp, zaworów, mieszade³ itp., oraz naprê eñ zewnêtrznych, oraz si³y wyporu dzia³aj¹cej na zbiornik, spowodowanej obecnoœci¹ wód gruntowych (koniecznoœæ stosowania w wielu konstrukcjach kotwiczenia), naciski spowodowane zasypanym gruntem oraz bezpoœrednie obci¹ enie gruntu nad zbiornikiem. Zbiorniki instalowane na powierzchni gruntu lub na przystosowanych do tego celu konstrukcjach s¹ obci¹ one si³ami wewnêtrznymi wynikaj¹cymi z ciœnienia hydrostatycznego magazynowanej cieczy oraz ewentualnym obci¹ eniem wynikaj¹cym z zainstalowanego wyposa enia technologicznego. Obci¹ enia zewnêtrzne to reakcje podpór lub pod³o a, obci¹ enia wyposa enia technologicznego (mieszad³a, pomosty, drabiny itp.) oraz obci¹ enie wiatrem (dotyczy g³ównie zbiorników pionowych). b) kszta³t: zbiorniki cylindryczne, zbiorniki prostopad³oœcienne. Zbiorniki cylindryczne (np. zbiorniki magazynowo-procesowe) o osi pionowej mog¹ mieæ dno sto kowe lub pochy³e. Dodatkowo taki zbiornik mo na wyposa yæ w ró ne urz¹dzenia mieszaj¹ce, pomiarowe itp. Zbiorniki te przeznaczone s¹ do produkcji, przetwarzania i konfekcjonowania chemikaliów. Ze wzglêdu na specyfikê instalacji zbiorniki te najczêœciej s¹ montowane wewn¹trz budynków. ywotnoœæ zbiorników cylindrycznych jest ograniczona do 15 lat ze wzglêdu na zmienne obci¹ enia i temperaturê [1]. Zbiorniki prostopad³oœcienne sk³adaj¹ siê z konstrukcji noœnej (najczêœciej stalowej) i wk³adu wykonanego z tworzyw termoplastycznych. Zbiorniki te najczêœciej wykorzystywane s¹ jako wanny trawialnicze w cynkowniach i zbiorniki procesowe w galwanizerniach. Zbiornik mo e byæ wyposa ony w kana- ³y wentylacyjne, klapy zamykaj¹ce lustro cieczy itp. Wszystkie te elementy mog¹ byæ wykonane z tworzyw termoplastycznych, dziêki czemu s¹ równie odporne na korozyjne dzia- ³anie mediów. Zbiorniki prostopad³oœcienne ze wzglêdu na z³o onoœæ konstrukcji i skomplikowany proces produkcji nale ¹ to najdro szych. Z tego wzglêdu u ywane s¹ jedynie tam, gdzie jest wymagane zastosowanie regularnego kszta³tu prostopad³oœcianu [1]. c) uk³ad: zbiorniki pionowe, zbiorniki poziome. d) przeznaczenie: przemys³owe s³u ¹ do magazynowania wody przemys³owej, œcieków technologicznych i mediów p³ynnych nieagresywnych chemicznie. Do przechowywania zwi¹zków agresywnych chemicznie konieczne jest dopuszczenie zbiornika do eksploatacji przez Urz¹d Dozoru Technicznego (UDT). sanitarne, przeznaczone s¹ do magazynowania wody uzdatnionej, wszelkiego rodzaju œcieków, ywnoœci p³ynnej, napojów, produktów i pó³produktów gastronomicznych oraz œcieków. gospodarcze, s³u ¹ do magazynowania œcieków, nawozów i wody deszczowej. Stosowane s¹ równie jako silosy do magazynowania materia³ów budowlanych. 3. METODY WYTWARZANIA ZBIORNIKÓW I POJEMNIKÓW Z TWORZYW POLIMEROWYCH Zbiorniki i pojemniki s¹ wytwarzane czêsto z pojedynczych elementów, ³¹czonych ze sob¹ metod¹ klejenia, spawania lub zgrzewania. Metody wytwarzania elementów zbiorników i pojemników przedstawiono na rys. 2.

16 288 W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ Metody wytwarzania elementów zbiorników i pojemników z tworzyw termoplastycznych z tworzyw utwardzalnych Najczêœciej stosowane Termoformowanie (formowanie pró niowe) Odlewanie rotacyjne tworzyw termoplastycznych Nawijanie w³ókien d³ugich nas¹czonych ywic¹ Odlewanie rotacyjne tworzyw utwardzalnych Nawarstwianie laminowanie Rys. 2. Metody wytwarzania elementów zbiorników i pojemników (opracowanie w³asne) Termoformowanie to nazwa procesu technologicznego, w którym z p³askich folii lub p³yt, podgrzanych wstêpnie do temperatury uplastycznienia charakterystycznej dla danego tworzywa, uzyskuje siê produkty o zadanych kszta³tach. Stosunkowo tanie i wysoko wydajne przetwórstwo sprawia, e termoformowanie jest powszechnie wykorzystywane w produkcji opakowañ i przedmiotów wielkogabarytowych. Podczas termoformowania mamy do czynienia z dwiema podstawowymi operacjami: ogrzewaniem pó³fabrykatu i kszta³towaniem (formowaniem). Termoformowanie wykonuje siê na stosunkowo tanich urz¹dzeniach i formach w warunkach relatywnie niskich wartoœci temperatury przetwórstwa i ciœnienia [3]. Istota procesu formowania pró niowego polega na nagrzaniu do temperatury uplastycznienia folii lub p³yty wykonanej z tworzywa termoplastycznego i za poœrednictwem ró nicy ciœnieñ nadaniu jej wymaganego kszta³tu przy u yciu formy. Po och³odzeniu tworzywa w formie gotowa kszta³tka jest z niej usuwana. Rozró nia siê dwie zasadnicze metody formowania pró niowego: negatywowe (FPN) i pozytywowe (FPP) [4]. Metoda formowania pró niowego negatywowego (FPN) polega na formowaniu przedmiotów w formie negatywowej, tzn. e forma nadaje kszta³t zewnêtrznej powierzchni przedmiotów. Powsta³a kszta³tka charakteryzuje siê cienkim dnem i grubymi œciankami. W metodzie formowania pró niowego pozytywowego (FPP) forma odzwierciedla wewnêtrzne zarysy przedmiotu. Odlewanie rotacyjne (ang. rotomoulding) polega na rozprowadzeniu po powierzchni formy tworzywa w postaci proszku lub mikrogranulatu. Tworzywo znajduje siê wewn¹trz zamkniêtej i rozgrzanej formy w piecu do temperatury 200 C [5]. Forma do odlewania rotacyjnego sk³ada siê z 2 lub wiêcej czêœci. Obracana jest jednoczeœnie wzglêdem dwóch osi tak, aby uplastycznione tworzywo, które osadza siê na œciankach formy zosta³o dok³adnie rozprowadzone. Nastêpnie forma jest och³adzana i otwierana. Polimer po stopieniu tworzy warstwê na œciankach formy. Mo na w ten sposób formowaæ równie polimery wzmocnione w³óknami. Schemat procesu przedstawiono na rysunkach 3 i 4. Do podstawowych zalet formowania rotacyjnego nale y zaliczyæ: wyroby nie posiadaj¹ naprê eñ wewnêtrznych, zbiorniki i pojemniki wykonane s¹ jako jeden element, bez jakichkolwiek po³¹czeñ, gruboœæ œcianek jest znaczna i równomierna,

17 Technologiczne aspekty wytwarzania zbiorników wielkogabarytowych z tworzyw polimerowych 289 Rys. 3. Schemat odlewania odœrodkowego z udzia³em w³ókien [5] wraz ze zbiornikami i pojemnikami w tej samej formie mo na wykonywaæ w³azy i pokrywy. Zbiorniki wykonuje siê równie metod¹ nawijania w³ókien d³ugich nas¹czonych ywic¹ (rys. 5). Nawijanie jest to nak³adanie noœnika w postaci wstêgi lub w³ókna nasyconego ywic¹ na rdzeñ wprawiony w ruch obrotowy [5]. Nawijanie mo e byæ spiralne, je eli rdzeñ wykonuje tylko ruch obrotowy lub œrubowe, jeœli rdzeñ wykonuje ruch obrotowy i postêpowy. Jako noœniki stosuje siê: rownig szklany, jednopasmowy, o jednakowej d³ugoœci, co jest istotne, aby uzyskaæ równomierne naprê enia. Do specjalnych celów stosuje siê równie w³ókna wêglowe lub grafitowe; p³ótno bawe³niane, tkaniny szklane, wêglowe; papier kablowy; preimpregnaty. Do nawijania stosuje siê najczêœciej duroplasty, ywice epoksydowe, nienasycone poliestrowe, fenolowe, a ostatnio coraz czêœciej termoplasty. Nawijanie mo na wykonywaæ metod¹ such¹ nawijanie preimpregnatów lub mokr¹ nasycanie up³ynnionym polimerem. Do impregnacji w³ókna szkla- Rys. 4. Ogólny schemat procesu odlewanie odœrodkowego [6]

18 290 W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ Rys. 5. Schemat urz¹dzenia do nawijania zbiorników [5]: 1 stojak ze szpul¹ lub szpulami rowingu, 2 wanna impregnuj¹ca z ywic¹, 3 wa³ki dociskaj¹ce, 4 obracaj¹cy siê rdzeñ nego u ywa siê nienasyconych ywic i ywic epoksydowych, do wêglowego zaœ przewa nie ywic epoksydowych. Taœmy rowingu rozwijane s¹ ze szpul i przepuszczane przez wannê wype³nion¹ ywic¹ utwardzaln¹. Nasycone ywic¹ taœmy rowingu przeci¹gane s¹ przez stalowy t³ocznik, który nadaje produkowanemu elementowi wstêpny kszta³t, a jednoczeœnie kontroluje i reguluje w³aœciwy sk³ad kompozytu (tzn. odpowiedni udzia³ w³ókien, wynosz¹cy ok % objêtoœci). Uzyskany w ten sposób produkt wstêpny przeci¹gany jest przez kolejny, precyzyjnie wykonany t³ocznik, który nadaje ostateczny kszta³t w przekroju poprzecznym. Uk³ad grzewczy t³ocznika inicjuje tak e proces utwardzania ywicy. W cienkoœciennym zbiorniku pod wp³ywem ciœnienia wewnêtrznego p wystêpuje p³aski stan naprê eñ: x < y. Zatem naprê enia w kierunku obwodowym zbiornika s¹ dwukrotnie wiêksze od naprê eñ w kierunku osiowym. Taki stosunek naprê eñ determinuje k¹t nawijania rowingu. Optymalna wartoœæ k¹ta nawijania = [7]. Nawijanie pod tym k¹tem odbywa siê w dwu kierunkach zaznaczonych na rys. 6 jako 1 i 2. Laminaty mo na wykonywaæ ró nymi metodami; wybór metody zale y od wielkoœci i kszta³tu wyrobu, warunków pracy oraz wymaganych w³aœciwoœci danego przedmiotu, a tak e od warunków sieciowania (temperatury) i lepkoœci spoiwa do nasycenia. Najczêœciej stosowanymi metodami formowania s¹: laminowanie bezciœnieniowe, laminowanie natryskowe, formowanie podciœnieniowe. Metoda kontaktowa czyli laminowanie bezciœnieniowe polega na przesycaniu ciek³¹ ywic¹ kolejnych warstw noœnika. Matê lub tkaninê szklan¹ odpowiednio pociêt¹ uk³ada siê warstwami w formie uprzednio powleczonej œrodkami rozdzielaj¹cymi. Ka d¹ warstwê maty/tkaniny przesyca siê ywic¹ za pomoc¹ pêdzla. Nadmiar ywicy odciska siê wa³kiem o powierzchni rowkowej. Jako pierwsz¹ zewnêtrzn¹ warstwê nak³ada siê warstwê ywic z nape³niaczem proszkowym i barwnikami, tzw. warstwa elkotu. Po na³o eniu wszystkich Rys. 6. Schemat obci¹ enia zbiornika ciœnieniowego wykonanego metod¹ nawijania

19 Technologiczne aspekty wytwarzania zbiorników wielkogabarytowych z tworzyw polimerowych 291 stosowan¹ metod¹ wytwarzania jest odlewanie rotacyjne. Przyk³ad zbiornika wytwarzanego t¹ metod¹ przedstawiono na rysunku 7. Studzienki z PE i PP Rys. 7. Zbiorniki wyprodukowane metod¹ odlewania rotacyjnego [Ÿród³o w³asne] warstw noœnika, formê odstawia siê w temperaturze pokojowej na okres 4 12 h w celu utwardzenia. Proces sieciowania mo na przyspieszyæ przez naœwietlenie uformowanego wyrobu promiennikami podczerwieni. Laminowanie odbywa siê za pomoc¹ pistoletu natryskowego, sk³adaj¹cego siê z trzech dysz. Przez œrodkow¹ dyszê jest podawany pod ciœnieniem pociêty rowing, a przez obie boczne dysze mieszanka ywic z czynnikiem sieciuj¹cym. Strumienie ywic i pociêtego rowingu s¹ wtryskiwane z pistoletu w kierunku obiektu formy. Laminowanie natryskowe umo liwia nak³adanie warstw laminatu na górne powierzchnie wnêk. W przypadku zbiorników z tworzyw termoplastycznych i utwardzalnych najszerzej Studzienki kanalizacyjne z polietylenu PE-HD i PP s¹ jedn¹ z podstawowych elementów systemu kanalizacyjnego. Nadaj¹ one sieci kanalizacyjnej zbudowanej z rur polietylenowych jednorodne w³aœciwoœci u ytkowe, a zw³aszcza odpornoœæ na dzia³anie czynników chemicznych. Studzienki kanalizacyjne wykonane z polietylenu stanowi¹ doskonal¹ alternatywê dla tanich, ale ciê kich i stosunkowo nietrwa³ych studzienek wykonywanych z materia³ów tradycyjnych. Ze wzglêdu na sk³ad chemiczny œcieków sanitarnych nie da siê unikn¹æ zjawiska korozji chemicznej materia³ów tradycyjnych. Stosuj¹c do wykonania studzienek PE-HD wystêpowanie tego zjawiska mo na ograniczyæ. Oprócz w³aœciwoœci zwi¹zanych z odpornoœci¹ chemiczn¹ i wytrzyma³oœci¹ studzienki kanalizacyjne z polietylenu s¹ zdecydowanie ³atwiejsze do monta- u i nie wymagaj¹ u ycia ciê kiego sprzêtu budowlanego. Istniej¹ce rozwi¹zania obejmuj¹ ma³e studzienki do monta u na przykanalikach. Na uwagê zas³uguje szeroki zakres zastosowania studzienek kanalizacyjnych z polietylenu, adekwatny do zastosowañ rur z tego a) b) c) Rys. 8. Studzienka kanalizacyjna z PE-HD charakteryzuj¹ca siê ³atw¹ regulacj¹ wysokoœci po³o enia pokrywy ko³nierzowej po³¹czonej z g³owic¹ teleskopow¹: a) schematyczny rysunek studzienki w przekroju pod³u nym z wyciêciem w kszta³cie odwróconej litery J, b) schematyczny rysunek z wyciêciem w kszta³cie fragmentu linii œrubowej, c) teleskopowa g³owica zamykaj¹ca z pokryw¹ [8]

20 292 W³odzimierz BARANOWSKI, Pawe³ PALUTKIEWICZ a) b) Rys. 9. Przyk³ady studzienek: studnia wodomierzowa (przepompowania) (a), oraz studnia ch³onna (b) [Ÿród³o w³asne] materia³u. Przyk³ady studzienek z takich tworzyw przedstawiono na rysunkach 8 oraz 9. Studzienki kanalizacyjne z polietylenu to doskona³e rozwi¹zanie, które umo liwia szybk¹ budowê trwa³ych odwodnieñ drogowych, a tak e budowê szczelnych uk³adów kanalizacji sanitarnej i deszczowej. Szczelnoœæ i niezawodnoœæ kanalizacji uzyskuje siê dziêki mo liwoœci po³¹czeñ zgrzewanych rur kanalizacyjnych z polietylenu i studzienek z tego samego materia³u. PODSUMOWANIE W wyniku postêpu w konstrukcji zbiorników i pojemników wielkogabarytowych sta³y siê one tañsze i bardziej funkcjonalne, a zatem dostêpniejsze dla klienta. Rozwój technologii przetwórstwa polimerów sprawi³, e zbiorniki i pojemniki uzyska³y now¹ jakoœæ u ytkow¹ i coraz czêœciej wypieraj¹ z eksploatacji tradycyjne zbiorniki metalowe i elbetonowe. Stosowanie tworzyw kompozytowych stworzy³o jeszcze wiêksze mo liwoœci uzyskiwania po- ¹danej wytrzyma³oœci mechanicznej i w³aœciwoœci antykorozyjnych zbiorników i pojemników. atwoœæ ich formowania przy zastosowaniu dodatków antystatycznych, umo liwi³a stosowanie zbiorników z tworzyw polimerowych na przyk³ad do budowy zbiorników na paliwo we wspó³czesnych samochodach. Literatura [1] Zastosowanie termoplastów do produkcji zbiorników i innych aparatów, J. Jarawka: [2] Labocha A., Œwierczyñski T.: Zastosowanie termoplastów do produkcji zbiorników. Rynek Chemiczny, nr 11/2003, [3] Sikora. R.: Przetwórstwo tworzyw wielkocz¹steczkowych, Wydawnictwo Edukacyjne Zofii Dobkowskiej, Warszawa 1993, [4] Praca zbiorowa: 50 najwa niejszych technologii globalnego przemys³u tworzyw, Wydawnictwo Business Image, Warszawa 2007, [5] uchowska D.: Polimery konstrukcyjne, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002, [6] Rotational Molding: File:Rotational_Molding_Process.svg, [7] Fr¹cz W., Krywult B.: Projektowanie i wytwarzanie elementów z tworzyw sztucznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2006, [8] Baranowski W.: Nowa konstrukcja studzienki kanalizacyjnej. Przegl¹d budowlany nr 2/2013, str