Innowacje w technologiach przetwórstwa rstwa tworzyw polimerowych i badaniu ich właściwości Przemysław POSTAWA, dr inż. Instytut Przetwórstwa Polimerów Politechnika Częstochowska E-mail: postawa@ipp.pcz.pl Częstochowa, 5 marzec 2010r.
Plan prezentacji 1. Wprowadzenie tworzywa sztuczne, historia 2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych 3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw 4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa 5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Slajd 2
Historia tworzyw sztucznych Pierwsze w skali przemysłowej próby chemiczne modyfikowania związków wielkocząsteczkowych przypadły na lata 1850 1875. 1872 w USA otrzymano celuloid, 1872 - A. Bayer otrzymuje pierwsze żywice fenolowo-formaldehydowych 1897 w Niemczech uruchomiono produkcję galalitu, 1904 - acetylocelulozy. 1909 na podstawie patentu belg. chemika H. Baekelanda pierwsza linia przemysłowa do produkcji żywic fenolowych 1928 31 rozpoczęto produkcję większości tworzyw poliwinylowych 1937 w USA pierwsze tworzywa poliamidowe 1939 Wielka Brytania produkcja polietylenu wysokociśnieniowego 1942 w USA pierwsza produkcja PVC oraz silikonów w 1943 1956 Niemcy pierwsza produkcja poliwęglanów PC Slajd 3
Wprowadzenie Szybki rozwój produkcji i stosowania tworzyw sztucznych w różnych dziedzinach techniki i życia codziennego jest uzasadniony względami technicznymi i ekonomicznymi. Względy techniczne to łatwość formowania wyrobów i zróżnicowane ich właściwości. W porównaniu z materiałami metalami przetwórstwo tworzyw sztucznych jest tańsze, mniej energo- i pracochłonne. Straty materiału w procesie produkcji nie przekraczają zwykle 1 5%, co wynika, między innymi, ze stosowania do wytwarzania wyrobów różnych metod przetwórstwa bezodpadowego. Slajd 4
Wprowadzenie dwa słowa o tworzywach Korzystne cechy tworzyw sztucznych to między innymi: łatwość formowania przedmiotów o skomplikowanych kształtach, mała gęstość, wynosząca dla większości tworzyw 0,8 1,5 g/cm3, a dla tworzyw o budowie komórkowej - poniżej 0,15 g/cm3, korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru właściwego, jest to tzw. wytrzymałość właściwa, dobre właściwości mechaniczne i często bardzo dobre - elektroizolacyjne, dobra lub bardzo dobra odporność chemiczna oraz wysoka odporność na działanie wody, dobry wygląd otrzymanych przedmiotów (barwa, połysk, faktura powierzchni) duża żywotność bez konieczności konserwacji Slajd 5
Wprowadzenie dwa słowa o tworzywach Cechy niekorzystne: wytrzymałość mechaniczna gorsza niż metali (ale kompozyty szklane lub węglowe mają ją zbliżoną), duże pełzanie - większe niż metali, mała stabilność właściwości wytrzymałościowych oraz skłonność do przechodzenia w stan kruchości podczas dłuższego oddziaływania zmiennych temperatur, mała stabilność kształtu wynikająca z małej sztywności, duża rozszerzalność cieplna 5 20 razy większa niż stali, mała twardość (w porównaniu ze stalami 10 100 razy mniejsza), mała odporność cieplna - zwykle 60 150 C, wyjątkowo 200 300 C (tworzywa fluorowe, poliamidy), są również tworzywa sztuczne odporne na temperaturę powyżej 300 C. Slajd 6
Wprowadzenie dwa słowa o tworzywach Zużycie tworzyw w mln ton (dane na 2008r) Slajd 1
Wprowadzenie dwa słowa o tworzywach Slajd 8
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych budownictwo, przemysł precyzyjny, opakowania, medycyna, automotive, RTV, AGD, elektronika, przemysł lotniczy i komunikacja, Slajd 9
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Źródło: www.tworzywa.pl Slajd 10
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Źródło: www.tworzywa.pl Slajd 11
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Gdzie te tworzywa w samochodach? Belka skrętna samochodu osobowego metalowa i jej odpowiednik wykonany z PA z włóknem szklanym 50% [źródło PlastEurope] Slajd 12
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Zastosowania przemysłowe w produkcji samochodów Belka skrętna samochodu osobowego metalowa i jej odpowiednik wykonany z PA z włóknem szklanym 50% [źródło PlastEurope] Slajd 13
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Skala mikro wyprasek wtryskowych Mikrofotografie części maszyn wykonanych z POM technologią wtryskiwania Precyzyjny uchwyt soczewki Komponent systemu mikropompy (Ferromatic Milacron) Uchwyt mikrosensora, masa: 0,0028g (Battenfeld) Slajd 14
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Zastosowania tworzyw sztucznych i ich kompozytów w skali makro Wnętrze kabiny pasażerskiej nowego AIRBUSA A-380 Slajd 15
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Technologia wytwarzania poszycia samolotu A380 z laminatów węglowych Slajd 16
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Pionowy statecznik długości 11 m Slajd 17
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Laminowanie kontaktowe poszycia kadłuba oraz skrzydło główne o rozpiętości 38m Slajd 18
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Zaawansowane technologicznie zastosowania tworzyw sztucznych i ich kompozytów w skali makro Konkurencja AIRBUSA BOEING 787 Dreamliner Slajd 19
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Materiały wykorzystane do produkcji B787 Konkurencja AIRBUSA BOEING 787 Dreamliner Slajd 20
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Kompozytowy kadłub Slajd 21
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Kompozytowy kadłub Slajd 22
2. Obszary stosowania tworzyw polimerowych Inne ciekawe zastosowania technologii tworzyw polimerowych Kompozytowy most, trwałość 50lat, masa 80ton (Niemcy) Slajd 23
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Do nowoczesnych technologii wtryskiwania można zaliczyć: Wtryskiwanie z wodą i gazem WAIM, GAIM, Wtryskiwanie wielokolorowe i wielokomponentowe, Dekorowanie w formie IMD, Etykietowanie w formie IML, Każda z wymienionych metod wtryskiwania jest dedykowana do konkretnego zastosowania i grupy wyrobów. w. Slajd 24
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Wtryskiwanie z wodą WAIM Slajd 25
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Wtryskiwanie wspomagane gazem GAIM Zalety redukcja siły zamykania oraz możliwość zastosowania wtryskarki o mniejszej jednostce wtryskowej. Krótszy czas cyklu Możliwość redukcji masy wypraski nawet o 50% Prosta konstrukcja formy Możliwość zaślepienia punktu wtrysku gazu poprzez dotryśnięcie tworzywa. Technika odpowiednia dla grubościennych, stabilnych detali. Slajd 26
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Wtryskiwanie wspomagane gazem GAIM - przykłady Slajd 27
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Rozwiązania zania konstrukcyjne maszyn w zależno ności od przeznaczenia Elastyczność w konfigurowaniu jednostek wtryskowych Slajd 28
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Wtryskiwanie dwukomponentowe maszyna z obrotowym stołem Źródło: ENGEL Polska Slajd 29
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Wtryskiwanie dwukomponentowe z montażem w formie maszyna z obrotowym stołem Wytwarzanie perlatora do kranu Źródło: ENGEL Polska Slajd 30
3. Nowoczesne technologie przetwórstwa tworzyw Wtryskiwanie dwukomponentowe z chłodzeniem międzyoperacyjnym Produkcja uchwytów do śrubokrętów Źródło: ENGEL Polska Slajd 31
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w konstrukcji narzędzi do przetwórstwa Slajd 32
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Slajd 33
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Slajd 34
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w konstrukcji narzędzi do przetwórstwa Slajd 35
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w zastosowaniach Slajd 36
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w zastosowaniach Slajd 37
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w zastosowaniach Slajd 38
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w zastosowaniach Slajd 39
4. Innowacyjne technologie w wytwarzaniu narzędzi do przetwórstwa Techniki przyrostowe w zastosowaniach Slajd 40
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Różnicowa kalorymetria skaningowa DSC Metoda DSC ma zastosowanie w badaniach: przemian fazowych polimerów, przemian fizycznych: temperatury zeszklenia T g, temperatury mięknienia T m, składu mieszanin i kopolimerów, rozkładu termicznego T d (temperatura destrukcji) polimerów, utleniania i spalania, ciepła: krystalizacji, polimeryzacji, rozpuszczania, absorpcji i desorpcji entalpii topnienia i stopnia krystaliczności, Slajd 41
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Przykładowy termogram DSC tworzywo polioksymetylen POM Sniatal M8 Rhodia Slajd 42
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Masowy i objętościowy wskaźnik szybkości płynięcia tworzyw Urządzenie firmy Dynisco (USA) Slajd 43
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Stanowisko do badania temperatury mięknienia wg Vicata oraz temperatury ugięcia po obciążeniem HDT firmy HAAKE Slajd 44
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Badania mikroskopowe struktury tworzyw Mikroskop biologiczny NIKON Eclipse E200 do obserwacji w świetle przechodzącym, odbitym i spolaryzowanym wyposażony w kamerę cyfrową o rozdzielczości 5MP Mikrotom rotacyjny automatyczny do wykonywania ścinków do mikroskopii optycznej firmy Slajd 45
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw v ch = 5 0 C/min v ch = 10 0 C/min v ch = 20 0 C/min Wpływ szybkości chłodzenia na morfologię (POM) Slajd 46
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Pomiary barwy z wykorzystaniem spektrofotometru sferycznego Slajd 47
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Pomiary barwy z wykorzystaniem spektrofotometru sferycznego Spektrofotometr firmy x-rite (USA) Slajd 48
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Badania elastooptyczne stanu naprężeń własnych w wypraskach wtryskowych Stressviewer SV-1000 firmy StrainOptic (USA) Slajd 49
5. Zaawansowane techniki badania właściwości tworzyw Przykładowe obrazy elastooptyczne a) b) a Elastooptyka Analiza MES a Elastooptyka Analiza MES Porównanie obrazów elastooptycznych i analizy MES Slajd 50
Dziękuję za uwagę. Kontakt: Przemysław POSTAWA, dr inż. Kierownik Laboratorium Badawczego Instytut Przetwórstwa Polimerów Politechnika Częstochowska E-mail: postawa@ipp.pcz.pl Al. Armii Krajowej 19c 42-200 Częstochowa Tel/fax: (034) 325 05 39 Fax.: (034) 325 06 59 Zapraszamy do współpracy, bo tylko razem można osiągnąć sukces