Modyfikacja Tworzyw Poprzez Dodatki

05 września 2022
Dzięki swoim unikalnym właściwościom tworzywa sztuczne zyskują coraz to nowe obszary zastosowań w różnych gałęziach przemysłu oraz wkraczają do aplikacji, które wcześniej były zarezerwowane dla metali i innych materiałów. Do jednych z najważniejszych zalet tworzyw należy zaliczyć łatwość formowania z nich przedmiotów o bardzo skomplikowanych kształtach wykorzystując technologie wtryskiwania.

Kolejna ich ważna cecha to mała gęstość średnio 5-8 razy mniejsza niż metali co daje bardzo korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do ciężaru właściwego (tzw. wytrzymałość właściwa). W połączeniu z wysoką odpornością chemiczną, łatwość w uzyskaniu dowolnej struktury i faktury powierzchni oraz możliwością recyklingu stawia je pośród najbardziej dynamicznie rozwijającą się grupą materiałową.

Jednak nie wszyscy zdają sobie sprawę z jeszcze jednej bardzo ważnej cechy – jest nią bardzo łatwa modyfikacja różnych właściwości, tych użytkowych (estetycznych) jak i mechanicznych. Wydawałoby się, że nie ma w tym nic szczególnego. Przecież metale też można produkować z różnym składem i właściwościami. Zgadza się, jednak metali nie da się modyfikować na etapie produkcji z nich gotowego wyrobu.

Tworzywa które dostarczane są do przetwórców zazwyczaj są gotowym produktem (materiałem) o ściśle określonych cechach i właściwościach fizycznych zapisanych w kartach produktu (w sposób ogólny) oraz w certyfikacie dostawy (który opisuje konkretne zmierzone właściwości w laboratorium producenta). Jednak technologia przetwórstwa pozwala nam na dalszą modyfikację właściwości w dość szerokim zakresie właściwości choć ograniczonym do możliwości układów przetwórczych maszyn technologicznych. Każde tworzywo które zakupujemy jest modyfikowane pod kątem założonych właściwości, a receptura jest tajemnicą producenta. Oczywiście producent podaje podstawowe właściwości i substancje znajdujące się w gotowej kompozycji jednak najczęściej o określonych właściwościach decydują subtelne ilości różnych substancji, a to już pozostaje tajemnicą producenta.

Jednak na tym nie kończy się możliwość wpływania na właściwości elementów jakie zamierzamy wytwarzać z już zakupionego tworzywa. Tworzywa termoplastyczne można modyfikować poprzez dodawanie do nich różnych substancji, dodatków, napełniaczy (pełniących reaktywną funkcję wzmacniającą) oraz wypełniaczy (pełniących inertną funkcję). Aby je móc dodawać, muszą one być odpowiednio przygotowane i mieć postać zbliżoną do postaci przetwarzanego tworzywa – czyli granulatu. Dozowanie wszelkich dodatków w postaci proszków może spowodować ich zbyt szybką degradację lub słabe homogenizację (wymieszanie) z przetwarzanym tworzywem.

Dlatego producenci dodatków do tworzyw przygotowują dla przetwórców tak zwane przedmieszki (masterbatch). Masterbach to nic innego jak dodatek, których chcemy dodać do tworzywa rozmieszany wstępnie z tworzywem (nośnikiem) i wytłoczony do postaci granulatu. Tak przygotowany dodatek może być dozowany bezpośrednio do lejów zasypowych maszyn przetwórczych i poprawnie uplastyczniany i homogenizowany w układach uplastyczniających do osiągnięcia jednolitej masy przetwarzanego materiału.

Do tworzy dodajemy napełniacze i wypełniacze w celu wytworzenia kompozytu. Mają one najczęściej postać włókien (włokna szklane, bazaltowe, grafitowe czy węglowe) lub materiałów bezpostaciowych o strukturze proszku lub płytkowej (talk, kreda, mika itp.).

Substancje modyfikujące (additives) to najczęściej pigmenty i barwniki, modyfikatory udarności, stabilizatory cieplne i UV zmiękczacze, uniepalniacze, antystatyki, ślizgowe, spieniacze i inne. Modyfikują najczęściej właściwości wyrobu gotowego, jednak dodatki dodaje się również w celu poprawy właściwości przetwórczych.

Wszystkie substancje i dodatki do tworzyw powinny charakteryzować się następującymi właściwościami:

  • wykazywać możliwość mieszania się z polimerem
  • wykazywać powinowactwo do polimeru które zapewniłoby zwilżenie napełniacza i uzyskanie efektu wzmocnienia
  • charakteryzować się stabilnością właściwości przy przetwórstwie i eksploatacji
  • mieć rozwiniętą powierzchnię i minimalną porowatość

Wady stosowania napełniaczy:

  • napełniacze powodują wzrost lepkości kompozycji polimerowej,
  • w wielu przypadkach otrzymuje się układy niejednorodne co powoduje niejednorodność wyprasek pod względem właściwości,
  • wiele napełniaczy szczególnie proszkowych powoduje zwiększoną nasiąkliwość wody a tym samym powoduje szybsze zużycie form i maszyn przetwórczych.

Podsumowując należy bezwzględnie korzystać z tej wspaniałej cechy jaką jest możliwość modyfikacji właściwości tworzyw już na etapie ich przetwarzania. Jest to unikalna właściwości pozwalająca na zakup jednego tworzywa i produkowanie wyprasek o różnych kolorach czy wybranych właściwościach fizycznych. Ogranicza to ryzyko związane z zakupami materiałów, pozwala oszczędzić miejsce i koszty magazynowania wielu różnych tworzywa o różnych kolorach czy właściwościach. I co najważniejsze daje przetwórczy możliwość samodzielnej ingerencji w modyfikację pewnych właściwości formowanych wyprasek. 

Jednak niesie pewne ryzyko związane z nieprawidłowym doborem i stosowaniem dodatków. Dlatego należy czytać instrukcję stosowania dodatków, zakres ich użytkowania, temperatury przetwórstwa i obserwować zmiany jakie wprowadzają w produkowanych wypraskach.

Autor: Eksperci GA
Źródło: Eksperci GA