Polotovary z termoplastů

4.15.1 Polotovary z termoplastů

Ing. Miloš Sova, CSc.

Kovové materiály jsou dodávány ve formě polotovarů zcela běžně. Z těchto polotovarů, tj. hrubých kusů ve formě šestiboké nebo kulaté tyčoviny, válců, desek a profilů různého tvaru, jsou pak různými operacemi, jako např. obráběním nebo svařováním, vyráběny jednotlivé součásti výrobků. Podíl kovových materiálů primárně zpracovaných na polotovary je dominantní. Zásadně jiná je situace termoplastů, kde většina vyrobeného materiálu je zpracována přímo na výrobek specifickými technologiemi. Přesto však i u termoplastů vyvstává někdy potřeba zpracování materiálu obráběním. To nastává zpravidla tehdy, když není ekonomicky únosné obstarat příslušné nástroje (vstřikovací formy, vytlačovací hlavy a kalibry) pro velkosériovou výrobu. Polotovary z termoplastů jsou tedy nutné všude tam, kde se vyrábějí jednotlivé speciální součásti pro prototypovou nebo malosériovou výrobu, případně pro potřeby strojní údržby.

Výběr základních tvarů polotovarů je prakticky shodný s polotovary dodávanými z kovových materiálů. Jsou to hlavně tyče, silnostěnné trubky, desky a fólie. Přehled běžně dostupného sortimentu je uveden v tabulce.

Materiály dodávané ve formě polotovarů je možné na základě jejich užitných vlastností rozdělit následovně:

1. technické plasty

· ztužené,

· vysoce houževnaté,

· se sníženou hořlavostí,

· se speciální aditivací (elektrovodivé, tribologicky modifikované);

2. konstrukční plasty

· ztužené,

· vysoce houževnaté,

· se speciální aditivací (elektrovodivé, tribologicky modifikované);

3. konstrukční plasty s vysokou tepelnou odolností;

4. speciální plasty.

Těžiště odbytu polotovarů je v materiálech s určitými speciálními vlastnostmi. Tak např. z běžných konstrukčních plastů jsou do polotovarů zpracovávány zejména ty polymery, které vynikají nad ostatní typy svými mechanickými vlastnostmi (ABS), nebo svou chemickou odolností (PVC, PE-HD), nebo optickými vlastnostmi (PMMA), nebo mají nějaké jiné přednosti.

Zlepšení užitných vlastností termoplastů za přijatelnou cenu je možné dosáhnout jejich mícháním v tavenině se speciálními aditivy, čili modifikací. Pro zvýšení tuhosti plastů se využívá účinku ztužujících plniv, jako jsou skleněná, uhlíková nebo aramidová vlákna, v poslední době též vlákna z nerezové oceli. Lubrikační vlastnosti materiálů se modifikují plněním polytetrafluórethylénem (PTFE), sulfidem molybdenu nebo grafitem, případně kombinací těchto plniv se silikonovými polymery. Plnění speciálními typy sazí vede ke snížení měrného elektrického odporu, případně až k dosažení elektrické vodivosti.

Modifikace určité vlastnosti polymerního materiálu je však často zaplacena zhoršením jiných vlastností. Zvýšení tuhosti (modulu pružnosti) a pevnosti materiálu plněním ztužujícím plnivem je obvykle provázeno razantním snížením jeho houževnatosti, zvýšení houževnatosti směšováním s elastomerním modifikátorem vede naopak ke snížení mechanické tuhosti (modulu pružnosti) výsledného materiálu. Rozhodující pro výběr správného typu modifikovaného materiálu jsou tedy vždy požadavky plynoucí z konkrétní aplikace a volba materiálu je vždy kompromisem mezi těmito požadavky a cenou. Cena materiálu je však obvykle rozhodujícím kritériem. K ceně materiálu je dlužno poznamenat, že rozhodující je objemová cena, protože ve výrobcích je materiál prodáván na objem.

Na nejnižších příčkách pomyslného cenového žebříčku termoplastických materiálů stojí technické plasty, z nichž vůbec objemově nejlevnější je PP. Pro většinu aplikací jsou užitné vlastnosti technických plastů zcela dostačující. Vlastnosti základních, ztužených a modifikovaných technických termoplastů dodávaných ve formě polotovarů jsou porovnány v následujících tabulkách.

*) smluvní metoda LNP Plastics

Pro aplikační oblasti, kde již pro své užitné vlastnosti tzv. technické plasty nedostačují, je nezbytné vybrat vhodný materiál ze skupiny označované jako konstrukční nebo též inženýrské plasty. Na polotovary jsou z této materiálové třídy běžně zpracovávány polyamidy (PA 6, PA 66, PA 610), polyestery (PET, PBT), polykarbonát (PC) nebo materiály na bázi směsí polyfenylénoxidu s polystyrénem (PPO/PS). Samotný PPO je běžnými plastikářskými technologiemi nezpracovatelný pro extrémně vysokou viskozitu a elasticitu své taveniny. Tvoří však s PS nebo s kopolymerem styrénu a polybutadiénu (PS-HI) jednofázové, tedy tzv. pravé směsi, jejichž viskozita a elasticita taveniny je vlivem polystyrénové složky řádově nižší. Reologické vlastnosti takto modifikovaného PPO jsou pro zpracování materiálu v tavenině příznivé. Tyto materiály vynikají nad jiné svými elektroizolačními vlastnostmi a požárně technickými charakteristikami.

Vlastnosti základních a ztužených konstrukčních termoplastů dodávaných ve formě polotovarů jsou porovnány v následujících tabulkách.

*) smluvní metoda Underwriters Laboratories **) smluvní metoda LNP Plastics

*) smluvní metoda Underwriters Laboratories **) smluvní metoda LNP Plastics

*) smluvní metoda Underwriters Laboratories

Z technické praxe často přicházejí požadavky na materiál, který by měl vykazovat nižší koeficient tření, vyšší odolnost vůči otěru při zachování určité, pokud možno co nejvyšší úrovně mechanických a tepelných vlastností, než je možné dosáhnout s běžnými technickými plasty. Tyto neobvykle vysoké nároky na tribologické vlastnosti plastů obvykle vyplývají z nutnosti zajistit technicky vyhovující a ekonomicky přijatelné řešení výroby kluzného uložení součástí nejrůznějších strojů bez nutnosti jejich dalšího mazání po celou dobu životnosti výrobku.

Některé polymery jsou pro tento typ namáhání svými vlastnostmi přímo předurčeny a byly také prvními plasty, které byly takto aplikovány, např. polyamidy nebo polyoxymethylén. Polyamidy tvoří v oboru výroby polotovarů významnou materiálovou skupinu. Vyznačují se vynikajícími mechanickými vlastnostmi a díky vysoké teplotě tání jejich krystalické fáze jsou krátkodobě použitelné i při poměrně vysokých teplotách. Přehled polyamidů běžně dostupných ve formě polotovarů s teplotami tání jejich krystalické fáze jsou uvedeny v tabulce.

Významného zlepšení tribologických vlastností se dosáhne aditivací polymerního materiálu vhodným lubrikantem, např. sulfidem molybdenu, polytetrafluorethylenem (PTFE), silikonovými polymery, nebo jejich různými kombinacemi. Vynikající kluzné vlastnosti vykazují fluoroplasty, z nichž nejlepší je v tomto směru PTFE. Mechanické vlastnosti PTFE, zejména jeho špatná krípová odolnost jsou však důvodem, že se v technické praxi stále více uplatňují modifikované typy konstrukčních plastů. Nepříliš vysoká pevnost a tuhost a zejména špatná krípová odolnost PTFE však brání jeho uplatnění v řadě technických aplikací.

Mechanické, tepelné a tribologické vlastnosti plastů určených pro aplikace založené na kluzném kontaktu s ocelovými materiály jsou uvedeny v následujících tabulkách.

*) smluvní metoda LNP Plastics