Rodzaje tworzyw konstrukcyjnych
Jakie są rodzaje tworzyw konstrukcyjnych? Rodzaje tworzyw konstrukcyjnych dzieli się według struktury i odporności termicznej na trzy główne grupy:
- Termoplasty techniczne – tworzywa termoplastyczne o dobrych właściwościach mechanicznych: POM (poliacetal), poliamid (PA6, PA66), polietylen (PE) i polipropylen (PP). To najpopularniejsze konstrukcyjne tworzywa sztuczne, stosowane w produkcji elementów maszyn.
- Tworzywa wysokotemperaturowe – PTFE (teflon), PEEK i PVDF, przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach i w kontakcie z agresywnymi mediami. Termoplastyczne tworzywo z tej grupy cechuje się wysokimi parametrami mechanicznymi i najwyższą odpornością termiczną.
- Tworzywa termoutwardzalne i laminaty – materiały złożone na bazie tkaniny i żywicy (tekstolit, laminaty z włókien szklanych i żywicy epoksydowej lub fenolowej), o wysokiej sztywności i właściwościach elektroizolacyjnych.
Jakie tworzywa są stosowane jako tworzywa konstrukcyjne? Popularne tworzywa konstrukcyjne i najczęściej dobierane materiały inżynieryjne to POM, poliamid PA, PTFE, polietylen (PE), PVC, PP, poliwęglan (PC), PET (politereftalan etylenu), PVDF, PMMA oraz laminaty techniczne. Każdy z tych materiałów ma inny profil właściwości i zakres zastosowań, a przykłady tworzyw konstrukcyjnych i ich karty materiałowe z parametrami znajdziesz w katalogu powyżej.
Właściwości tworzyw konstrukcyjnych
Konstrukcyjne tworzywa sztuczne charakteryzują się wysokimi parametrami mechanicznymi i zestawem cech, które czynią je lekką alternatywą dla stali i metali kolorowych:
- Wysoka wytrzymałość mechaniczna – dobre właściwości mechaniczne przy niskiej masie. Konstrukcyjne tworzywa sztuczne wyróżniają się wysokimi parametrami mechanicznymi i wysoką sztywnością, przenosząc duże i dynamiczne obciążenia bez trwałych odkształceń, co predysponuje je do zastosowań konstrukcyjnych.
- Odporność chemiczna – dobrą odporność chemiczną na substancje chemiczne, kwasy, zasady, smary i środki czyszczące. Wysoką odpornością na działanie substancji żrących i działanie kwasów wyróżniają się PTFE, PVDF i PP – to materiały odporne chemicznie, wykazujące doskonałą odporność na działanie substancji chemicznych i agresywnych mediów.
- Szeroki zakres temperatur – praca ciągła w szerokim zakresie temperatur. PTFE (teflon) pracuje w temperaturach do +260°C, PEEK w pracy ciągłej do ok. +250°C (krótkotrwale wyżej) i oferuje większą wytrzymałość mechaniczną niż teflon, natomiast poliamid i poliacetal mają ograniczenia do +80/+90°C.
- Właściwości ślizgowe i odporność na ścieranie – niski współczynnik tarcia i odporność na ścieranie predysponują je do zastosowań ślizgowych: łożysk, prowadnic i kół zębatych.
- Stabilność wymiarowa – niską absorpcją wilgoci i małą rozszerzalnością cieplną zapewniają dokładność wymiarową i powtarzalność detali. Niska absorpcja wilgoci to atut zwłaszcza POM-u i PA66.
- Łatwość obróbki i właściwości elektroizolacyjne – łatwość obróbki skrawaniem (toczenie, frezowanie) oraz właściwości elektroizolacyjne przydatne w obudowach izolacyjnych, elementach zaworów i elementach konstrukcyjnych narażonych na uszkodzenia mechaniczne.
Tworzywa konstrukcyjne do obróbki CNC
Poliamid, poliacetal i polietylen są polecane do obróbki CNC – dobrze się skrawają i utrzymują stabilność wymiarową. POM-C to ulubiony materiał wśród operatorów CNC i popularny materiał w obróbce CNC, a PA 6 jest najpopularniejszym tworzywem do obróbki CNC ze względu na dobrą odporność na ścieranie i wysoką wytrzymałość mechaniczną. Przy doborze pod obróbkę CNC uwzględniamy temperaturę pracy: poliamid i poliacetal mają ograniczenia do +80/+90°C, PTFE i PEEK pracują znacznie wyżej. Z tworzyw konstrukcyjnych wykonujemy koła zębate, tuleje łożyskowe, elementy ślizgowe i korpusy – toczone i frezowane z dokładnością wymiarową na wymiar.
Tworzywa konstrukcyjne do kontaktu z żywnością
Tworzywa do kontaktu z żywnością muszą spełniać surowe normy. POM-C jest rekomendowany do kontaktu z żywnością, a polietylen PE w różnych odmianach (PE-HD, PE-UHMW) jest odpowiedni do kontaktu z żywnością i odporny na działanie chemikaliów i wilgoci. W branży spożywczej i przemyśle spożywczym stosuje się także PP i PTFE z odpowiednimi dopuszczeniami. Tworzywa konstrukcyjne są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym i medycznym – do tych zastosowań dobieramy materiał z dokumentacją zgodności. W zastosowaniach higienicznych liczy się gładkość powierzchni i brak migracji substancji do produktu, dlatego materiał i jego dopuszczenia potwierdzamy odpowiednią dokumentacją, a technologię obróbki dobieramy tak, aby detal spełniał wymagania sanitarne.
Zastosowania tworzyw konstrukcyjnych
Tworzywa konstrukcyjne znajdują zastosowanie w niemal każdej gałęzi przemysłu: w budowie maszyn i urządzeń, przemyśle motoryzacyjnym, spożywczym, chemicznym oraz w energetyce. Produkcja elementów maszyn z tworzyw konstrukcyjnych obejmuje koła zębate, tuleje łożyskowe, prowadnice, korpusy pomp, elementy zaworów, obudowy izolacyjne oraz elementy do produkcji rur i instalacji. Najczęstsze zastosowania i najczęściej stosowane materiały to:
- POM (poliacetal) – sztywność, stabilność wymiarową i doskonałe właściwości ślizgowe (tuleje, koła zębate, prowadnice liniowe).
- Poliamid PA / PA6 / PA66 – wysoka wytrzymałość i odporność na ścieranie (łożyska, rolki, elementy maszyn); poliamid PA dobrze pracuje pod obciążeniami dynamicznymi.
- PTFE (teflon) – najwyższa odporność chemiczna i termiczna oraz najniższe tarcie (uszczelnienia, pierścienie ślizgowe, tuleje łożyskowe).
- Polietylen PE (PE-HD, PE-UHMW) – odporność na uderzenia i ścieranie (prowadnice, wykładziny, elementy ślizgowe w branży spożywczej).
- PVC i PP – materiał odporny chemicznie do produkcji rur, korpusów pomp i elementów zaworów w instalacjach chemicznych.
- Poliwęglan (PC) – wysoka przezroczystość i bardzo wysoka wytrzymałość mechaniczna na uszkodzenia mechaniczne (osłony, obudowy).
Materiały te sprawdzają się w różnych branżach i różnych gałęziach przemysłu – od budowy maszyn i sprzętu sportowego po energetykę. Tworzywa konstrukcyjne zastępują metale w produkcji elementów maszyn, prowadnic i uszczelnień, a o doborze decydują ich właściwości mechaniczne, odporność chemiczna i zakres temperatur. Dobierając tworzywo konstrukcyjne pod konkretne zastosowanie, uwzględniamy właściwości ślizgowe, stabilność wymiarową i warunki pracy – tak, aby materiał służył niezawodnie przez długi czas eksploatacji, także w ekstremalnych warunkach. Tworzywa konstrukcyjne znajdują dziś zastosowanie tam, gdzie kiedyś stosowano wyłącznie metal.
