Naujienos

2018.02.28

Kaip gimsta plastikas?

Kaip gimsta plastikas?

Net nesusimąstydami kiekvieną dieną aplink save matome bei naudojamės daiktais, kurie yra pagaminti iš plastiko. Ši medžiaga naudojama daugelyje pramonės sričių, taip pat yra nepakeičiama buityje. Galima drąsiai teigti, jog gyvenime plastikas lengvai atpažįstamas: visi puikiai žino, jog rašiklis ar vandens buteliukas yra gaminami būtent iš jo. Tačiau retas susimąsto,  iš ko susideda plastikas ir kokį kelią turi nueiti, kad įgautų mums įprastą formą bei taptų tinkamu naudoti?

 

Nuo ko viskas prasidėjo: pirmasis plastikas

Plastiko ištakos siekia 19 amžiaus vidurį, kai britų chemikas Alexanderis Parkesas susintetino pirmąjį dirbtinį plastiką. Šis buvo pavadintas parkesinu, kurio gamybai pasitelkta nitroceliuliozė.

Tai buvo plastiko eros pradžia. Vėliau mokslininkai išrado celiulioidą, bakelitą, karbolitą, kiek vėliau pradėtas  gaminti  šiandien gerai žinomas poliamidas. Amžiaus pabaigoje patentuota ir pirmoji plastiko liejimo mašina, paspartinusi gamybos procesus, padidinusi plastiko populiarumą bei  jo naudojimą.

Plastiko ištakos – gamtoje

Kalbant apie plastiko gamybą, didėjantį jo poreikį, šiandien pabrėžiamas neigiamas poveikis gamtai, rimtos ekologinės problemos bei kylantys iššūkiai. Paradoksalu, tačiau būtent nuo gamtinių išteklių prasideda šios medžiagos kelionė. Po pačiu plastiko terminu slepiasi ne vienas junginys, sudarytas iš elementų, randamų gamtoje: anglies, vandenilio, deguonies, azoto, chloro, sieros. Plastikai, kitaip vadinami polimerais, gaunami sintetinant pirmines chemines medžiagas, randamas naftoje, gamtinėse dujose ar anglyje. Taigi, plastiko, darančio nemenką žalą aplinkai, pirmieji žingsniai žengiami būtent gamtos kloduose.

Pagrindiniai plastiko tipai

Plastiką galima įsivaizduoti kaip junginį, kurį sudaro vienodų molekulių grandinės, sujungtos kartu. Pastarosios vadinamos polimerais, tad daugelis plastikų pavadinimų prasideda „poli“, kaip polietilenas, polistirenas ar polipropilenas. Pagal molekulinę sandarą plastikai skirstomi į dvi pagrindines rūšis: termoplastikus ir reaktoplastikus.

Termoplastikai yra polimerai, kurie minkštėja veikiant šilumai, todėl gali būti lengvai formuojami. Vėstant, pavyzdžiui, iki kambario temperatūros, termoplastikai, grįžta į savo pradinę kietąją būseną. Paprastas pavyzdys, iliustruojantis termoplastikų elgseną, galėtų būti ledo kubelis: ledas tirpsta jį šildant, tačiau kietėja šaldant. Panašiai yra ir su termoplastikais, kai neperžengiant tam tikros kritinės temperatūros ribos, jie lengvai suminkštėja arba sukietėja,  išlaikydami visas savo pirmines savybes.

Dažnai termoplastikus sutinkame ir mes kasdieninėje aplinkoje, iš kurių gaminami įvairūs namų apyvokos daiktai: plėvelės, indeliai, buteliai, įrankiai, įvairios talpos, gaubtai ir pan. Automobilių apdailos dalys: bamperiai, vidaus ir išorės aksesuarai taip pat dažniausiai yra gaminami iš termoplastikų. Tai tik keletas buitinių pavyzdžių, tačiau be mums įprastų sričių, termoplastikai dažnai naudojami ir įvairiose pramoninėse šakose, tokiose kaip: reklamos gamyba, maisto pramonė ar apdirbamoji pramonė. Termoplastikai sudaro apie 92% visų pasaulyje naudojamų plastikų, todėl, be jokios abejonės, tai yra populiariausia plastikų rūšis.

Kitas plastikų tipas – reaktoplastikai. Tai polimerai, turintys visiškai kitokią molekulinę sandarą negu termoplastikai. Molekulinės sandaros skirtumai nulemia ir skirtingą šių polimerų elgseną. Reaktoplastikai išsiskiria tuo, jog priešingai nei termoplastikai – nesilydo, veikiant šilumai pakeičia struktūrą ir negrįžta į pirminę savo būseną. Tokį procesą puikiai iliustruoja virto kiaušinio pavyzdys, kurį išvirus (paveikus temperatūra) jis pasidaro kietas (pakeičia savo struktūrą) ir po to negali būti sugrąžintas į pradinę skystą būseną. Reaktoplastikai pasižymi ilgaamžiškumu, tvirtumu, atsparumu UV spinduliams, o kai kurie iš jų gali turėti netgi elastingumo požymių. Reaktoplastikai dėl savo puikių eletroizoliacinių savybių, dažnai naudojami elektros pramonėje: kaip įvairūs mikroschemų pagrindai, apsauginiai korpusai aukštos įtampos elektroskydinėse.  Iš reaktoplastikų, kurie yra elastingi, gaminamos automobilių padangos, ratai, stabilizavimo mechanizmų įvorės, apsauginės dalys, mažinančios vibracijas ir pan. Ir nors reaktoplastikai – gerokai rečiau sutinkama, tačiau ne mažiau naudinga ir svarbi polimerų rūšis.

Plastikinių detalių ir komponentų gamybos metodai

Kalbant apie paties plastiko gamybą, galima įvardinti keletą esminių principų. Pirmiausia, plastikui išgauti naudojamos gamtoje randamos medžiagos, pavyzdžiui, žalia nafta. Ją perdirbant, veikiant temperatūriškai ir chemiškai, įdedant įvairių priedų, gaunamas galutinis rezultatas - plastiko granulė.

Nuotrauka iš: http://intra.lt/paslaugos/pervezimai/

Plastiko granulė yra pirminis elementas, kurį veikiant mechaniniu būdu kartu su temperatūra, galima išgauti norimos formos ir struktūros plastikinį gaminį. Yra įvairių išgavimo metodų, skirtų polimerams „paversti“ į reikiamą plastikinį produktą, tačiau apžvelgsime pagrindinius ir dažniausiai sutinkamus:

  • Ekstruzija (išstūmimas, ištraukimas) – tai nenutrūkstamas procesas, naudojamas plėvelių, lakštų, profilių ir vamzdžių gamybai. Kaip viskas vyksta? Iš pradžių plastiko granulės supilamos į tam tikrą piltuvą, o vėliau jos leidžiamos į ilgą šildomą kamerą, kurioje jos kaitinamos lydosi. Išlydyta plastiko masė mechaninio sraigto pagalba yra išspaudžiama per ekstruderio gale esančią tam tikros formos angą. Tokiu būdu formuojami  lakštai, įvairių formų strypai, vamzdžiai ir net plona plėvelė. Pavyzdžiui, plačiai naudojamo organinio stiklo Plexiglas XT  lakštai, vamzdžiai ir profiliai dažniausiai yra pagaminti būtent ekstruzijos būdu.

Nuotrauka iš: https://www.researchgate.net/figure/Overview-of-a-plastic-extrusion-machine-with-the-plasticizing-component-in-evidence-The_fig1_321597264

  • Liejimas – tai procesas, kai cheminis tirpalas (suskystintas plastikas) tiesiog įpilamas į norimą gaminio formą. Cheminis tirpalas vėsdamas kietėja, po truputį įgaudamas tipinę plastiko struktūrą ir išvaizdą. Skirtingai nuo ekstruzijos, naudojant liejimo gamybos metodą, plastiko gaminys nepatiria papildomo mechaninio poveikio iš šalies, todėl išlieti plastiko ruošiniai turi mažesnius vidinius įtempimus, geriau apdirbami bei turi mažesnę tikimybę įskilti, įtrūkti ar tiesiog deformuotis. Dažniausiai liejimo gamybos metodas taikomas storiems, didelių gabaritų ir netipinių formų gaminiams išgauti. Pavyzdžiui, organinio stiklo Plexiglas GS blokams arba poliamido strypams, kurių skersmuo gali siekti nuo keliasdešimt milimetrų iki metro ar dar daugiau.

Nuotrauka iš: http://tsw-holding6.co.uk/technical/technical-data/casting-types/

  • Liejimas naudojant spaudimą. Yra du pagrindiniai gamybos būdai, tai kompresinis liejimas (ang. Compression molding) ir įpurškiamasis (ang. Injection molding). Abu būdai paremti tuo, jog suskystintas bei įkaitintas plastikas patenka į reikalingą gaminio formą, tačiau, priešingai nuo paprasto liejimo būdo, formoje esanti masė veikiama spaudimo. Kompresinio liejimo metu skysta masė įleidžiama į įkaitintą norimo gaminio formą ir veikiant dildelei jėgai visa formoje esanti masė suspaudžiama. Didelis spaudimas reikalingas tam, kad būtų pilnai užpildomos visos formos ertmės, todėl plastiko masės perteklius ištrykšta per formos kraštus. Toliau atliekamas vėsinimo procesas ir ruošinys išimamas iš formos. Po šio gamybos būdo dažniausiai reikalingas papildomas plastikinio gaminio apdirbimas (pjovimas, poliravimas, frezavimas, tekinimas ar pan.) tam, kad būtų pašalinamos sukietėjusios nereikalingos atplaišos.    

Nuotrauka iš: http://www.marysrosaries.com/collaboration/index.php?title=File:Compression_Molded_Rubber_Boots_before_Flashing_is_Removed_01.jpg

  • Įpurškiamojo liejimo būdu dažniausiai gaminami sudėtingi ir aukštos kokybės bei didesnio tikslumo reikalaujantys plastiko gaminiai. Šio gamybos ciklo metu, ekstruderis išlydo granules, paversdamas jas tam tikro klampumo mase. Ši paduodama į formavimo įrenginį, kuriame aukšto slėgio pagalba pilnai įpurškiama į uždarą gaminio formą. Vėliau įvyksta atvėsinimas ir galutinis plastikinis produktas išstumiamas į išorę.  Įpurškiamojo liejimo ciklas yra nepertraukiamas procesas ir sukasi ratu.

Nuotrauka iš: http://ptfe-machinery.com/rotational-mouldingpowder-injection-moulding-thixomoulding/

Kas užtikrina plastiko skirtumus ir pagerina jų savybes?

Išgautas pirminis plastikas, turintis tik jam būdingą cheminę sudėtį (formulę), gali apskritai neturėti arba turėti tik dalį reikiamų savybių, reikalingų tam tikram plastikiniam produktui. Todėl labai svarbu žinoti, kad plastikinio produkto savybes nulemia ne tik to gaminio pagaminimo būdas ar plastiko tipas, bet ir priedų rūšis bei jų kiekis. Todėl konkretūs priedai įterpiami į plastiko molekulinę sudėtį, siekiant pagerinti įvairias jo pagrindines savybes: mechanines, fizines ar chemines. Pavyzdžiui, tam tikri priedai naudojami siekiant plastiką padaryti nedegų ar apsaugoti jį nuo saulės šviesos, UV ardomojo poveikio, padidinant jo tarnavimo trukmę. Įvairūs plastifikatoriai ir priedai, tokie kaip stiklo pluoštas, anglis, ar teflonas gali padidinti plastiko mechaninį tvirtumą, lankstumą, pagerinti atsparumą dilimui ar netgi padidinti plastiko darbinę temperatūrą. Plastiko vizualines savybes, tai yra spalvą ar šviesos pralaidumą, irgi nulemia priedų kiekis, todėl pastarieji yra neatsiejama plastikinių gaminių sudedamoji dalis.

Akivaizdu, jog reikalingų polimerų išgavimas, jų apdirbimas bei cheminės reakcijos – visa tai specifinių žinių bei laiko reikalaujantys procesai. Todėl kelias, kurį pirminis cheminis elementas turi nukeliauti iki tol, kol pasiekia mus gerai pažįstamoje plastiko formoje su norima spalva ar reikalingomis savybėmis, yra tikrai ilgas ir labai sudėtingas.

Atgal