Ludzkość od zarania dziejów korzystała z naturalnych materiałów polimerowych, takich jak drewno, skóra i wełna, ale polimery syntetyczne stały się możliwe dopiero po rozwoju technologii gumy w XIX wieku.Pierwszy syntetyczny materiał polimerowy, celuloid, został wynaleziony przez Johna Wesleya Hyatta w 1869 roku z azotanu celulozy i kamfory.Wielkim przełomem w polimerach syntetycznych był wynalezienie bakelitu przez Leo Hendrika Baekelanda w 1907 r. Prace Hermanna Staudingera z lat dwudziestych XX wieku wyraźnie wykazały makromolekularną naturę długich łańcuchów powtarzających się jednostek.1 Słowo „polimer” pochodzi z języka greckiego i oznacza „wiele Części'.Szybki rozwój przemysłu polimerowego rozpoczął się na krótko przed drugą wojną światową wraz z rozwojem polimerów akrylowych, polistyrenu, nylonu, poliuretanów i późniejszym wprowadzeniem w latach czterdziestych i pięćdziesiątych polietylenu, politereftalanu etylenu, polipropylenu i innych polimerów.Chociaż w 1945 r. wyprodukowano zaledwie około 1 miliona ton, produkcja tworzyw sztucznych przekroczyła wielkość produkcji stali w 1981 r. i od tego czasu różnica stale rośnie.
Czyste polimery rzadko są przetwarzane samodzielnie.Łączy się je z innymi materiałami, zazwyczaj poprzez mieszanie mechaniczne lub mieszanie w stanie stopionym, w celu wytworzenia granulek, proszków lub ake do wykorzystania w kolejnych operacjach przetwarzania.2 Takie złożone produkty nazywane są „tworzywami sztucznymi”, co po grecku oznacza „elastyczne”.Związki mogą zawierać wypełniacze (w celu zmniejszenia kosztów), wzmocnienia, inne polimery, barwniki, środki opóźniające palenie, stabilizatory (aby zapobiec pogorszeniu się pod wpływem światła, ciepła lub innych czynników środowiskowych) i różne substancje pomocnicze w przetwarzaniu.
Polimery syntetyczne można podzielić na dwie kategorie.Tworzywa termoplastyczne (zdecydowanie największa ilość) można topić przez ogrzewanie, zestalać przez chłodzenie i wielokrotnie przetapiać.Główne typy to polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren (PS), polichlorek winylu (PVC), poliwęglan (PC), polimetakrylan metylu (PMMA), politereftalan etylenu (PET) i poliamid (PA, nylon).Termoutwardzalne utwardzanie następuje pod wpływem ciepła i ciśnienia, w wyniku sieciowania, czyli tworzenia trwałych, trójwymiarowych sieci.Nie można ich zmiękczyć poprzez ogrzewanie w celu ponownego przetworzenia.Bakelit, epoksydy i większość poliuretanów to materiały termoutwardzalne.
Niniejszy przegląd poświęcony jest wyłącznie przetwarzaniu tworzyw termoplastycznych.Komercyjne tworzywa termoplastyczne dzieli się na podstawie ich właściwości na „towary” (niskie parametry użytkowe, takie jak PE, PP, PS i PCV), „inżynieryjne” (takie jak PC, nylon i PET) lub „zaawansowane” (najwyższe właściwości użytkowe, np. polimery ciekłokrystaliczne (LCP), polifenylenu (PPS) i polieteroeteroketon (PEEK)).Przewidywany gwałtowny rozwój inżynierii i zaawansowanych polimerów nie nastąpił.Przez ostatnie trzy dekady wykorzystanie tworzyw sztucznych stale rosło, ale głównie w kategorii towarowej.Obecnie polimery towarowe stanowią ~88% wolumenu produkcji3, tworzywa konstrukcyjne ~12%, a stopień zaawansowania wynosi mniej niż 1%.Chociaż ceny zaawansowanych polimerów za kilogram są znacznie wyższe niż polimerów towarowych, ich globalna wartość dla gospodarki jest nadal bardzo mała.
Popularne tworzywa sztuczne mają niską wytrzymałość i sztywność w porównaniu z metalami lub ceramiką i mają tendencję do wykazywania pełzania pod przyłożoną siłą.Mają także ograniczenia temperaturowe przy stosowaniu w postaci stałej (większość topi się w zakresie 100–250°C).Moduły rozciągania dostępnych na rynku tworzyw sztucznych wynoszą ~1 GPa (w porównaniu z 210 GPa w przypadku stali).Znaczącej poprawy nie można osiągnąć przez ułożenie łańcuchów polimeru.W rzeczywistości wiązania węgiel-węgiel są bardzo mocne i wyprodukowano polietyleny z pojedynczym lamentem, których moduły przekraczają wartości modułów stali.Wysoką orientację można osiągnąć dzięki specjalnym technikom przetwarzania, na przykład wytłaczaniu i późniejszemu ciągnieniu w niskich temperaturach.W niskich temperaturach łańcuchy polimerowe mają ograniczoną ruchliwość, a orientacja pozostaje po rozciągnięciu.Niedawne odkrycia i rozwój jednocentrowych katalizatorów na bazie metalocenu zaowocowały nowymi gatunkami popularnych polimerów o kontrolowanej architekturze molekularnej i ulepszonych właściwościach.
Światowa produkcja polimerów wzrosła3 z 27 milionów ton w 1975 r. do ~200 milionów ton rocznie w 2000 r. i nadal rośnie.Według niedawnego raportu4 dostawy wyrobów z tworzyw sztucznych do USA w 2000 r. wyniosły 330 miliardów dolarów, a obroty branż zaopatrzeniowych wyniosły 90 miliardów dolarów, co dało łączną kwotę roczną wynoszącą 420 miliardów dolarów.Całkowite zatrudnienie oszacowano na 2,4 miliona, czyli około 2% siły roboczej w USA.Rozwój przemysłu polimerów jest wynikiem unikalnego połączenia właściwości wyrobów z tworzyw sztucznych, które obejmują łatwość kształtowania i wytwarzania, niską gęstość, odporność na korozję, izolację elektryczną i termiczną oraz często korzystną sztywność i wytrzymałość na jednostkę masy.
Czas publikacji: 04 lutego 2018 r