Blog Mechanizmów Twórczych

Czym jest polichlorek winylu (PVC) i do czego jest używany?

Polichlorek winylu (PCW) jest jednym z najczęściej stosowanych polimerów termoplastycznych na świecie (obok tylko kilku szerzej stosowanych tworzyw sztucznych, takich jak PET i P.P.). Jest to naturalnie białe i bardzo kruche (przed dodaniem plastyfikatorów) tworzywo sztuczne. PCW istnieje dłużej niż większość tworzyw sztucznych, po raz pierwszy został zsyntetyzowany w 1872 roku i komercyjnie wyprodukowany przez B.F. Goodrich Company w latach 20-tych XX wieku. Dla porównania, wiele innych popularnych tworzyw sztucznych zostało po raz pierwszy zsyntetyzowanych i komercyjnie opłacalnych dopiero w latach 40-tych i 50-tych XX wieku. Najczęściej stosuje się go w przemyśle budowlanym, ale jest również wykorzystywany do produkcji znaków, do zastosowań w służbie zdrowia i jako włókno do produkcji odzieży. PCW został przypadkowo odkryty dwa razy, raz w 1832 roku przez francuskiego chemika Henri Victora Regnaulta, a następnie ponownie odkryty w 1872 roku przez Niemca Eugene Baumanna.

Podstawowe formy i funkcje polichlorku winylu (PCW)

PVC jest produkowany w dwóch ogólnych formach: sztywnego lub nieplastyfikowanego polimeru (RPVC lub uPVC), a drugi jako elastyczne tworzywo sztuczne. W swojej podstawowej formie, PCW charakteryzuje się sztywną, ale kruchą strukturą. Podczas gdy wersja plastyfikowana ma różne zastosowania w wielu gałęziach przemysłu, sztywna wersja PCW również ma swoje zastosowania. Branże takie jak hydraulika, kanalizacja i rolnictwo mogą wykorzystywać sztywny PCW w wielu funkcjach.

Elastyczny, plastyfikowany lub zwykły PCW jest bardziej miękki i podatny na zginanie niż uPVC ze względu na dodatek plastyfikatorów takich jak ftalany (np. ftalan diizononylu lub DINP). Elastyczny PCW jest powszechnie stosowany w budownictwie jako izolacja przewodów elektrycznych lub jako materiał podłogowy w domach, szpitalach, szkołach i innych miejscach, w których priorytetem jest zachowanie sterylnego środowiska. W niektórych przypadkach PCW może działać jako skuteczny zamiennik gumy. Sztywny PCW jest również stosowany w budownictwie jako rura do instalacji wodno-kanalizacyjnych i siding, powszechnie określany w Stanach Zjednoczonych terminem „winyl”. Rura PVC jest często określana za pomocą jej „harmonogramu” (np. Schedule 40 lub Schedule 80). Istotne różnice pomiędzy schematami obejmują takie rzeczy jak grubość ścianki, wartość ciśnienia znamionowego i kolor.

Najważniejsze cechy tworzywa sztucznego PVC obejmują jego stosunkowo niską cenę, odporność na degradację środowiskową (jak również na działanie chemikaliów i zasad), wysoką twardość i wyjątkową wytrzymałość na rozciąganie jak na tworzywo sztuczne w przypadku sztywnego PVC. PCW pozostaje szeroko dostępny, powszechnie stosowany i łatwo poddaje się recyklingowi (skategoryzowany przez kod identyfikacyjny żywicy „3”).

Jakie są właściwości polichlorku winylu (PCW)?

Niektóre z najważniejszych właściwości polichlorku winylu (PCW) to:

1. Gęstość: PCW jest bardzo gęsty w porównaniu z większością tworzyw sztucznych (ciężar właściwy około 1,4)
2. Ekonomia: PCW jest łatwo dostępny i tani.
3. Twardość: Sztywny PCW ma dobrą ocenę twardości i trwałości.
4. Wytrzymałość: Sztywny PCW ma doskonałą wytrzymałość na rozciąganie.

Polichlorek winylu jest materiałem „termoplastycznym” (w przeciwieństwie do „termoutwardzalnego”), co ma związek ze sposobem, w jaki tworzywo sztuczne reaguje na ciepło. Materiały termoplastyczne stają się ciekłe w temperaturze topnienia (zakres dla PVC między bardzo niską 100 stopni Celsjusza i wyższych wartości, takich jak 260 stopni Celsjusza, w zależności od dodatków). Podstawową użyteczną cechą tworzyw termoplastycznych jest to, że można je podgrzewać do temperatury topnienia, schładzać i ponownie podgrzewać bez znaczącej degradacji. Zamiast się palić, tworzywa termoplastyczne, takie jak polipropylen, skraplają się, co pozwala na ich łatwe formowanie wtryskowe, a następnie recykling. W przeciwieństwie do nich, tworzywa termoutwardzalne mogą być podgrzewane tylko raz (zazwyczaj podczas procesu formowania wtryskowego). Pierwsze podgrzanie powoduje utwardzenie materiałów termoutwardzalnych (podobnie jak w przypadku dwuskładnikowych epoksydów), co skutkuje zmianą chemiczną, której nie można odwrócić. Jeśli próbowałbyś podgrzać termoutwardzalne tworzywo sztuczne do wysokiej temperatury po raz drugi, to tylko by się spaliło. Ta cecha sprawia, że materiały termoutwardzalne są kiepskimi kandydatami do recyklingu.

Dlaczego polichlorek winylu (PCW) jest tak często używany?

PVC oferuje szeroką gamę zastosowań i zalet w wielu branżach zarówno w formie sztywnej, jak i elastycznej. W szczególności, sztywny PCW posiada wysoką gęstość jak na tworzywo sztuczne, co czyni go niezwykle twardym i ogólnie niewiarygodnie mocnym. Jest również łatwo dostępny i ekonomiczny, co w połączeniu z długotrwałą charakterystyką większości tworzyw sztucznych czyni go łatwym wyborem dla wielu zastosowań przemysłowych, takich jak budownictwo.

PVC jest niezwykle trwałe i lekkie, co czyni je atrakcyjnym materiałem dla budownictwa, hydrauliki i innych zastosowań przemysłowych. Dodatkowo, wysoka zawartość chloru czyni ten materiał ognioodpornym, co jest kolejnym powodem, dla którego zyskał on taką popularność w różnych gałęziach przemysłu.

Jakie są różne rodzaje PVC?

Chlorek poliwinylu jest szeroko dostępny w dwóch szerokich kategoriach: sztywny i elastyczny. Każdy typ ma swój własny zestaw zalet i idealne zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Elastyczny PCW może działać jako izolacja kabli elektrycznych i alternatywa dla gumy. Sztywny PCW ma różne zastosowania w budownictwie i hydraulice, zapewniając lekki, opłacalny i trwały materiał do wykorzystania.

Jak powstaje PVC?

Chlorek poliwinylu jest wytwarzany w jednym z trzech procesów emulsyjnych:

1. Polimeryzacja suspensyjna
2. Polimeryzacja emulsyjna
3. Polimeryzacja zbiorcza

Chlorek poliwinylu do tworzenia prototypów na maszynach CNC, drukarkach 3D, & wtryskarkach

Pracując z PVC mamy do czynienia z dwoma głównymi zagadnieniami, które czynią go stosunkowo problematycznym i generalnie nie zalecanym do stosowania przez nieprofesjonalistów. Pierwszym z nich jest emisja toksycznych i żrących gazów podczas topienia materiału. Dzieje się to w takim lub innym stopniu podczas drukowania 3D, obróbki CNC i formowania wtryskowego. Zalecamy zapoznanie się z arkuszami danych MSDS dla różnych chlorowanych gazów węglowodorowych, takich jak chlorobenzen i omówienie procesu produkcji z profesjonalnym producentem. Drugim czynnikiem jest korozyjny charakter PCW. Jest to problematyczne, gdy PVC wielokrotnie wchodzi w kontakt z metalowymi dyszami, frezami lub narzędziami do form wykonanymi z materiału innego niż stal nierdzewna lub inny podobnie odporny na korozję metal.

Drukowanie 3D:

Polyvinyl Chloride jest dostępny w formie filamentu jako plastikowy pręt spawalniczy (materiał używany do spawania), ale nie jest obecnie modernizowany do konkretnego zastosowania w druku 3D. Chociaż istnieje coraz większa liczba tworzyw sztucznych i ich substytutów dostępnych dla druku 3D, zdecydowanie dwoma najbardziej powszechnymi są nadal ABS i PLA. W Creative Mechanisms, zazwyczaj drukujemy 3D z ABS. Aby zapoznać się z listą powodów i porównać dwa najpopularniejsze tworzywa sztuczne do druku 3D (ABS i PLA) przeczytaj tutaj.

Największym problemem związanym z PVC do druku 3D jest jego korozyjna natura (potencjalnie zagrażająca funkcjonalności typowych maszyn, jeśli byłby używany przez dłuższy okres czasu). Ciekawy kickstarter opracował dyszę (głowicę ekstrudera) do druku 3D z PVC, zaproponowaną przez inżyniera i przedsiębiorcę Rona Steele’a, która niestety została zamknięta bez wystarczającego zainteresowania w 2014 r. Możesz rzucić okiem na wprowadzający pitch (video) tutaj:

Obróbka CNC:

Polyvinyl Chloride może być cięty na maszynie CNC, ale każdy maszynista, który próbował, prawdopodobnie doświadczył degradacji w frezie w zależności od materiału, z którego jest wykonany. PVC jest żrący i ścierny, a frezy, które nie są wykonane ze stali nierdzewnej lub porównywalnie odpornego na korozję materiału prawdopodobnie ulegną degradacji w czasie.

Formowanie wtryskowe:

Chlorek poliwinylu może być wtryskiwany tak jak inne tworzywa sztuczne, ale chlor w materiale komplikuje proces. Dzieje się tak, ponieważ stopiony PCW może wydzielać żrący, toksyczny gaz. W związku z tym, sklepy muszą być wyposażone w dobre systemy wentylacyjne. Te, które nie są, prawdopodobnie będą się wahać, czy pracować z tym materiałem. Dodatkowo, w przypadku formowania wtryskowego tworzywa sztucznego PVC, do wykonania narzędzia formującego wymagane są unikalne materiały odporne na korozję, takie jak stal nierdzewna lub chromowanie. Skurcz w PVC wynosi zazwyczaj od jednego do dwóch procent. Może się on jednak różnić w zależności od kilku czynników, w tym durometru materiału (twardości), rozmiaru wrót, ciśnienia trzymania, czasu trzymania, temperatury topnienia, grubości ścianki formy, temperatury formy oraz procentu i rodzaju dodatków.

Czy PVC jest toksyczne?

PVC może stanowić zagrożenie dla zdrowia podczas spalania, ponieważ wydziela opary chlorowodoru (HCl). W zastosowaniach, gdzie prawdopodobieństwo pożaru jest wysokie, izolacja przewodów elektrycznych wolna od PCW jest czasami preferowana. Opary mogą być również emitowane podczas topienia materiału (np. podczas prototypowania i procesów produkcyjnych, takich jak druk 3D, obróbka CNC i formowanie wtryskowe). Zalecamy zapoznanie się z Kartami Charakterystyki Substancji Niebezpiecznych (MSDS) dla różnych chlorowanych gazów węglowodorowych, takich jak chlorobenzen i omówienie procesu produkcji z profesjonalnym producentem.

Jakie są zalety polichlorku winylu?

PVC zapewnia przemysłowi szereg krytycznych zalet, które ugruntowały jego miejsce jako jednego z najbardziej popularnych i szeroko stosowanych tworzyw sztucznych na rynku. Zalety te obejmują:

1. Chlorek poliwinylu jest łatwo dostępny i stosunkowo niedrogi.
2. Chlorek poliwinylu jest bardzo gęsty, a przez to bardzo twardy i bardzo dobrze opiera się odkształceniom udarowym w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi.
3. Chlorek poliwinylu ma wyjątkową wytrzymałość na rozciąganie.
4. Chlorek poliwinylu jest bardzo odporny na chemikalia i zasady.

Zalety PCW pomogły ugruntować jego miejsce jako jednego z najczęściej używanych tworzyw sztucznych na całym świecie. Jednakże, mimo że jest ono powszechnie skuteczne i popularne, należy wziąć pod uwagę pewne czynniki przy stosowaniu tego materiału.

Jakie są wady polichlorku winylu?

PVC posiada wiele zalet, które czynią go pożądanym materiałem do pracy, istnieją jednak pewne powody, dla których należy zachować ostrożność. Wady, które należy wziąć pod uwagę przy stosowaniu PCW obejmują:

1. Chlorek poliwinylu ma bardzo słabą stabilność termiczną. Z tego powodu dodatki, które stabilizują materiał w wyższych temperaturach są zazwyczaj dodawane do materiału podczas produkcji.
2. Polichlorek winylu emituje toksyczne opary, gdy jest topiony lub poddawany działaniu ognia.

Mimo pewnych niedociągnięć, polichlorek winylu jest ogólnie doskonałym materiałem. Posiada on unikalną mieszankę cech, które czynią go szczególnie przydatnym w branży budowlanej. Biorąc pod uwagę i rozliczając się z niedociągnięć materiału, można skutecznie poruszać się i kompensować, dzięki czemu można skutecznie korzystać z materiału w nadchodzących projektach.

Jakie są właściwości polichlorku winylu?

*W stanie standardowym (w temperaturze 25 °C (77 °F), 100 kPa)

.