Autor: I. Čatić
Objavljeno:
Ažurirano: 3. prosinca 2018

preradba polimernih materijala, proizvodnja poluproizvoda i gotovih proizvoda od polimera, najčešće od plastike i gume. Zasniva se na proizvodnim postupcima praoblikovanja i preoblikovanja svojstvenima za te tvari i materijale, te postupcima odvajanja (sječenje, obradba odvajanjem čestica, npr. piljenje, glodanje ili bušenje), povezivanja (zavarivanje, lijepljenje), prevlačenja površine i mijenjanja svojstava materijala. Polimerni materijali mogu biti organski i anorganski, a po podrijetlu prirodni (sirovine), uzgojeni (uzgojine) ili sintetski. Primjeri prirodnih tvari i materijala su prirodno drvo, prirodni kaučuk i ostale prirodne smole. Od uzgojina se dobivaju biljna i životinjska vlakna. Sintetski su plastika (poliplasti), elastomeri (sintetski kaučuk, elastoplastomeri, guma) i sintetska vlakna. Plastika se dijeli na plastomere i duromere. Posebnu skupinu materijala čine polimerni kompoziti s dodatno poboljšanim svojstvima. Primjena polimernih materijala je mnogostruka, najčešće se rabe za izradbu dijelova vozila i strojeva (zrakoplova, helikoptera, automobila, opruga, ovjesa, vretena alatnih strojeva), sportske opreme, u medicini i farmaciji (proizvodnja lijekova, proteze, pomagala za hodanje, implantati), graditeljstvu (ležajevi, brtvila, cijevi, prozori, vrata), vojnoj industriji (kacige, zaštitni prsluci, dijelovi oružja), kućanstvu (plastične folije, vrećice, posuđe, igračke) i dr.

Praoblikovanjem (izvornim oblikovanjem) od bezobličnih se tvari (plin, kapljevina, prašak, vlakna, strugotine, granulat, čestice geometrijski određenog oblika) dobiva kompaktno tijelo, pritom se postiže povezanost među česticama i stvara se tvorevina. Praoblikovanje plastomera i elastoplastomera temelji se na promjeni njihova stanja zagrijavanjem i hlađenjem. Pri praoblikovanju duromera i umreživih elastomera, stvaranje materijala prostorno umrežene strukture u vezi je s jednom od polireakcija ili reakcijom umreživanja, pri kojoj istodobno nastaje i makrogeometrijski oblik tvorevine. Razvijeno je više postupaka praoblikovanja, poput ekstrudiranja, kalandriranja, kontinuiranoga prevlačenja, lijevanja, srašćivanja u kalupu i više postupaka prešanja. Praoblikovanjem se izrađuju poluproizvodi (npr. ekstrudirane cijevi ili kalandrirani trakovi) ili izradci (npr. otpresci ili odljevci). Ekstrudiranje je postupak kontinuiranoga praoblikovanja protiskivanjem kapljastoga polimera kroz mlaznicu. Istisnuti polimer očvršćuje u tvorevinu hlađenjem, polimeriziranjem ili umreživanjem. Najprošireniji je postupak preradbe polimernih materijala kojim se izrađuju beskonačni proizvodi ili poluproizvodi (ekstrudati), npr. krute ili gipke cijevi, štapovi i slični profili, vlakna, obloženi kabeli. Kalandriranje je izradba beskonačnih trakova praoblikovanjem visokoviskoznoga kapljastog polimera njegovim propuštanjem između parova valjaka (kalandara) s podesivim rasporom. Pritom valjci pritišću polimer, a vrpčasta tvorevina (kalandrat) očvršćuje geliranjem i hlađenjem, odn. hlađenjem ili umreživanjem. Osim smjesa prirodnog i sintetskoga kaučuka, kalandriraju se i plastomeri. Injekcijsko prešanje najvažniji je ciklički postupak preradbe polimera, a provodi se ubrizgavanjem polimerne tvari potrebne smične viskoznosti iz jedinice za pripremu u temperiranu kalupnu šupljinu. Tvorevina (otpresak) postaje polireakcijom ili umreživanjem, geliranjem ili hlađenjem podobna za vađenje iz kalupne šupljine. Proizvodnja pjenastih i ojačanih polimernih tvorevina vezana je uz posebnosti u građi i dobivanju praoblika reakcijskim praoblikovanjem.

Preoblikovanjem se poluproizvodu (pripremku), dobivenomu jednim od postupaka praoblikovanja, mijenja oblik, uz eventualno očvršćivanje. Najvažniji su postupci preoblikovanja toplo i hladno oblikovanje, puhanje i izvlačenje. Od postupaka toplog oblikovanja najproširenije je razvlačenje, koje se može provoditi mehaničkim pritiskanjem, tlakom zraka ili djelovanjem podtlaka, te njihovom kombinacijom. Puhanje šupljih tijela ciklički je postupak preoblikovanja pripremka djelovanjem stlačenoga zraka u šuplje tijelo, koje učvršćuje svoj oblik hlađenjem. Ovisno o načinu izradbe pripremka, razlikuju se ekstruzijsko i injekcijsko puhanje.

Povijesni razvoj preradbe polimernih materijala

Do pojave prvih sintetičkih polimera postojali su samo prirodni polimeri poput kornjačevine, rogovlja ili prirodnih elastomera, te modificirani polimeri, npr. celulozni nitrat pomiješan s kamforom, poznat kao celuloid. Gumeni proizvodi izrađivali su se oko 1600. pr. Kr., kada su gumene loptice na području Srednje Amerike proizvodili pripadnici civilizacije Maja. Prirodnomu kaučuku dodavale su se biljke koje su djelovale kao umreživala te tako tvorile gotov proizvod. U XVIII. st. od mljevene papkovine su se izravno prešali gumbi različita oblika. Gumeni gumbi izrađuju se od 1851., a češljevi rezanjem i savijanjem od 1760. Prvi stroj za oplemenjivanje polimera, gnjetilica za masticiranje (omekšavanje kaučukovih smjesa) potječe iz 1820-ih, a kalandar je razvijen 1836.

Uspješan proces umreživanja elastomera (vulkaniziranje) potječe iz 1839., kada je Charles Goodyear (1800−1860) zagrijavanjem prirodnoga kaučuka s manjom količinom sumpora proizveo gumeni proizvod. Pužni ekstruder s Arhimedovim vijkom za preradbu kaučukovih smjesa patentiran je 1879., a parno puhanje celuloznoga nitrata 1881. Hladno prešanje potječe s početka XX. st., posredno prešanje duromera uvedeno je 1926., a injekcijsko prešanje te plastike postaje komercijalno uporabljiv postupak početkom 1960-ih. Najprošireniji postupak preradbe, kontinuirano protiskivanje plastomera (ekstrudiranje) razvijeno je u prvoj polovici XX. st. Jednopužnim ekstruderima uspjelo je preraditi poli(vinil-klorid) u Njemačkoj oko 1935., a polistiren oko 1938. Polietileni, najraširenija skupina plastomera, uspješno se ekstrudira od 1951. Injekcijsko prešanje plastomera razvilo se po uzoru na tlačno lijevanje metala. Klipna ubrizgavalica iz 1872. smatra se pretečom suvremenih strojeva za taj postupak. Suvremeno injekcijsko prešanje započelo je oko 1920. Mnogobrojni postupci → aditivne proizvodnje prototipova, kalupa te polimernih tvorevina i onih od drugih materijala uvedeni su 1980-ih.

Proizvodnja plastike i plastičnih dijelova jedna je od najbrže rastućih gospodarskih grana u svijetu. U 1950. proizvedeno je 1,5 milijuna tona, a 2014. čak 311 milijuna tona plastike. U razdoblju 2000−14. svjetska proizvodnja kaučuka porasla je 1,6 puta i iznosila je u 28,8 milijuna tona u 2014. Od toga na prirodni i uzgojeni kaučuk otpada oko 40% dok ostatak potječe iz fosilnih izvora.

Preradba polimernih materijala u Hrvatskoj

U Hrvatskoj se počelo s preradbom smjesa na osnovi prirodnoga kaučuka u tvornici kabela → Elka u Zagrebu (osnovana 1927). Postavljanje linija za kontinuiranu vulkanizaciju i početak proizvodnje niskonaponskih (do 1 kV) i srednjonaponskih (do 35 kV) kabela izoliranih umreženim polietilenom započelo je 1977. Jedno od najstarijh poduzeća na području Hrvatske koje se bavi preradbom plastike postupkom injekcijskog ubrizgavanja zagrebačka je tvrtka → Preplam, koja je utemeljena 1920-ih. Godine 1931. jedna od prvih alatnica u Zagrebu i Hrvatskoj, Štanca Julija Čatića, izradila je prve kalupe za izravno prešanje fenol-formaldehida, za potrebe pogona tvornice Elektro-kontakt u Zagrebu. Proizvodnja strojeva i opreme za proizvodnju polimernih tvorevina počela je 1930-ih. Tvornica strojeva Belišće bila je niz godina proizvođač ubrizgavalica za injekcijsko prešanje. Proizvodnju strojeva za preradbu plastomera započela je 1956., a 1980-ih i za preradbu duromera, kaučukovih smjesa i dijela dopunske opreme.

Godine 1946. osnovano je u Kaštel Sućurcu poduzeće Jugovinil (od 1992. → Adriachem) namijenjeno proizvodnji na temelju poli(vinil-klorida) (PVC-a). Razdvajanjem tvornice Jugovinil 1952. osnovana je tvornica → Jugoplastika u Splitu kao proizvođač najrazličitijih proizvoda, od koje je danas djelatan → AD Plastik, najveći hrvatski proizvođač plastičnih dijelova za automobilsku industriju.

Prednji plastični odbojnici za automobilsku industriju, proizvedeni u tvornici AD Plastik

Preradbom gume bavila se zagrebačka tvornica → RIS, utemeljena 1946. Proizvodila je različite gumene proizvode, od rukavica, brtvila za hladnjake, guma za perilice, brtvi i crijeva za automobile, dječjih igračaka, prezervativa do gumenih čamaca, koji su se najviše izvozili, čak i u SAD. Tvornica Stražaplastika d. d. iz Huma na Sutli djeluje kao samostalno poduzeće od 1958. Proizvodnja puhanih i ekstrudiranih tvorevina počela je 1970. dok je znatan rast proizvodnje, osobito plastičnih boca, slijedio u nekoliko sljedećih godina. Potkraj 1970. tvrtka Oriolik d. d. iz Oriovca nedaleko od Slavonskoga Broda (osnovana 1959), dovršila je pogon za proizvodnju poliuretanske meke pjene. Investiranje u razvoj poliuretanskih postupaka završeno je 1981., kada je počela suvremena preradba bloka meke poliuretanske pjene, madraca, proizvodnja krutih poliuretanskih ploča za toplinsku izolaciju i niz drugih proizvoda iz poliuretana. Prve linije za ekstrudiranje proizvedene su 1982. u Brodosplitu, ali se više ne proizvode. Proizvodnjom gumenih proizvoda, te obnovom i recikliranjem otpadnih automobilskih guma bavi se tvrtka Gumiimpex – GRP d. d. iz Varaždina.

U Hrvatskoj se 1981. preradbom plastike i gume bavilo više od 600 gospodarstvenika. Danas se u mnogim poduzećima i obrtima provode najvažniji postupci pravljenja plastičnih i gumenih tvorevina, ponajprije injekcijsko prešanje i ekstrudiranje. Za razliku od proizvodnje plastike, proizvodnja plastičnih dijelova stalno raste i u 2014. dosegnula je 168 tisuća tona. Proizvodnja gumenih dijelova znatno je manja nego prije 1990-ih, jer se više ne proizvode gumeni pneumatici.

Visoko školstvo i publicistika

Početak visokoškolske nastave iz područja polimernoga inženjerstva veže se uz osnivanje Kemijsko-inženjerskoga odjela Tehničke visoke škole u Zagrebu 1919. U početku su to bila ispitivanja prirodnih polimera, posebice celuloze. Taj rad danas nastavlja niz nastavnika i istraživača koji pokrivaju redoviti i poslijediplomski studij Fakulteta kemijskog inženjerstva i tehnologije. Znanstveni rad odvija se pri Zavodu za polimerno inženjerstvo i organsku kemijsku tehnologiju te se odnosi na sintezu, karakterizaciju, preradbu, polimerne mješavine i kompozite, te degradaciju i stabilizaciju polimera. Uviđajući važnost poznavanja plastike, gume i drva, → Josip Hribar uveo je 1936. u nastavne programe kolegija Mehaničke tehnologije predavanja o duromerima i njihovoj preradbi na Tehničkome fakultetu u Zagrebu (→ Fakultet strojarstva i brodogradnje). Dolaskom Zore Smolčić-Žerdik te osnivanjem Katedre za inženjerstvo materijala 1959. počela je nastava iz kolegija Nemetali, isključivo posvećena plastici i gumi. Katedru za preradu polimera vodio je od njezina osnutka 1974. → Igor Čatić, a danas je voditelj → Mladen Šercer. Nastava se danas odvija pri Zavodu za tehnologiju. Pri Zavodu za organsku tehnologiju Kemijsko-tehnološkoga fakulteta u Splitu istraživanje polimera uveo je Urban Roje. Osim na sveučilištima, znanstveni rad odvija se i u drugim znanstvenim ustanovama, primjerice u Institutu Ruđer Bošković, gdje su istraživanja polimera, uglavnom fundamentalnoga karaktera, započela 1964.

Nastava i znanstveni rad provode se i na drugim visokim učilištima u Hrvatskoj. Ističu se Strojarski fakultet u Slavonskome Brodu (→ Pero Raos), Tehnički fakultet u Rijeci, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu.

Uz velik broj objavljenih znanstvenih radova u periodici, objavljeno je više knjiga i sveučilišnih udžbenika. Ističu se naslovi Injekcijsko prešanje polimera (A. Rogić, I. Čatić, 1996), Polimerizacije i polimeri (Z. Janović, 1997), Proizvodnja polimernih tvorevina (I. Čatić, 2006), Polimeri i polimerne tvorevine (A. Rogić, I. Čatić, D. Godec, 2008), Konstruiranje polimernih proizvoda (M. Šercer, 2009) i dr. Doprinos razvoju znanstvene djelatnosti iz područja polimera omogućen je objavljivanjem serijske publikacije → Polimeri (1980−2015).

Udruženja

U Hrvatskoj je kao udruga građana 1970−2016., djelovalo → Društvo za plastiku i gumu, a danas pri Hrvatskoj gospodarskoj komori djeluje Udruženje industrijske plastike i gume.


Ostali podatci
Vidi još...
Što pročitati?

F. Flajšman, Z. Janović, H. J. Mencer, O. Vogl: Polimerijske znanosti u Hrvatskoj. Polimeri, 17(1996) 2, str. 93−96.

Od kugle do svemira. Plastika i guma u suvremenom svijetu. (katalog izložbe). Zagreb, 2010.

I. Čatić, A. Pilipović, M. Rujnić-Sokele: Četrdeseta obljetnica usmjerenja Prerada polimera na Fakultetu strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu. Polimeri, 32(2011) 1, str. 4−11.

J. Bonato, Đ. Šabalja: Tehnologijski razvoj i prve primjene polimernih materijala. Pomorstvo, 26(2012) 2, str. 307−313.

Iz arhive LZMK-a

I. Čatić: POLIMERNI MATERIJALI, preradba. Tehnička enciklopedija, sv. 10, 1986., str. 623−638.

preradba polimernih materijala
Preradba polimernih materijala, granulat

Proizvodnja poluproizvoda i gotovih proizvoda od polimera, najčešće od plastike i gume.

Kategorije i područja
Kategorija
Područje