Témata
Zdroj: HKY Mold Technology

Článek přináší historický pohled do světa plastů a jejich rozmanité aplikace od umění až po inovativní strojírenství. Součástí moderního materiálového inženýrství by totiž mělo být hledání souvislostí mezi potřebami lidské společnosti a materiálovým a technologickým řešením výrobků. Plasty znamenají revoluční přínos pro téměř veškerou oblast lidské činnosti, včetně strojírenské výroby.

Prof. Josef Steidl

Emeritní profesor ČVUT v Praze. Jeho oborovým zaměřením jsou materiálové vědy a inženýrství se specializací na plasty a kompozity. Je členem Inženýrské akademie ČR, kde zastává funkci předsedy sekce Materiálové inženýrství a technologie.

Reklama

Součástí moderního materiálového inženýrství by mělo být hledání souvislostí mezi potřebami lidské společnosti a materiálovým a technologickým řešením výrobků. Plasty znamenají revoluční přínos pro téměř veškerou oblast lidské činnosti, včetně strojírenské výroby. Stávají se rovněž předmětem filozofických úvah o jejich roli ve vývoji společnosti. Rozvíjí se také kritické zkoumání postojů společnosti k plastům a k trendům jejich použití. Toto zkoumání odhaluje, jak plasty ovlivňují způsob života lidí, a také to, jak pronikání plastů do běžného života lidé přijímají. Filozofie plastů se prolíná s existujícími filozofickými směry, filozofií techniky a filozofií vědy. Plasty zaujaly i pozornost estetiky, protože podstatně rozšířily vnímání lidských pocitů uměním a průmyslovým designem. Na plasty, jako novou materiálovou kategorii, je nutné pohlížet v kontextu historických poznatků, současného stavu i potřeb do budoucna. V relativně krátkém časovém vývoji plastových materiálů lze zaznamenat charakteristická přelomová období, od plastů odvozených z přírodních zdrojů až po špičkové konstrukční plasty uplatňované v inovativním strojírenství. [1], [2]

Reklama
Reklama

Plasty z přírodních zdrojů

Francouzský filozof a multioborový esejista Roland Barthes (1915–1980) charakterizuje plasty jako magické látky odvozené z přírody a přivedené do stavů metamorfózy (Mythologies, Les Lettres Nouvelles, Paris, 1957). Přišlo se totiž na to, že některé přírodní látky mohou být separací nežádoucích příměsí, přídavkem aditiv a plniv nebo zpracovatelskou technikou přetvořeny v plast s komerčně využitelnými užitnými vlastnostmi. Společnost přitahovalo kouzlo krásy a půvab výrobků z přírodních plastů. Je kuriózní, že první uměle vytvořený plast vynalezl metalurg. Byl jím v roce 1856 Angličan Alexander Parkes (1813–1890), po němž byl jím vynalezený nitrát celulózy nazván parkesin. Veřejnosti byl předveden na Velké mezinárodní výstavě v Londýně v roce 1862. Připomeňme si některé z plastů předbakelitové éry, jejichž výroba byla založena na přírodních zdrojích.

Celuloid. Výroba byla založena na vynálezu nitrocelulózy a spočívala v její chemické reakci s kafrem (J. W. Hyatt, 1868). Hlavní praktické využití měl celuloid ve filmovém průmyslu.

Gutaperča. Přírodní surovinou byla míza ze stromu perčovníku pravého (Palaquium gutta) z jihovýchodní Asie. Gutaperča byla používána např. na izolace prvních podmořských kabelů.

Galalit. Reakční produkt mléčného kaseinu s formaldehydem byl zprvu používán jako levná náhrada slonoviny. Širší uplatnění nalezl v módním, a zejména pak v tzv. „knoflíkovém“ průmyslu.

Bois Durci. Unikátní plast složený z palisandrové nebo ebenové dřevní moučky a hovězí krve. Pojivovou složku tvořil v krvi obsažený protein albumin. Využití bylo zejména ve výrobě uměleckých předmětů, jako medailí, plaket, rámečků apod. ve viktoriánském období.

Plasty v umění a designu

Plasty sehrávají ve výtvarném umění významnou roli, a to od začátků jejich existence až po současnou dobu. Možnosti tvořit z plastů se záhy chopili výtvarní umělci i návrháři průmyslových výrobků. Poznali totiž, že plasty a kompozity významným způsobem rozšiřují svobodu jejich tvořivosti. Této nové materiálové nabídky začalo využívat množství umělců, mezi nimiž figurují tak známé osobnosti, jako je například Henry Moore, Joan Miró, Yves Klein nebo Jean Dubuffet.

Socha nazvaná Le Réséda z polymerního kompozitu (1972). Autor: Jean Dubuffet (1901–1985), významný francouzský sochař a představitel poválečné abstraktní tvorby informel. Umístění sochy: nádvoří francouzského státního finančního ústavu v Paříži. (Foto: autor)

Již v době 2. světové války (červenec 1943) John Gloag, anglický spisovatel a designer, pronesl v Královské společnosti umění v Londýně publikovanou přednášku na téma „Vliv plastů na design“. Oslovil v ní nově se rodící uživatelskou společnost, která objevuje a vítá neobyčejné materiálové vlastnosti plastů. Nepřehlédnutelnou úlohu ve spotřebitelské společnosti tehdy hrály ženy, protože plasty přinášely nebývalý pokrok do domácností. Byla to již jakási předzvěst poválečné plastové euforie.

Od přírody k chemické syntéze

Vývoj plně syntetických polymerů se datuje od roku 1907, kdy původem belgický chemik Leo Hendrik Baekeland (1863–1944) vynalezl polymer, po něm nazvaný bakelit. Fenolformaldehydový reaktoplast se pro svoje atraktivní vlastnosti okamžitě stal vyhledávaným víceúčelovým materiálem. Představoval skutečný přelom ve vývoji materiálů, jeho vlastností bylo využíváno i v technických aplikacích. K bakelitu se následně připojily močovinové, thiomočovinové a melaminové pryskyřice s exotickými obchodními názvy jako bandalasta nebo linga longa (Anglie) umožňující, na rozdíl od bakelitu, výrobu předmětů ve světlých barevných odstínech. Ve strojírenských aplikacích se v pozdějším období začaly uplatňovat reaktoplasty na bázi epoxidů a nenasycených polyesterů, především jako matrice vláknových kompozitů.

Zásadní obrat v materiálovém vývoji nastal poznáním teoretické podstaty makromolekulárních látek. O něj se zasloužil v roce 1922 německý lékárník Hermann Staudinger (1881–1965), nositel Nobelovy ceny za chemii (1953). Tímto přelomem se otevřel prostor pro intenzivní a systematický výzkum a vývoj plastů.

Reklama

Nástup termoplastů

Ještě před Staudingerovo teorií přivedl Němec Fritz Klatte do komerčního světa materiálů polyvinylchlorid (1913). PVC se stal univerzálním termoplastem v tvrdé i měkčené formě a pokrýval neobyčejně široký rozsah aplikací.

Jmenujme několik dalších významných tvůrců termoplastů, kteří výrazným způsobem přispěli k rozvoji plastikářského průmyslu („Die Kunststoff-Macher“, Kunststoff-Museums-Verein, e.V., Düsseldorf).

Otto Röhm, Německo, 1933, polymetylmetakrylát
Wallace Hume Carothers, USA, 1935, polyamid 66
Otto Bayer, Německo, 1937, polyuretan
Friedrich Rudolf Stastny (nar. v Brně), Německo, 1949, polystyren
Karl Waldemar Ziegler, Německo, 1953, polyetylen
Hermann Schnell, Německo, 1953, polykarbonát

V 60. a 70. letech pak přibyly další typy termoplastů, z nichž nejvýznamnější z inženýrského hlediska jsou polyoxymetylen (POM) a lineární polyestery (PET, PBT). Spolu s polyamidy (PA) a polykarbonátem (PC) tvoří základ skupiny označované jako inženýrské nebo konstrukční termoplasty.

Chevrolet Corvette s kompozitovou karoserií, ikona amerického automobilového průmyslu z roku 1953. Příklad propojení nového materiálu (fiberglass) a technologie s elegancí návrhu. (Zdroj: APP manufacturing, blog „History of Composite Materials“, Dec. 2017).

Do poloviny 50. let byl vývoj plastů převážně německou doménou. Američané si však již během druhé světové války uvědomovali význam plastů pro budoucí rozvoj hospodářství. Považovali proto za důležité ihned po válce prezentovat svoje předpoklady širší veřejnosti a v roce 1946 uspořádali v New Yorku první výstavu plastů National Plastics Exhibition (NPE). Plastová velmoc Německo pořádala první výstavu plastů K-Messe v Düsseldorfu až v roce 1952. Tak zvané „káčko“ se ale postupem času stalo největší plastikářskou událostí na světě.

Plasty a inovativní strojírenství

V 60. a 70. letech se hnací silou vývoje konstrukčních plastů stal letecký a automobilový průmysl, požadující pro svůj další vývoj materiály o nízké hustotě. Také další strojírenská odvětví začala přijímat plasty jako jeden z prostředků pro uskutečňování inovačních záměrů. Proces rozvoje moderního strojírenství již nelze bez využití plastů a polymerních kompozitů realizovat. Snahou je proto posouvat vlastnosti plastů směrem k požadavkům strojírenství.

Příprava polymerních směsí (polymer blends) je jednou z cest, jak dosahovat u plastů nových kombinací vlastností. Technický význam s širokým komerčním uplatněním v elektrotechnice i strojírenství má směs polyfenyleneteru (PPE) s houževnatým polystyrenem (HIPS). Tato směs s neomezenou mísitelností byla vyvinuta v roce 1966 americkou firmou General Electric Plastics s obchodním názvem Noryl. Připomeňme si, že v 70. a 80. letech byla vyvíjena jeho tuzemská varianta v rámci úkolu k.p. Chemopetrol. Částečně se na vývoji podílela i tehdejší Katedra materiálů Fakulty strojní ČVUT v Praze. Poloprovoz s ochrannou známkou Nerafen (vlastník Spolana Neratovice) byl spuštěn ve Spolaně v roce 1984. S blížící se restrukturalizací chemického průmyslu se však bohužel blížil i zánik výroby Nerafenu.

Na významu nabývají speciální typy plastů, v odborné literatuře označované jako high performance nebo super engineering plastics. Hlavními představiteli jsou polyfenylensulfid, polyetersulfony, polyeterketony, polyimidy, polyamidimid, polybenzimidazol, kapalně krystalické polymery, ultravysokomolekulární polyetylen a nové typy fluoropolymerů. Chemická aditiva, mikro a nanočásticové příměsi, a zejména pak vláknové výztuže umožňují cílevědomě dále modifikovat plasty tak, aby jejich vlastnosti byly využitelné pro strojírenské inovace.

Filozofie současného designu a konstruování směřuje k zabudování vhodných plastů do celého systému návrhu výrobku při uplatnění jejich multifunkčních vlastností a nových technologických principů.

Tvarově složité konstrukční prvky vstřikované z pokročilého plastu polyfenylensulfid (PPS). (Zdroj: HKY Mold Technology)

Závěr k zamyšlení

Dosavadní materiálový vývoj dokazuje, že další technický rozvoj se bez plastů neobejde. Multifunkční vlastnosti plastů hrají významnou úlohu v inovativním strojírenství i ve vyvíjejícím se multidisciplinárním inženýrství. V úvodu naznačený filozofický přístup k plastům má sloužit k tomu, aby se lidé ve svých názorech neopírali o svoje domněnky, ale aby poznávali, jak o plastech přijímat pravdivé a vědecky podložené informace. Z hlediska potřeb inovativního strojírenství je zapotřebí soustřeďovat pozornost na konstrukční plasty a kompozity s dlouhodobou funkční životností.


Použitá literatura
[1] J. Steidl: Reinforcing of Plastics – Today's Materials Philosophy, příspěvek na konferenci Reinforced Plastics Asia, Singapore, Sept. 18–19, 1997.
[2] J. Steidl: Materiálové inženýrství je nejenom technická věda, ale i kus filozofie, MM Průmyslové spektrum, č. 1–2, 2007.

Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Na cestě ke zrození stroje, část 7: Realizace

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Lesk a bída českých obráběcích strojů

Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

Související články
Na cestě ke zrození stroje, část 5: Zakázka

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jak vést firmu k prosperitě ve složité době,
Část 3. Od inovací k produktu

Pro letošní rok jsme společně s Českou asociací interim managementu připravili sérii 10 podcastů, do kterých si renomovaný krizový manažer Petr Karásek zve své hosty. V minulém dílu k diskuzi s ním usedl Jiří Vaněk, bývalý kolega z Karosy Vysoké Mýto a v současné době zastávající post technického ředitele společnosti Ammann Czech Republic, a Petr Novague, průmyslový designer světového renomé.

Deset zastavení s JK, Fraunhofer & IPA

Série 10 rozhovorů s legendou inovační sféry Jánem Košturiakem je retrospektivou dílčích milníků, které jej na jeho osobní a profesní cestě potkaly a umožnily mu realizovat jeho sny, touhy a přání. Nahlížejme postupně do minulosti a hledejme společně okamžiky, které vytvářely Jánovu budoucnost a umožňovaly mu vidět za horizont zřetelněji než nám ostatním.

Na cestě ke zrození stroje,
část 2: Koncepce

Série deseti článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje proces výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, na jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu, technické parametry a návratnost investic.

Soumrak strojírenských bohů

Až do nedávné doby, dalo by se říci před covidem, bylo jednání některých tradičních firem vyrábějících obráběcí stroje bez pokory, a někdy hraničilo až s arogancí. Jednání bez úcty nejen vůči zákazníkům (což zní přímo drze), ale také vůči partnerům dodávajícím subdodávky, vysokým školám a také spolupracujícím partnerům. Mají za sebou přeci tradici desítek let, kdo jim bude co radit, jak mají jednat a dělat. Nikdo přeci. A nyní? Padla kosa na kámen a otupila se, možná se i pokřivilo ostří.

Ujíždí nám vlak digitalizace?

Rozhovor s Martinem Peňázem ze společnosti Autodesk, nám dává možnost nahlédnout na současnou digitální transformaci optikou, jejichž rámec a obzory se vytvářely dalece před tím, než nás doba covidová naučila přemýšlet a konat jinak a pružněji, než bylo standardem.

Štěstí přeje připraveným!

Cesta antivirového řešení Avast od prvních nápadů ve Výzkumném ústavu matematických strojů k firmě o 1 700 zaměstnancích Avast Software obývající několik pater nové budovy na Pankráci, byla dlouhá a někdy trnitá. Zakladateli a tvůrci myšlenky na vytvoření vlastního antivirového programu, ze kterého se postupem doby stal ochranný systém bránící napadením, jsou Pavel Baudiš a Eduard Kučera.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Odstraňování otřepů elektrotechnickým obráběním

Po dlouholetých zkušenostech s odjehlováním přivedl Imtos na český a slovenský trh společnost stoba Sondermaschinen – specialistu na definované a bleskurychlé odstraňování otřepů technologií ECM.

Nové technologie osvětlení vozidel

Získat zkušenosti s novými zdroji světla bylo cílem jednoletého projektu Ideag, do něhož se na konci roku 2017 pustila mladoboleslavská společnost EDAG Engineering CZ. Výsledný prototyp zadní lampy navržené pro model Škoda Superb ukazuje možnosti využití tří moderních technologií: elektroluminiscenční fólie, OLED panelu a COB LED destiček.

Praktický výzkum nám dělá svět lepším

Prof. Ing. Milan Gregor, PhD. se narodil v Prievidzi a dětství prožil v Necpaloch. Zde u příležitosti oslav 600. výročí první písemné zmínky byl v roce 2015 oceněn Cenou primátorky Prievidzy za mimořádné zásluhy v rozvoji hospodářství, vědy a techniky a šíření dobrého jména Slovenské republiky v zahraničí.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit