Články od: Prof. Josef Steidl

Spolu s technickým pokrokem se zvyšují nároky na strojírenské materiály, k nimž se řadí i plasty, včetně jejich vyztužených modifikací. S nástupem industrializace po druhé světové válce se plasty začaly intenzivně rozvíjet a v rostoucí míře uplatňovat i ve strojírenských oborech. Nastupující plastová éra rovněž podnítila publikační aktivity s tematikou zaměřenou na použití plastů ve strojírenství. Článek představuje plasty v netradičním pojetí, a sice jako materiál pro inovativní strojírenství.

Polymerní materiál pryž je důležitou součástí strojírensky zaměřeného materiálového inženýrství. Vyznačuje se specifickými elastickými vlastnostmi, pro strojní inženýrství je materiálem nepostradatelným, avšak málo srozumitelným. Záměrem článku je proto podat stručnou informaci o úloze a významu pryží ve strojním inženýrství a více přiblížit tento materiál strojařům. Odborná fakta jsou proložena některými zajímavostmi, které s pojmem pryž souvisejí.

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.

„Průmysl umělých plastických hmot se v posledních deseti letech nevídaně rozvinul ve všech zemích,“ konstatuje časopis Vynálezy a pokroky z roku 1934. Dnes lze v podstatě prohlásit totéž, ale s dovětkem, že plasty již zaujaly nezastupitelnou úlohu ve světovém technickém rozvoji.

Plasty se staly obětí vlastního úspěchu. V poslední době jsou předmětem kritiky širší veřejnosti i médií a zasahují i do politických debat. Pozornost se upíná k plastům biodegradabilním. Studie zpracovaná bruselskou organizací SAPEA se zabývá jejich funkcí v přírodním prostředí. Svoje hodnocení opírá o publikovaná vědecká fakta.

S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

Moderní nauka o plastech v mnoha směrech vychází z nauky o kovech. Příkladem je žíhání, jeden ze způsobů tepelného zpracování. Společným účelem žíhání kovů i plastů je pomocí řízených teplotních změn dosáhnout rovnovážných stavů struktury a tím i cíleně ovlivňovat vlastnosti.

Plasty se staly nenahraditelným materiálem sloužícím téměř všem oblastem lidské činnosti. V poslední době se pozornost odborníků i veřejnosti soustřeďuje na zcela nový ekologický fenomén, zvaný mikroplasty. Ve smyslu ekologické terminologie je pak možné výrobky z plastů označovat jako makroplasty.

Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

Plasty jsou nedílnou součástí novodobé společnosti, výrazně se podílejí na technickém rozvoji, zlepšování kvality života i zdraví lidstva. Vyznačují se unikátní kombinací materiálových vlastností, od kovů se výrazně odlišují, ale v něčem jsou si vzájemně podobné. Chemická podstata plastů však vyvolává ve společnosti i kontroverzní reakce na jejich použití.

Od začátku padesátých let minulého století se ve strojním inženýrství začaly postupně uplatňovat plasty. Znalosti strojních inženýrů o těchto materiálech však byly minimální, zkušenosti s jejich použitím ve strojírenství se teprve začínaly rodit. Dnes si bez nich strojírenství ani nedokážeme představit.

Obecným posláním Inženýrské akademie ČR je odborně podporovat rozvoj technických věd a technického školství a zejména využívání nových poznatků vědy a výzkumu a teoretických znalostí průmyslovou sférou. Cílem je přispívat k růstu ekonomického potenciálu a konkurenceschopnosti české ekonomiky. Specializované odborné sekce IA ČR, sdružující přední specialisty daného oboru, poskytují expertní a poradenské služby a vyjadřují se k závažným technickým řešením a rozhodnutím vycházejícím z univerzitní oblasti, průmyslu, vládních i nevládních institucí. Na stránkách MM Průmyslového spektra budeme čtenářům v průběhu roku 2016 jednotlivé odborné sekce postupně představovat.

Ve srovnání s tradičním strojním inženýrstvím vzniklo materiálové inženýrství jako vědní a studijní obor před poměrně krátkou dobou. Zkušenosti ukazují, že jeho podstata není části technické veřejnosti a zejména mnohým studentům strojního inženýrství zcela jasná. To je i možnou příčinou, že počet materiálových inženýrů neodpovídá potřebám strojírenského průmyslu. Materiálové inženýrství se přitom zásadním způsobem podílí na modernizaci a konkurenceschopnosti strojírenských výrobků a zařízení, zvyšování efektivnosti jejich výroby a snižování energetické náročnosti jejich provozu.

Polymery jsou stále využívanějším materiálem nejen ve strojírenství. Díky svým vlastnostem nahrazují v mnoha případech kovové materiály. Na druhé straně jsou s nimi spojeny i problémy, jako např. jejich recyklace.

Práškové povlakování oceli proti korozi zahrnuje řadu technologických postupů, jejichž vývoj probíhal po několik minulých desetiletí. Kromě dosažení spolehlivé a dlouhodobé ochrany proti korozi se zásadní motivací pro rozvoj práškových technologií stal tlak na zlepšování životního prostředí. Cílem tak bylo nahrazovat protikorozní nátěry obsahující ekologicky nepřijatelná rozpouštědla.

Dnes se již v technické praxi ve strojírenství běžně používají plasty, které stále častěji nahrazují kovové materiály, a to kvůli jejich chemickým, elektrickým, tepelným a mechanickým vlastnostem, jako jsou například nízká hmotnost a hustota, odolnost proti korozi, ale i ekonomičtější výroba. Nejen těchto vlastností plastů se využívá v oblasti převodových mechanismů, kde se plasty v mnoha případech osvědčily.

Tradiční kovové materiály i nesrovnatelně mladší plasty se vyznačují zcela rozdílnými mechanickými, tepelnými, elektrickými i chemickými vlastnostmi. Zvláště důležitou roli hraje výrazný rozdíl v hustotě. Při výběru materiálu je proto třeba pečlivě zvažovat výhody i nevýhody obou materiálových skupin a hledat pro daný výrobek optimální řešení. Je nezbytné si také uvědomit, že efektivním přínosem pro technickou praxi jsou kombinace vlastností kovů a plastů.

Další pokrok lidstva nelze realizovat bez zásadních inovací výroby. Hnací silou je neustále sílící konkurence globálního rozsahu. Ta vyvolává rostoucí tlak na inovace materiálů a výrobních technologií a na efektivnější využívání znalostního potenciálu vědeckých a výzkumných pracovišť. V posledních letech se do popředí zájmu dostávají inovativní výrobní procesy, jejichž podstatou jsou tzv. aditivní technologie, původně vyvinuté pro účely rychlé výroby prototypů (rapid prototyping, 3D printing).

Student strojního inženýrství by měl pochopit jak analogie, tak rozdíly ve struktuře a vlastnostech polymerních a kovových materiálů a jejich chování v provozních podmínkách.

Vysokofrekvenční (VF) svařování, nazývané též dielektrické svařování, RF (Radio Frequency) svařování, nebo také dielektrické zatavení (Dielectric sealing), je jedním z mnoha způsobů průmyslového svařování termoplastů.