Пластик Полиморфус: применение и техники работы с материалом

Пластик Полиморфус - пластик с огромным потенциалом

Полиморфус - пластик для лепки и моделирования

Полиморфус - один из представителей нового поколения коммерческих пластиков, обладающий необычными свойствами. Это представитель класса полимеров, известных как капролактоны, и имеющих замечательно низкую температуру плавления (около 60° C). То есть этот материал может быть приведен в пластичное состояние просто при погружении в горячую воду.

После расплавления полиморфус из матового становится прозрачным и ему можно придать форму множеством способов. При этом он остается пригодным для лепки даже при значительно более низкой температуре. После полного остывания он по своему внешнему виду и физическим свойствам становится похож на большую часть полиэтиленов. Более того, полиморфус даже прочнее чем большинство полиэтиленов, используемых при производства бытовых продуктов. Это настоящий термопластик и он может быть нагрет и переформирован неограниченное количество раз.

Общие свойства Полиморфуса:

Химическое наименование: полимер капролактона
Обозначение: CAPA 680 (спецификация 118310)
Температура плавления: 60-62°
Предел прочности: 580 kg/cm2
Опасность: не опасен (по информации производителя)
Цвет: матовый
Утилизация: разлагается в почве

Предосторожности при работе с полиморфусом

Без необходимости не нагревайте Полиморфус свыше 60-65° С. При нагревании свыше этой температуры полиморфус становится липкой, клейкой массой и требует таких же мер предосторожности как термоклей (плавящийся при высоких температурах).

Рекомендуется плавить Полиморфус в воде, температура которой определена при помощи термометра. Необязательно использовать кипящую воду, которая сама по себе может обжечь. Поскольку Полиморфус имеет молекулярный вес 80000, он тонет в воде и скапливается на дне сосуда. В расплавленном виде гранулы будут слипаться, но не будут прилипать к стенкам сосуда. Масса может быть извлечена из сосуда щипцами и отжата для удаления воды.

Биоразлагаемость поликапролактона

Полиморфус – это уникальный пластик, предназначенный для применения в быту в качестве материала для изготовления поделок, произвольного крепежа или других деталей. Одним из самых интересных и полезных его свойств является способность к разложению на безопасные компоненты под воздействием окружающей среды (биоразлагаемость).

Применение экологически чистых материалов – это важная современная тенденция, которая ставит задачу разработки материалов с заданными эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющих требованиям по защите окружающей среды. Однако, очевидно, что биоразлагаемость ограничивает сроки и до некоторой степени влияет на условия эксплуатации изделий.

Для того чтобы определить, насколько долговечны будут изделия из Полиморфуса и как их правильно эксплуатировать, необходимо разобраться с понятием биоразлагаемости и изучить свойства самого пластика.

ПОЛИЭФИРЫ - синтетические полимеры, содержащие в молекуле простую эфирную R-O-R (простые полиэфиры; R - органический радикал) или сложноэфирную R-O-CO-R (сложные полиэфиры) группу.

Структура поликапролактона

Химическое название пластика Полиморфус – поликапролактон. Этот материал относится к алифатическим сложным полиэфирам линейно-разветвленной структуры. У него есть множество сфер применения как, например: медицина, моделирование, изготовление обуви, одежды и так далее.

При этом в каждом случае используются различные его свойства. В медицине поликапролактон интересен прежде всего из-за того, что он в определенные сроки может разлагаться на безопасные для человеческого организма компоненты. При изготовлении предметов одежды его применение обусловлено тем, что этот материал имеет хорошую эластичность и высокую прочность, а при моделировании – поскольку он с легкостью принимает форму, и из него можно лепить как из пластилина.

Зачастую поликапролактон используется в смесях с другими веществами (например, крахмалом). Делается это для того, чтобы повлиять на какие-либо его свойства (способность к разложению, прочность и т.д) или снизить стоимость полученной в результате смеси (дорогой поликапролактон "разбавляют" более дешевой добавкой).

В зависимости от сферы применения используют поликапролактон различного молекулярного веса. Если для медицины критично, чтобы материал разлагался в более короткие сроки, применяют поликапролактон с низкими молекулярным весом. Для бытового применения чаще выбирают высокомолекулярный поликапролактон высокой степени чистоты (без примесей), что, прежде всего, отражается на прочности материала и его устойчивости к разложению.

В литературе и коммерческих предложениях молекулярная масса поликапролактона варьируется от 2000 до 100000.

БСЭ: Метаболиты- вещества, образующиеся в клетках, тканях и органах растений и животных в процессе межуточного обмена (см. Метаболизм) и участвующие в последующих процессах ассимиляции и диссимиляции. В физиологии и медицине к М. обычно относят продукты внутриклеточного обмена, подлежащие окончательному распаду и удалению из организма. Поступая в кровь, большинство М. принимает участие в гуморальной регуляции функций, осуществляя специфические и неспецифические влияния на биохимические и физиологические процессы.

Говоря о биоразлагаемости, следует заметить прежде всего, что существует несколько определений этого свойства данных разными организациями и авторами. Дословно их приводить не имеет смысла, но суть их сводится к тому, что под влиянием факторов окружающей среды материал разлагается в конечном итоге на углекислый газ и воду (неполное разложение приводит к образованию метана, углеводородов, углеводов или неорганических смесей, а также метаболитов).

К факторам, влияющим на разложение полиэфиров в окружающей среде, относят:воздействие микроорганизмов, ультрафиолетовое излучение, воздействие высоких температур, радиационного излучения и различных окислителей. Известно также, что все полиэфиры, в конечном счете, разлагаются. При этом гидролиз (разложение исходной молекулы вещества при взаимодействии с водой) является доминирующим механизмом.

В работе [Degradable polymers: principles and applications] приводятся стандартные методы оценки биоразлагаемости полимеров. В основном тесты проводятся путем помещения полимерной пленки (толщина которой измеряется в микронах) или порошка в какую-либо природную среду (например, в морскую воду, компост). Тест, в зависимости от условий (специфика материала или окружающей среды), обычно проходит несколько месяцев. В процессе тестов производятся замеры потери веса образцов материала и анализ изменений макро и микроструктуры материала, по которым определяется степень разложения.

Тесты на биоразлагаемость материалов не проводят на изделиях со сколько-нибудь значимым объемом, поскольку такой тест займет слишком много времени. В результате исследований выявлены следующие факторы, влияющие на биоразлагаемость полимеров:

- Химический состав полимера;

- Тип и концентрация разлагающих материалов;

- Влажность и температура окружающей среды;

- Влагопоглощение ( и абсорционная способность);

- Степень окристаллизованности (чем выше, тем медленнее происходит разложение путем гидролиза);

- Полимеры с большой молекулярной массой практически не подвержены биоразложению;

- Изделия из полимера не будут полностью разложены, если они имеют значительный объем.

Поликапролактон является полиэфиром с высокой степенью окристаллизованности и под воздействием окружающей среды разлагается медленнее, чем многие другие полимеры. Принимая во внимание многочисленные исследования биоразлагаемости этого материала, можно сделать вывод о том, что он под воздействием солнечного света становится хрупким.

Кроме того, изучая результаты многочисленных тестов, а так же прочие материалы, посвященные биоразлагаемости полимеров, можно найти практически любые сроки разложения поликапролактона.

Например, в статье [Degradation behavior of aliphatic biodegradable polyesters] указывается, что после 26 недель испытаний изделие из этого материала теряет 1% веса, а в исследовании [Anaerobic biodegradation of aliphatic polyesters: poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyoctanoate) and poly(epsilon-caprolactone). (Abstract)] приводится срок разложения, превышающий 200 дней. При этом условия проведения тестов могут существенно отличаться за исключением того, что тестируются полимерные пленки, порошки или частицы пластика незначительного объема и тестируемый материал подвергается постоянному воздействию природной среды на протяжении длительного времени.

Корректное сравнение результатов тестов невозможно, однако, резюмируя вышеуказанное, можно сформулировать правила, соблюдение которых поможет сохранить свойства изделий из Полиморфуса в течение длительного срока:

- Храните изделия из Полиморфуса в сухом, защищенном от солнечного света месте при комнатной температуре;

- При попадании изделия из Полиморфуса в среду, которая может содержать агрессивные микроорганизмы (например, почва, компост, сточные воды, речная, морская вода) промойте изделие чистой водой и просушите его (не нагревая до температуры плавления или близкой к ней);

- Помните о том, что чем меньше объем и вес изделия, тем оно менее устойчиво к воздействию микроорганизмов.

Поликапролактон, продающийся под маркой Полиморфус, имеет молекулярный вес 60000 и идеально подходит по своим свойствам (прочность, эластичность, устойчивость к воздействию окружающей среды) для изготовления в домашних условиях деталей стендовых или действующих моделей, роботов или других поделок. При соблюдении приведенных выше условий все эти изделия можно успешно эксплуатировать как в бытовых так и в природных условиях в течение длительного срока.

Обработка Полиморфуса

Применив довольно простую технику, из полиморфуса можно слепить цилиндр или лист. Для того чтобы изготовить лист, поместите расплавленную массу полиморфуса на ровную (желательно прогретую) поверхность и раскатайте ее, разместив ее между двумя рейками. Это обеспечит ровность поверхности. Рейки можно также настроить для изготовления соответствующих прокатных профилей (швеллеров).

Цилиндр можно изготовить, раскатывая Полиморфус между двумя ровными поверхностями (желательно, чтобы они были нагреты). Для того чтобы цилиндр получился заданного диаметра, используйте ролики соответствующего размера.

Применение пластика ПОЛИМОРФУС

Единичные приспособления с помощью полиморфуса

Очень хорошо полиморфус подходит для ручного изготовления единичных приспособлений с применение простых подручных средств для улучшения и выравнивания формы. Это в принципе может быть полезно для людей с ограниченными возможностями, когда необходимо решить некоторые проблемы в области ортопедии или эргономики. Полиморфус ведет себя как любой термопластик, так что он может быть наплавлен на какую либо ручку или друге изделие, работа с которым может быть в других условиях затруднена.

Большая часть инструментов разработаны для того чтобы обеспечить большую гибкость и удобство в различных ситуациях. Полиморфус может быть применен для улучшения старых или создания новых инструментов для решения специфических задач - например, для изготовления длинной шестигранной отвертки.

Использование форм для Полиморфуса и других материалов

Так как Полиморфус может с легкостью принимать форму других объектов, он может быть использован для изготовления одной или нескольких частей пресс-форм при том условии, что им могут быть заполнены все мелкие впадины на копируемой поверхности.

Если образец имеет достаточно простую форму, то полиморфус сам может быть использован в качестве формы, позволяя таким образом изготавливать копии оригинального объекта.

Таким способом могут быть изготовлены модельные фигуры или даже шестеренки.

Полная форма сложной детали может быть получена путем копирования одной части детали и (после остывания) присоединения к ней копий соседних участков. Таким способом можно совместить края копий участков детали при собирании полной формы.

Перед добавлением каждой новой секции на края копий каждого участка детали должен быть нанесен разделяющий агент (например, воск или силиконовая смазка).

Вакуумные формы из Полиморфуса

Полиморфус идеально подходит для вакуумных форм так как он с легкостью формируется и предельно прочен при атмосферной нагрузке. Чтобы снизить расход пластика, он может быть налеплен на другие материалы (таких как MDF), и после использования ему конечно же можно придать новую форму. В связи с этим, его применение в долгосрочной перспективе может быть значительно дешевле, так как позволит избежать больших затрат обычных материалов, которые можно использовать лишь однократно.

При лепке часто требуется сделать небольшое отверстие для отвода воздуха, скапливающегося в полостях при работе с материалом. Такие отверстия можно сделать, используя особые техники, после завершения работы над изделием. Для этого пока материал мягкий вставляйте и вытаскивайте тонкую проволоку.

Механические компоненты из Полиморфуса

Изготовление специфических механических компонентов может занимать очень много времени при прототипировании. Поскольку полиморфус может быстро принимать форму практически в любом сечении и может быть налеплен, если это необходимо, на другие компоненты, с его помощью возможно быстрое изготовление малых и полноразмерных моделей.

В приведенном ниже примере необходимо выполнить копирование узла из 3 сцепляющихся шестерней, вращающихся на цапфах. Шестерни помещаются на пластину Полиморфуса, цапфы из малоуглеродистой стали вставлены в центр шестерней и входят в Полиморфус. Поскольку пластик при остывании сжимается, шестерни должны быть помещены в Полиморфус с зазором.

В следующем примере необходимо сделать коромысло с винтами крепления на концах. Стержень сделан путем раскатки материала (см. выше), а винты вплавлены в концы стержня, которые были повторно нагреты в воде.

Арматура для моделей и мягких материалов из Полиморфуса

Полиморфус может выполнять роль скелета, поддерживающего другие материалы - например, для подвижных моделей/кукол или сложном подвижном устройстве.

На самом деле этот материал схож с костями, но при этом не хрупок. Если необходимо, его можно усилить, вплавив один или несколько стержней.

Полиморфус может быть использован во многих ситуациях, когда необходимо придать особую жесткость изделиям из ткани. Ярким примером может послужить небольшой чехол для очков или мобильного телефона c ободом.

Контейнеры, например, рюкзак можно снабдить специальными ребрами жесткости или частичной рамой. Поскольку полиморфус одновременно и жесткий и гибкий, он имеет множество преимуществ перед вставками из металлов и обычных тканей.

Специализированное прототипирование с помощью Полиморфуса

Вероятно бессчетное количество проблем, возникающих при прототипировании может быть решено при помощи Полиморфуса. Например, шаровой шарнир может быть быстро изготовлен при налепливании размягченного Полиморфуса на стержень с закрепленным на нем шаре.

Крышка для бутылки с резьбой может быть изготовлена путем налепливания Полиморфуса на горлышко.

При изготовлении моделей с моторами всегда бывает сложно установить мотор, батарею или другое устройство. Можно облепить Полиморфом двигатель и закрепить его в нужной точке. Таким образом можно разместить двигатель под необычным углом в тех случаях, когда обычное решение "на болтах" не подходит.

Особенно интересным является применение Полиморфуса для изготовления прототипа такого устройства как фонарик. В этом случае возможно скрыть все компоненты устройства в одной форме (по примеру тенденции на изготовление одноразовых фонариков, когда в корпус изделия запечатывают батарейки длительного использования). Помните, что Полиморфус биоразлагаем и большинство батареек относительно безопасны для утилизации на свалках.

Полиморфум в качестве соединительного или связующего компонента

Совмещение компонентов устройств может отнимать довольно много времени и средств (даже если это очевидно простая задача соединения двух трубок под прямым углом). В идеале такое соединение требует сложный переходник. Размягченный Полиморфус может быть сжат между двух трубок для решения этой задачи. Соединение может быть улучшено путем сверления отверстия и закрепления болтом и гайкой.

Технические компоненты часто должны быть подогнаны с какой-либо степенью точности(например, скобка опоры должна помещаться в гнездо). Все чаще для этого используют регулировочные шайбы (тонкое стальное кольцо), позволяющие избежать необходимости точно совмещать детали, что снижает стоимость работы. При прототипировании Полиморфус может выполнять схожую функцию, хотя, в этом случае и придется принимать во внимание, что материал, заполняющий полость, при охлаждении сжимается.

Существует и множество других способов сэкономить время при создании довольно сложных деталей. В следующем примере подшипники должны быть закреплены на толкателе, на обоих концах которого нарезана резьба (это часть большого механизма для открывания окна). Полиморф используется здесь для закрепления подшипников на концах стержня. Так как Полиморф налепляется на резьбу на концах стержня, подшипники могут быть откручены, если это понадобится.

Специализированные компоненты и Полиморфус

Часто бывает необходимо изготовить ограниченное количество аналогичных компонентов из состава какого-либо изделия, например, несколько крепежных винтов или винтов с большими ручками для завинчивания. И те и другие могут быть изготовлены при помощи налепливания Полиморфуса на болт с шестигранной головкой.

Секретные болты (например, секретные болты для автомобильных колес) часто устроены по принципу "ключа" и парного разъема, которые имеют произвольные нестандартные размеры. Эта система может быть с легкостью воспроизведена при использовании металлического ключа, который вдавливается в размягченный Полиморфус для формирования спаренного разъема. Необходимо учитывать сжатие материала и то, что крутящий момент может превышать механическую прочность пластика.

Коммерческое применение Полиморфуса

Поликапролактон существует в различных молекулярных весах и каждый вид материала имеет различные физические характеристики при размягчении и затвердевании. Полиморфус имеет самый большой молекулярный вес и наибольшую прочность на растяжение. Таким образом, он в наибольшей степени подходит для решения задач, требующих прочности материала.