Tworzywa sztuczne są pozyskiwane albo poprzez procesy chemiczne z naturalnych produktów, albo poprzez reakcję syntezy z komponentów organicznych, których podstawowymi składnikami są: węgiel (C) i wodór (H).
Podstawowym surowcem w produkcji tworzyw sztucznych są naturalne komponenty, tj.: celuloza, węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, z których dwa ostatnie są najważniejsze.
W rafineriach ropa naftowa jest dzielona w procesie destylacji na różne frakcje. Jako, że różne frakcje mają inne punkty wrzenia, w procesie podgrzewania uzyskiwany jest gaz, nafta, benzyna, olej, itp. Pozostałością procesu jest asfalt.
Wszystkie frakcje są ustrukturyzowane poprzez węglowodory, różniące się rozmiarem oraz budową molekularną. Najważniejszą częścią w produkcji tworzyw sztucznych jest nafta.
Nafta jest przekształcana w procesie zwanym „krakowaniem” w mieszankę etylenu, propylenu, butylenu i innych lżejszych węglowodorów.
W prosty sposób możemy stwierdzić, że tworzywa sztuczne są uformowane z wielu podobnie ustrukturyzowanych elementów, połączonych jeden z drugim poprzez łącza chemiczne. Ten unikalny element, który określa formę tworzywa sztucznego jest monomerem etylenu, propylenu, butylenu, itp.
Powtarzany związek tego elementu pochodzi od dużych molekuł zwanych makromolekułami. Pomimo zróżnicowania wszystkie tworzywa sztuczne mają tę samą strukturę: są uformowane poprzez makromolekuły. Właściwości chemiczne i fizyczne tworzyw zależą od czterech czynników: struktury chemicznej, kształtu, wielkości oraz uporządkowania makromolekuł.
W zależności czy makromolekuły są uformowane w łańcuchy liniowe, rozgałęzione czy siatki mniej lub bardziej otwarte, lub czy są rozrzucone lub częściowo w linii, właściwości końcowego produktu mogą różnić się diametralnie.
Zgodnie z tymi różnymi ustawieniami makromolekuł, tworzywa sztuczne mogą być podzielone na trzy główne grupy:
- termoplastyczne: np. chlorek winylu,
- tworzywa twarde lub termostabilizowane: termoelastyczne, żywice,
- tworzywa elastyczne: guma syntetyczna.
Są one uzyskiwane z wrzecionowatych molekuł z dwiema końcówkami zdolnymi do reakcji. W zależności od rozmieszczenia tych molekuł mogą być :
- bez kształtu: struktura nieuporządkowana, przypadkowa, są one szkliste, przezroczyste i generalnie kruche, np.: polichlorek winylu, poliwęglany,
- częściowo uporządkowane, mające mniej lub bardziej spójną strukturę, są one półprzezroczyste, lub nieprzezroczyste, ale bardziej odporne na temperaturę niż te bez kształtu np.: PB, PP, PE.
Są to łańcuchy polimerów tworzące spójne siatki. Ich siatkowa struktura rozchodzi się we wszystkich kierunkach co nadaje sztywność i kruchość. Aby zwiększyć ich właściwości mechaniczne wzmacnia się je szkłem lub włóknami.
Nie rozpuszczają się ani nie mogą być spawane. Nie mogą być termicznie kształtowane więcej niż jeden raz. Są elastyczne tylko pod wpływem wąskiego strumienia wysokiej temperatury.
Tworzywa termoelastyczne są specjalną odmianą pośród tworzyw twardych. Ich bazą jest termoplastyk ze strukturą przestrzenno – siatkową z połączeniami molekuł wrzecionowatych. Najbardziej znanym
z nich jest PEX.
Są także nazywane gumą syntetyczną. Ich łańcuchy polimerowe tworzą siatkę poprzez efekt wulkanizacji. W przeciwieństwie do tworzyw twardych ich siatka jest bardzo rozległa z niewielką ilością połączeń krzyżowych co nadaje im właściwości elastyczne.
Są elastyczne nawet w niskich temperaturach. Nie mogą być rozpuszczane ani spawane.
Używając butylenu jako części składowej i łącząc go samego ze sobą wiele razy formując łańcuchy wrzecionowate z mniej lub bardziej usystematyzowaną strukturą, otrzymujemy Polibutylen.
W porównaniu z konwencjonalnymi materiałami do produkcji rur, takimi jak miedź, tworzywa sztuczne charakteryzują się następującymi właściwościami:
- małą gęstością (mniejsza waga rur), wyrażana jest ona stosunkiem masy do objętości:
- dużą odpornością chemiczną i brakiem korozji - poza stalą nierdzewną inne metale korodują,
- odpornością na gorącą wodę i ciśnienie: tworzywa takie jak PB spełniają wszystkie wymogi certyfikacji zgodnej z przeznaczeniem do wody pitnej, ciepłej i zimnej wody użytkowej oraz ogrzewania,
- odpornością na zamarzanie,
- niską przewodnością cieplną przez co występują mniejsze straty ciepła - współczynniki przewodności cieplnej poszczególnych materiałów:
- mniejszą koncentracją kondensacji na zewnętrznych powierzchniach rur przez co niepotrzebne jest dodatkowe izolowanie przewodów instalacyjnych,
- wysoką elastycznością: moduł elastyczności (E) jest powiązany z siłą i wydłużaniem materiału, im mniejszy moduł elastyczności tym bardziej elastyczny materiał,
- odpornością na ścieranie - jest ona około cztery razy większa niż w przypadku metali,
- niskoszumowością instalacji - dzięki niskiemu modułowi E, dźwięk przedostający się z wnętrza instalacji jest mniejszy niż w przypadku metali,
- gładkością powierzchni wewnętrznych przez co zmniejszone są opory hydrauliczne,
- wydłużalnością liniową: współczynnik wydłużalności liniowej, pokazuje wydłużalność w mm na 1 m, przy wzroście temperatury o 1°C,
Wykres przedstawia wydłużalność rury 10 metrowej przy różnicy temperatur 50°C.
Wydłużalność spowodowana zmianami temperatury w przypadku tworzyw jest większa niż w metalach.
- zastosowaniem w przemyśle spożywczym dzięki swojej odporności mechanicznej,
- palnością: tworzywa sztuczne są substancjami palnymi a ich klasyfikacja przeciwogniowa jest stwierdzana na podstawie potwierdzonych testów,
- brakiem przewodności elektrycznej - nie muszą być uziemiane,
- czułością na promieniowanie UV przed którym powinny być chronione.
