Wulkanizacja

Wulkanizacją, lub procesem sieciującym nazywamy chemiczne przekształcanie kauczuku naturalnego lub polimerów w bardziej związane i tym samym wytrzymalsze materiały przez dodanie siarki lub inne równoważne środki wulkanizujące i przyspieszacze. Dodatki te modyfikują polimer przez utworzenie poprzecznych mostków, połączeń, pomiędzy poszczególnymi łańcuchami polimerowymi. Materiały wulkanizowane są mniej lepkie i mają lepsze właściwości mechaniczne. Termin włókno wulkanizowane odnosi się do celulozy, którą poddano obróbce w roztworze chlorku cynku celem sieciowania do włókien celulozowych.

Chociaż utwardzenie gumy zostało przeprowadzone już w czasach prehistorycznych, nowoczesny proces wulkanizacji, nazwany Vulcan, od Rzymskiego boga ognia, nie powstał aż do XIX wieku. Obecnie bardzo szeroki wachlarz produktów wykonany jest z gumy - opony, podeszwy butów, węże i taśmy przenośnikowe. Kauczuk jest często sprzedawany pod nazwą handlową ebonitu i jest używany do wyrobów takich jak na przykład ustniki klarnetu i saksofonu, kule do kręgli czy krążki hokejowe.

Chociaż wulkanizacja rozpoczęła się tak na prawdę w XVIII wieku, historia kauczuku utwardzanego za pomocą innych środków sięga czasów prehistorycznych. Nazwa "Olmeków", w języku Azteków oznacza gumowych ludzi. Cywilizacje te, najpierw dokonywały ekstrakcji kauczuku z Castilla Elastica, rosnącego okolicznego drzewa kauczukowego. Sok z lokalnych winorośli Ipomea alba, miesza się z lateksem w celu utworzenia przetworzonego kauczuku. Działo się to już 1600 lat przed narodzeniem Chrystusa. W świecie zachodnim guma pozostała w zainteresowaniu przemysłu, chociażby do produkcji materiałów wodoodpornych.

Charles Goodyear (1800 - 1860) jest powszechnie uważany za pierwszego na świecie wynalazcę znanego nam dzisiaj kauczuku. To on, jako pierwszy sformułował wszystkie znane nam pojęcia. Nigdy jednak w pełni nie był w stanie zrozumieć procesu, którego autorem się stał. Z drugiej strony, Thomas Hancock (1786 - 1865), naukowiec i inżynier, był pierwszym, który opatentował proces wulkanizacji a nawet uważał, że rozumie lepiej niż Goodyear są proces. Niewątpliwie, inspirował się pracami i badaniami Goodyeara. Hancock otrzymał Brytyjski patent 21 maja 1944 roku. Trzy tygodnie później Goodyear otrzymał patent w Stanach Zjednoczonych.

Goodyear twierdził, że odkrył wulkanizację wcześniej 1839 roku. W 1853 roku napisał wspomnienia "Gum-Elastica", w których zawarł taka informację. Chodź książka jest autobiografią, Goodyear zdecydował się napisać ją w trzeciej osobie.

Odkrycie reakcji między gumą i siarką zrewolucjonizowało wykorzystanie gumy i zmieniło oblicze świata przemysłowego. Dawniej, jedynym sposobem aby uszczelnić niewielki odstęp między ruchomymi częściami maszyn było wykorzystanie skóry nasączonej olejem. Nakładało to ogromne ograniczenia. Dopiero wulkanizowana guma rozwiązała ten problem. Tworzywo mogło przyjmować umiarkowane kształty od dużej do małej deformacji, by po ustaniu obciążenia wrócić do początkowego kształtu. Te właściwości połączone z dużą trwałością i brak kleistości są kluczowe dla efektywnego materiału uszczelniającego. Dalsze eksperymenty w przetwarzaniu i mieszaniu gumy przez Hancocka i jego współpracowników doprowadziły do bardziej wiarygodnego procesu.

W 1905 roku odkryto pochodną aniliny, nazwaną tiokarbanilid, powstały na skutek przyspieszonej reakcji gumy z siarką. Odkrycia dokonał George Oenslager. Ten przełom miał równie fundamentalne znaczenie jak odkrycie samego procesu wulkanizacji. Przyspieszenie procesu spowodowało wzrost efektywności procesu. Ponadto odkryto, że proces można stosować również w przypadku tworzyw syntetycznych. Przyspieszacz przyspiesza reakcję utwardzania a retarder ją opóźnia. Typowy retarder to cykloheksylotioftalimid. W kolejnych latach, chemicy rozpoczęli opracowywanie nowych receptur utwardzających, które obecnie są wykorzystywane do produkcji nowoczesnych wyrobów gumowych.

Naturalny, nieutwardzony kauczuk jest lepki, deformuje się łatwo gdy jest ciepło i staje się kruchy gdy jest zimno. W tym stanie materiał nie nadaje się do zastosowań przemysłowych ze względu na kiepska elastyczność. Powody niesprężystego odkształcenia nie wulkanizowanego kauczuku można znaleźć w jego strukturze chemicznej - kauczuk składa się z długich łańcuchów polimerowych. Łańcuchy te mogą poruszać się niezależnie w stosunku do siebie , co pozwala na zmianę kształtu materiału. Sieciowanie wprowadza się przez wulkanizację. Zapobiega ona przesuwaniu się łańcuchów polimerowych. W rezultacie, gdy wywierany jest nacisk, gumy deformują się, natomiast po odjęciu siły, wracają do swojego pierwotnego kształtu.

W przeciwieństwie do procesów termoplastycznych (proces płynięcia, zamarzania, które charakteryzuje zachowanie większości znanych polimerów), wulkanizacja podobne jak termoutwardzanie jest procesem zasadniczo nieodwracalnym. Sieciowanie osiąga się zwykle przez dodanie siarki. Znane są również inne systemu, między innymi wykorzystujące bazę nadtlenku.

W powszechnym użyciu wyróżniamy pięć rodzajów utwardzania:
- system siarki
- nadtlenki
- sieci uretanowe
- tlenki metali
- acetoksysilan

Tworzywa termoutwardzalne

Termoutwardzalne tworzywa sztuczne, znane również jako materiały termoutwardzalne są produktami przemysłu petrochemicznego. Utwardzane są nieodwracalnie. Sam proces może być indukowany przez ogrzewanie, zazwyczaj powyżej 200°C, w wyniku reakcji chemicznej czy odpowiedniego napromieniowania.

Materiały termoutwardzalne są zwykle ciekłe lub ciągliwe, przed samym procesem utwardzenia. Formowane są w końcowej fazie procesu. Raz utwardzony materiał nie może zostać ponownie stopiony i kształtowany. Utwardzenie jest procesem jednorazowym i w przypadku powtórnego ogrzania, tworzywo po prostu niszczeje.

Tworzywa te są przeciwstawione tworzywom termoplastycznym, które są powszechnie wytwarzane na osadach i kształtowane poprzez wtryskiwanie do różnych form.

IUPAC definiuje tworzywa termoutwardzalne jako produkt przemysłu petrochemicznego w formie lepkiej lub stałej, ale miękkiej, który nieodwracalnie zmienia swój kształt podczas procesu utwardzania. Utwardzanie może być indukowane przez działanie odpowiedniej temperatury lub odpowiedniego promieniowa. W niektórych przypadkach wykonuje się oba te zabiegi.

Podczas procesu utwardzania, materiał zmienia swoją postać z żywicy do tworzywa sztucznego lub gumy, za pomocą procesu sieciowania. Energia/katalizator sprawia, że łańcuchy cząsteczek reagują chemicznie w różny sposób, łącząc się w sztywną strukturę o charakterze 3D. Proces sieciowania tworzy cząsteczki o większej masie cząsteczkowej, co prowadzi do zwiększenia temperatury topnienia tworzywa. Podczas reakcji masa cząsteczkowa wzrasta w takim stopniu, że temperatura topnienia staje się wyższa od temperatury otoczenia, w którym materiał występuje w postaci stałej.

Niekontrolowane ogrzewanie termoutwardzonego tworzywa prowadzi do jego degradacji. Wynika to z wcześniejszego osiągnięcia temperatury rozkładu niż temperatury topnienia po procesie utwardzania. Oznacza to, że te tworzywa nie mogą być poddawane recyklingowi, z wyjątkiem materiału wypełniającego.

Przykłady:
- System poliestrowy z włókna szklanego: związki formujące do blach i sypkie materiały do wytłaczania
- Poliuretany: pianki izolacyjne, materace, powłoki, kleje, części samochodowe, rolki do druku, podeszwy butów, podłogi, włókna syntetyczne itd. Polimery poliuretanowe są utworzone przez połączenie dwóch dwu- lub wyższych funkcjonalnych monomerów/oligomerów.
- Bakelit: żywica fenolowo formaldehydowa, stosowane w gniazdkach elektrycznych i izolatorach.
- Duroplast: lekki ale mocny materiał podobny do bakelitu, wykorzystywany do produkcji części samochodowych
- Pianka mocznikoformaldehydowa: stosowana do sklejki, płyt wiórowych, i płyt pilśniowych średniej gęstości
- Flatan (DAP): stosowany w wysokiej temperaturze do złączy elektrycznych.
- Poliidy: stosowane w płytkach drukowanych i kadłubach nowoczesnych samolotów.
- Estry cyjanian lub policianurates: znalazł zastosowanie w elektronice jako tworzywo dielektryczne.

Niektóre metody formowania:
- Reaktywne formowanie wtryskowe (butelki mleka, skrzynki)
- Wytłaczanie (wytwarzanie rur, nici tkaniny i izolacji na kablach elektrycznych)
- Formowanie tłoczne (wykorzystywane do kształtowania większości termoutwardzalnych tworzyw sztucznych)
- Odlewanie (wytwarzanie figurek do gier, emblematów oraz różnego rodzaju części zamiennych)

Przykłady tworzyw termoplastycznych

Akryl

Akrylowy polimer o nazwie metakrylan metylu (PMMA), znany również pod nazwami handlowymi, takimi jak Lucite, Perspex czy pleksiglas. Służy jako stabilny substytut szkła między innymi do osłon kasku, akwariów, okien samochodowych, luków łodzi podwodnych czy soczewek świateł zewnętrznych samochodów. Jest szeroko używany do znaków logowych. W medycynie stosuje się go w cemencie kostnym i implantów soczewek oka. Cząsteczki PMMA zawieszone są w wodzie.

ABS
Akrylonitryn-butadien-styren (ABS) jest terpolimerem, syntetyzuje się ze styrenu i akrylonitu w obecności polibutadienu. ABS jest materiałem lekki, który wykazuje dużą odporność na uderzenia i wytrzymałość mechaniczną. Jest stosowany w wielu produktach konsumenckich, takich jak zabawki, telefony i inne urządzenia.

Nylon
Nylon należy do klasy polimerów, zwanych poliamidami. Służył jako substytut jedwabiu w produktach takich jak spadochrony, kamizelki kuloodporne i pończochy dla kobiet. Włókna nylonowe są przydatne w podejmowaniu tkaniny, liny, dywany i ciągi muzyczne, natomiast w postaci masowej, nylon jest stosowany do części mechanicznych, do wkrętów do metalu, kół zębatych czy korpusów narzędzi. Ponadto, nylon jest używany do wytwarzania materiałów kompozytowych odpornych na ciepło.

Polibenzimidazolowe
Polibenzimidazolowe (PBI, skrót poli- [2,2 '- (m-fenylenowe) -5,5'-bisbenzimidazole]) jest włóknem syntetycznym o bardzo wysokiej temperaturze topnienia. Ma wyjątkową stabilność termiczną i chemiczną oraz nie jest łatwopalny. Tworzywo zostało po raz pierwszy odkryte przez amerykańskiego chemika Carla Shipp Marvela, podczas próby stworzenia nowych materiałów, które miałyby charakteryzować się wyjątkową trwałością, sztywnością i wytrzymałością w podwyższonej temperaturze. Ze względu na wysoką stabilność polibenzimidazol jest używany do produkcji wysokiej jakości odzieży ochronnej, takich jak na przykład kombinezon strażacki, skafandry kosmiczne, rękawice wysokotemperaturowe czy tkaniny i rękawice dla spawaczy. W ostatnich latach tworzywo to znalazło zastosowanie jako membrany w ogniwach paliwowych.

Polietylen
Polietylen (PE) to rodzina podobnych materiałów sklasyfikowanych według ich gęstości i struktury molekularnej. Na przykład:
- Polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej (PE-UHWM) jest twardy i odporny na działanie środków chemicznych. Jest wykorzystywane do produkcji części ruchomych maszyn, takich jak łożyska, przekładnie sztuczne stawy czy nawet kamizelki kuloodporne.
- Polietylen o wysokiej gęstości (HDPE). Jest świetnym materiałem do recyklingu tworzyw sztucznych. Jest powszechnie używany jako dzbanki do mleka, płynów do prania, butelek do detergentów, przenośnych pojemników benzyny, rur drenażowych, wody i toreb.
- Polietylen o średniej gęstości (MDPE) jest używany do produkcji worków pakowych o folii. rur gazowych i armatury.
- Polietylen o niskiej gęstości (LDPE) jest miękki i używany do produkcji butelek czy folii do żywności.

Polipropylen
Jest używany do produkcji pojemników wielokrotnego użytku. Mogą być myte w zmywarce. Używane są również jako podszewki do pieluch, kształtek z tworzyw sztucznych, baterii samochodowych czy izolacji kabli. Stosuje się również jako obudowę do pojemników na ciecz i gaz. W medycynie stosowany jest w leczeniu przepukliny oraz do budowy sprzętu medycznego i jednocześnie ognioodpornego.
Arkusze z polipropylenu doskonale sprawdzają się jako foldery papierniczych oraz opakowań czy przejrzystych skrzynek magazynowych. Tworzywo to jest narażone na działanie promieni ultrafioletowych i po prostu niszczeje na słońcu. Ma kiepską wytrzymałość mechaniczną. Jest również nieco przepuszczalny dla gazów i cieczy wysoko lotnych.

Polistyren
Polistyren wytwarzany jest w różnych postaciach, które mają różne zastosowania. Polistyren ekstrudowany (PS) jest używany do produkcji sztućców jednorazowego użytki, plastikowych modeli samochodów czy łodzi. Stanowi również obudowę detektorów dymu. Styropian (EPS) jest wykorzystywany w tworzeniu izolacji i materiałów opakowaniowych, takich jak popularne "orzeszki". Polistyren ekstrudowany (XPS), znany jako styropian używany jest również do budowy modeli architektonicznych i kubków do picia ciepłych napojów. Kopolimery polistyrenu są stosowane do wytwarzania zabawek i osłonek produktu.

Polichlorek winylu
Polichlorek winylu (PCV) jest twardym, lekkim materiałem, odpornym na kwasy i zasady. Wiele z nich jest używanych w przemyśle budowlanym. Między innymi do tworzenia sidingu budowlanego, rur spustowych, rynien czy blach dachowych. Jest również przekształcany do postaci elastycznych z dodatkiem plastyfikatorów, co czyni go użytecznym do elementów takich jak przewody, węże, płaszczy i tapicerek. Elastyczny PCV jest również stosowany do nadmuchiwania produktów takich jak łóżka wodne i zabawki basenowe.

Teflon
Teflon to produkt firmy DuPont, należy do grupy termoplastycznych, znany jest fluoropolimer. Stosowany jest jako powłoka non-stick naczyń. Jest chemicznie obojętny, stosowany do wytwarzania zbiorników i rur, które wchodzą w kontakt ze związkami reaktywnymi. Stosowany jest również jako środek smarujący w celu zmniejszenia tarcia i zużycia między częściami przesuwnymi, na przykład kół zębatych, łożysk czy tulei.

Tworzywa termoplastyczne

Termoplasty to tworzywa sztuczne, polimery, które stają się giętkie lub są formowane po osiągnięciu określonej temperatury oraz zestala się po ochłodzeniu. Większość tworzyw termoplastycznych charakteryzuje się wysokim ciężarem cząsteczkowym. Łańcuchy cząsteczkowe powiązane są za pomocą sił międzycząsteczkowych, które słabną bardzo gwałtownie wraz ze wzrostem temperatury. Prowadzi to do uzyskania lepkiej cieczy. Zatem materiały termoplastyczne są przekształcane w procesie ogrzewania oraz są zwykle stosowane do produkcji elementów metodą formowania wtryskowego. Termoplasty różnią się od polimerów termoutwardzalnych, które tworzą nieodwracalne wiązania chemiczne podczas procesu utwardzania. Tworzywa termoutwardzalne nie topią się tylko ulegają rozkładowi. Nie formują się po ochłodzeniu.

Powyżej temperatury zeszklenia Tg, a poniżej punktu topnienia Tm, właściwości fizyczne termoplastów właściwości termoplastów mogą zmienić się gwałtownie poprzez zmianę konkretnej fazy. W tym zakresie temperatur następuję zbliżenie przypadkowych zwojów cząsteczek, co prowadzi do zmiany właściwości fizycznych. Tworzywo robi się "gumowate". Jest to skutkiem występujących przemiennie sztywnych, krystalicznych i bezpostaciowych obszarów elastycznych.

Niektóre termoplasty nie krystalizują się w pełni poniżej temperatury zeszklenia, zachowują wszystkie lub niektóre z ich właściwości amorficznych. Amorficzne i częściowo amorficzne tworzywa są stosowane gdy konieczna jest wysoka przejrzystość optyczna. Ponieważ światło jest rozpraszane przez krystality na poszczególne długości fali. Bezpostaciowa i pół bezpostaciowe tworzywa są mniej odporne na czynniki chemiczne i środowiskowe, takie jak na przykład pękanie czy naprężenie, gdyż nie mają struktury krystalicznej.

Łamliwość można zmniejszyć przez dodanie plastyfikatorów, co zwiększa mobilność amorficzną segmentów łańcucha skutecznie obniża. Modyfikację polimeru przez kopolimeryzację lub przed dodanie niereaktywnych łańcuchów bocznych do monomerów przed polimeryzacją może również obniżyć Tg. Techniki te stosuje się od dawna, ponieważ elementy używane w przemyśle motoryzacyjnym pękały na skutek niskich temperatur.

Frezarki

Frezowanie to obróbka za pomocą noży obrotowych, celem usunięcia materiału z przedmiotu obrabianego. Przedmiot ten przemieszcza się w kierunku pod kątek w stosunku do osi narzędzia. Obróbka obejmuje szeroką gamę różnych operacji w skali od małych pojedynczych części do dużych, ciężkich operacji frezowania tak zwanego gangu. Jest to jeden z najczęściej stosowanych procesów w przemyśle i warsztatach mechanicznych do obróbki części o precyzyjnych rozmiarach i kształtach.

Frezowanie może być przeprowadzone za pomocą szerokiej gamy obrabiarek. Klasa obrabiarek, która służy do frezowania nazywana jest często frezarką. Po nadejściu komputerowego sterowania numerycznego (CNC), frezarki przekształciły się tak zwane centra obróbcze. Czyli frezarki, połączone ze zmieniaczami automatycznymi narzędzi, magazynami narzędzi i karuzelami, sterowanie CNC, chłodzeniem i załącznikami. Klasyfikowane były zazwyczaj jako pionowe centra obróbcze - VMCs i centra poziome obróbcze - HMC. Są one specjalnie nakierowane na wielozadaniowość, dzięki czemu można opracować całą, skomplikowaną strategię obróbki z wykorzystaniem dowolnej kombinacji mielenia i obrabiania w tej samej przestrzeni roboczej.

Proces frezowania czołowego (oś obrotu frezu jest pionowa)
Frezowanie to proces, który wykorzystywany jest do usuwania materiału z powierzchni obrabianego przedmiotu. Frez to obrotowe narzędzie skrawające, często wyposażone w różne punkty cięcia. W przeciwieństwie do wiercenia, w którym narzędzie jest przesuwane wzdłuż swojej osi obrotu, podczas frezowania ma miejsce przemieszczanie przedmiotu w kierunku prostopadłym do osi tak, że cięcie odbywa się na obwodzie freza. Gdy frez wchodzi w przedmiot, krawędzie tnące (flety lub zęby) narzędzia wielokrotnie tną materiał. Ciecie polega na odkształceniu ścinającym. Czyli stopniowym wypychaniu z przedmiotu małych grudek, które są ze sobą zespolone i tworzą charakterystyczne wióry. To sprawia, ze cięcie materiału znacząco odbiega od krojenia miękkich materiałów ostrzem.

Proces frezowania usuwa materiał w postaci wielu odrębnych, małych kawałków. Proces ten realizowany jest za pomocą frezarki z wieloma drobnymi zębami. Prowadzenie frezu z dużą prędkością albo powolny postęp materiału przez przecinak. Najczęściej stosuje się kombinacje wszystkich trzech metod. Wykorzystywane są różne prędkości i kanały w zależności od kombinacji zmiennych. Szybkość z jaką posuwa się kawałek noża, nazywana jest posówem. Posów najczęściej mierzony jest w jednostkach materiału na pełny obrót frezu.

Dwie główne klasy frezowania
- Frezowanie czołowe. Cięcie odbywa się głównie w narożach końcowych frezu. Frezarka służy do cięcia płaskich powierzchni w obrabianym przedmiocie lub cięcia wnęk o płaskim dnie.
- Frezowanie obwodowe. Cięcie zachodzi głównie wzdłuż obwodu frezu, tak że przekrój poprzeczny powierzchni frezowanej kończy kończy poprzeczny kształt noża. W tym przypadku, ostrza noża mogą jednocześnie zgarniać usunięty materiał z przedmiotu. Frezowanie obwodowe doskonale nadaje się do cięcia głębokich szczelin wątków i zębów przekładni.

Frezy
W procesie mielenia stosowane są różne narzędzia tnące. Frezy, w większości przypadków wwiercane są po prostu w element (wgłębnie). Frezy mogą również rozszerzać powierzchnie tnące, w celu umożliwienia frezowania obwodowego. Narzędzia zoptymalizowane do frezowania czołowego zwykle mają tylko male noże z niewielkimi rogami na końcu.

Powierzchnie cierne wykonane są wykonane z twardego i odpornego na temperaturę materiału, dzięki czemu zużywają się powoli. Niskie koszty mogą mieć frez ze stali szybkotnącej. Droższe, ale wolniej zużywające się materiały obejmują między innymi węglika spiekanego. Cienkie warstwy powlekające mogą być stosowane celem zmniejszenia tarcia lub dalszego zwiększania twardości.

Są one zazwyczaj używane w narzędziach frezarek lub centrach obróbczych do wykonywania frezowania (i od czasu do czasu innych obrabiarek). Gdy materiał przechodzi przez obszar cięcia frezarki, ostrza noża podrywają opiłki materiału w regularnych odstępach czasu. Odległość pomiędzy grzbietami oraz wysokość wypukłości zależą od prędkości posuwu, liczby powierzchni cięcia, średnicy zespołu tnącego.

Proces frezowania czołowego może w zasadzie dawać bardzo płaskich powierzchni. Jednak w praktyce wynik zawsze zawiera widoczne ślady postępujących trochoidalnych znaków, charakterystycznych dla frezowania czołowego. Znaki te są naturą całego procesu obróbki. Znaki te mogą wykazywać się znaczną chropowatością w zależności od takich czynników jak płaskość powierzchni czołowej i stopnia prostopadłości między osią obrotu  frezu i kierunkiem podawania materiału. Często końcowy przebieg o małej szybkości posuwu służy do kompensacji słabej instalacji urządzenia, w celu zmniejszenia szorstkości znaków. W czołówce ostatecznie znajdą się tylko mikroskopijne rysy.

Frezarka może być również wyposażona w dwa noże, zamontowane na tej samej obsadzie (tzn sprzężone ze sobą) w konfiguracji poziomej mielenia. Wszystkie noże mogą wykonywać ten sam typ działania, a każdy frez mogą wykonywać inny rodzaj pracy. Na przykład, jeśli w kilku detalach potrzebne jest gniazdko, płaska powierzchnia czy kątowy rowek, dobrym rozwiązaniem będzie właśnie zastosowanie podwójnej frezarki.  Wszystkie wytworzone produkty będą takie same a czas frezowania zostałby zminimalizowany.

Tego typu frezowanie było szczególnie ważne przed erą CNC, ponieważ w procesie produkcji osiągnięto znaczną poprawę efektywności frezowania elementu, pod względem czasowym oraz kosztowym. Obecnie maszyny CNC wyposażone są w specjalistyczne zmieniarki narzędzi o cztero lub pięcio osiowej regulacji.

Rodzaje i nazewnictwo
Orientacja frezarki jest podstawowym kryterium klasyfikacji frezarek. Dwie podstawowe konfiguracje są poziome i pionowe. Jednakże istnieją alternatywne klasyfikacje według sposobu sterowania, wielkości, celu i źródła zasilania.

We frezarce pionowej, oś wrzeciona jest pionowa. Frezy odbywają się w trzpieniu i obracają wokół własnej osi. Wrzeciono można rozszerzać, lub podnosić i opuszczać przedmiot, co prowadzi do podobnego efektu. W każdym razie pozwala to ciąć wgłębnie. Ten rodzaj frezowania dzieli się na podkategorie, takie jak frezowanie wieżowe oraz leżowe.

Wieża frezu ma unieruchomione wrzeciono i cała siła zostaje przeniesiona prostopadle i równolegle do osi wrzeciona podczas wykonywania cięcia. Najbardziej znanym przykładem jest Brigeport. Frez wieży często wyposażony jest w tuleję, która umożliwia podnoszenie i opuszczanie noży tak jak to ma miejsce w przypadku wiertarki. Ten typ maszyny oferuje dwie metody cięcia w pionowym kierunku. Poprzez podniesienie bądź obniżenie pióra czy przesów kolana. Tego typu frezarki są przez wielu uważane za bardziej uniwersalne z dwóch powodów.

Trzeci tym frezarki to lekka maszyna, która jest bardzo blisko spokrewniona z młynem pionowym i dość popularna wśród hobbystów. Tego typu frezarka jest podobna w konfiguracji do małej wiertarki. Jednak gabarytowo znacząco się różnią. Tak w przypadku łożysk czy wrzeciona. Prędkość sterowana jest potencjometrem.

Wybór między pionowym i poziomym położeniem wrzeciona zazwyczaj zależy od kształtu i boków obrabianego przedmiotu, które wymagają obróbki. Jest to praca w której przemieszczenie osiowe wrzeciona jest normalne dla charakterystycznej, konkretnej płaszczyzny. Natomiast frez walcowo czołowy nadaje się do frezowania pionowego. Operator może wówczas stanąć przed maszyną i mieć łatwy dostęp do wglądu na cały proces obróbki. Własnie dzięki temu pionowe frezarki są preferowane pod względem czysto ergonomicznym. Ciężkie i długie metale nadają się do umieszczenia na poziomym stole frezarki.

Chemia tworzyw sztucznych

Chemia polimerowa to interdyscyplinarna nauka zajmująca się właściwościami i syntezą chemiczną polimerów, które zostały uznane za makrocząsteczki przez Hermanna Staudingera. Zgodnie z zaleceniami IUPAC, makrocząsteczki odnoszą się do poszczególnych łańcuchów cząsteczkowych i są związane chemicznie. Opisuje właściwości nasypowych materiałów polimerowych i należą do dziedziny fizyki polimerów jako jedna z dziedzin fizyki.

Polimery o wysokiej masie cząsteczkowej to związki utworzone przez polimeryzację monomerów. Proste jednostki strukturalne, budujące związki, nazywane są monomerami. Polimery zostały opisane chemicznie od stopnia polimeryzacji, rozkładu masy molowej, toksyczności, dystrybucji kopolimeru, stopnia rozgałęzienia, usieciowania, krystaliczności i właściwości termicznych, takich jak jego temperatura zeszklenia i temperatura topnienia. Polimery w roztworze mają specjalne właściwości odnoszące się do lepkości, żelowania i rozpuszczalności.

Schematyczne, polimery dzielą się na te powstałe z biopolimerów i polimerów syntetycznych w zależności od ich pochodzenia. Każdą z klas związków można podzielić na bardziej szczegółowe kategorie, w relacji do ich użytkowania, właściwości i cech fizykochemicznych.

Biochemia i chemia przemysłowa, to dziedziny, które są w bardzo dużym stopniu zainteresowane polimerami. Biopolimery są produkowane przez organizmy żywe, białkami strukturalnymi są kolagen, keratyna i elastyna. Białka funkcjonalne to enzymy i hormony, a także ASO. Polisacharydami strukturalnymi są celuloza i chityna oraz skrobia i glikogen. Kwasy nukleinowe to oczywiście DNA i RNA.

Polimery syntetyczne. Stosuje się je do tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, do farb, materiałów budowlanych, mebli, części mechanicznych oraz klejów. Są podzielone na:
- Termoplastyczne polimery, takie jak polietylen, teflon, polistyren, polipropylen, poliester, poliuretan, polichlorek winylu, nylon, sztuczny jedwab, sztuczna celuloza, krzem czy włókna szklane.
- Tworzywa sztuczne termoutwardzalne: guma wulkanizowana, bakelit, kevlar czy żywice poliepoksydowe.

Prace Henriego Braconnota z 1777 roku oraz Christiana Schobeina z 1846 roku doprowadziły do odkrycia nitrocelulozy, która po potraktowaniu kamforą produkowała celluloid. Ten z kolei rozpuszcza się w eterze i acetonie. Ten koloid stosowany był jako opatrunek do rany od czasów wojny domowej USA. Octan celulozy został przygotowany po raz pierwszy w 1834 roku, przezFriedricha Ludersdorfa i Nathaniela Haywarda. Niezależnie, obaj badacze odkryli, że dodanie siarki do kauczuku naturalnego (surowe poliizopropenu) zmniejszyły lepkość materiału. W 1944 roku Charles Goodyear otrzymał amerykański patent wulkanizacji kauczuku siarką i temperaturą. Obecnie, patent taki otrzymał Thomas Hancock w Wielkiej Brytanii.

W 1884 roku wyprodukowane pierwsze włókno roślinne na bazie celulozy regenerowanej lub włókien wiskozowych, jako substytut jedwabiu, jednak był on bardzo łatwo palny. W 1907 roku Leon Baekeland wynalazł pierwszy polimer syntetyczny. Powstała żywica o nazwie bakelit.  W tym samym czasie, Hermann Leuchs opisał syntezę N-karboksylowych i ich produktów o dużej masie cząsteczkowej w reakcji z nukleofilami. W 1908 roku został wynaleziony celulofan, przez Jacquesa Brandenbergera, który do kąpieli kwasowej włożył arkusze włókien wiskozowych.

W 1922 roku, Hermann Staudinger, jako pierwszy, zaproponował, aby polimery składały się z długich łańcuchów atomów utrzymywanych razem przez wiązania kowalencyjne. Wcześniej uważano, że polimery to po prostu skupiska drobnych cząsteczek, tak zwanych koloidów, bez określonych mas cząsteczkowych, utrzymywane razem przez nieznane wówczas siły. Staudinger otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1953 roku. W 1931 roku powstał pierwszy poliester. Wallace Carothers wynalazł pierwszą substancję o nazwie neopren kauczuku syntetycznego. Tak w 1935 roku powstał nylon. Paul Flory w 1974 roku otrzymał Nagrodę Nobla za pracę nad polimerowymi konfiguracjami cewek. Stefania Kwolek opracowała aramidowy nylon, który obecnie nosi nazwę kevlar i został opatentowany w 1966 roku.

Obecnie istnieje duża ilość polimerów handlowych, w tym materiałów kompozytowych, takich jak włókno węglowe czy epoksydowy polibutadien-polistyren (HIPS), akrylonitryl-butadien-styren (ABS) i innych podobnych materiałów, które łączą w sobie najlepsze właściwości ich poszczególnych składników, w tym polimerów przeznaczonych do pracy w wysokich temperaturach, na przykład w silnikach samochodowych.

Pomimo wielkiego znaczenia przemysłu polimerowego, minęło wiele czasu, zanim uczelnie wdrożyły program nauczania i badań chemii polimerów. Na przykład "Instytut chemii makromolekularnej" założony w 1940 roku we Freiburgu w Niemczech. pod kierunkiem Hermanna Staudingera. W Ameryce "Polymer Research Institute" (PRI) został założony w 1941 roku przez Hermana Marka na Polytechnic Institute of Brooklyn (obecnie Instytut Politechniczny NYU). Kilkuset absolwentów PRI odegrało bardzo ważną rolę w przemyśle polimerów USA i środowiska akademickiego. Inne PRI zostały założone w 1961 roku przez Richarda S. Steina na Uniwersytecie w Massechusetts w Amherst, w 1967 roku przez Erica Baera na Case Western Reserve University, w 1982 roku na University of Southern Mississippi, a w 1988 roku na Uniwersytecie w Akron.