A karosszéria gyártás anyagai

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a járműfejlesztés jellemző trendjeit

Az autó-mobilizmus dinamikus fejlődése szinte az egész huszadik század egyik meghatározó

műszaki fejlődés- és gazdasági konjunktúra befolyásoló tényezője volt.

Trend a járműfejlesztésben

1. ábra

Trend a járműfejlesztésben

Tegnap Ma Holnap

> keretstruktúra > robbanómotor > alternatív meghajtás

> csekély darabszám > nagy darabszám > variációk sokfélesége

> fa, vas > AHSS, alumínium > multifunkcionális anyagok

> helyi gyártás > globális gyártás > rugalmas globális gyártás

Az autóépítés kezdetén a járművek karosszériájának szerkezeti kialakítása a lovas kocsik

formavilágából építkezett, és döntően annak anyagát – acélt, fát – használt. Még a második

világháború idején is a fa felépítmény gyakran használt megoldás volt. ( Lásd DKV

karosszéria 2. ábra.)

2. ábra

DKW fa karosszéria

Csak később fejlesztették ki a növekvő iparosodás folyamán a költségelőnyös sorozat-gyártási

és megmunkálási eljárásokat a karosszéria gyártásban.

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 3. ábrát! Gyűjtse ki az autógyártásban alkalmazott

anyagok változásának a trendjét! Gyűjtse ki és tanulja meg az autóipari tömeggyártás

jellemző anyagait!

Az 1995 évből származik a Volkswagentől egy- az autógyártásban akkor használt anyag-

összetétel változását mutató jellegábra. 3. ábra

3. ábra

A mai autóipari tömeggyártást nem csak a járművek sokfélesége, - lásd. 4. ábra -

hanem ezekhez felhasznált anyagok széles választéka is jellemzi; amely elsősorban

nagyszilárdságú acél, könnyűfémek – alumínium, magnézium – valamint termoplasztikus és

tartós műanyagokból áll.

Jármű osztályok összefoglaló csoportosítása

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az autóhoz felhasználandó anyagok

kiválasztásának a szempontjait! Tanulja meg a különféle anyagok előnyeit és hátrányait!

2.1. Anyagválasztás és építési mód.

Ma egy új autó tervezését, egy bizonyos piaci szegmensre pozícionálják, annak várható

eladási árat, darabszámát előre meghatározva.

Ez alapvetően befolyásolja a felhasználandó anyagok kiválasztását, és így a karosszéria

építési módját is.

Az anyag optimális kiválasztása több különböző tényezőtől függ, pl. gyártási mód; azaz

nagysorozatú tömeg-gyártás, vagy prémium kategóriájú kis szériás-gyártás;

- a nagy darabszámhoz az automatizált-, gazdaságilag nagy invesztíciót igénylő

beruházással szemben, a járművek építéséhez felhasznált anyag- és alkatrész acél,

amely termelékenyen gyártható olcsóbb megoldása párosul;

- az alumínium magasabb előállítási anyag költségeit, a kisebb előállítási szériák miatt,

a gyártó berendezések kisebb beruházási költségigényével kompenzálják.

- az újabb járműmodelleknél a könnyűépítési követelmények miatt egyre gyakrabban

lehet találkozni un. kevert karosszéria szerkezetű építési módokkal is, ahol az

alumínium elő lap elemek és az acél karosszéria elemek együtt kerülnek össze-

építésre.

Az alumínium- és acélkarosszériák gazdaságossági összehasonlításának jelleg ábráját mutatja

a 4. ábra.

4. ábra.

Alumínium és acélkarosszériák gazdaságossági összehasonlítása.

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az anyagok kiválasztásával kapcsolatos

konstruktőri célokat és ezek hatását!

A következő táblázat áttekintést nyújt a karosszériakoncepció anyag kiválasztásánál felmerülő

cél-konfliktusokra;

Konstruktőr célok Célkonfliktusok

Ideális anyagok bevezetése Költség, korróziós problémák megoldása,

kötések megoldása, újrahasznosítás lehetősége

Magas szilárdság és torziós merevség A merevséget biztosító kialakításra törekvés

egy bizonyos határon túl, szemben áll a

karosszéria összsúly/hasznos súlyarány

elvárásaival. pl. vázszerkezet keresztmetszet

vastagságának növelése igénye

A kialakítás multifunkcionalitása Anyagtulajdonságok és azok gyárthatósága

Könnyűszerkezetes építés Akusztikus kihatások

Darabszámtól függő dizájn tervezés Megfelelő anyag kiválasztásához a gyártási

folyamat ennek megfelelő limitálási lehetősége

Az anyag recycling lehetősége Költségek

A megfelelő anyag optimális kiválasztását nemcsak műszaki -, hanem - természetesen -

gazdasági szempontok is alapvetően meghatározzák!

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a karosszéria anyagokkal szembeni

követelményeket meghatározó szempontokat!

2.2. A karosszéria anyagokkal szemben támasztott követelmények és kritériumok.

A karosszéria anyagok követelményei elsősorban a jármű funkcionális tulajdonságaiból,

valamint annak előállításánál az egész gyártási folyamat lánc adottságaiból; pl. sajtolás,

karosszéria elemeinek kötése, szerelési folyamat, stb. adódnak.

Pl: sajtolásnál figyelembe kell venni a lemez alakítási viselkedését, a vissza-rúgózás okozta

méretpontosság biztosításának problematikáját. Mint ahogy a különböző anyagú karosszéria

elemek – acél- alu – egymással való illesztési- és kötési eljárásainak lehetőségét.

Elvárásként mindenekelőtt az aktív és passzív biztonság-, további növelése a karosszéria

torziós merevsége-, fokozott korrózióvédelme-, recycling lehetőségének megnövelt

normák szerinti teljesítése fogalmazódik meg.

Az új dizájn az esztétikus megjelenés mellett mindenek előtt a kocsi – cv <0,3 - légellenállás

csökkentését várják el. Természetesen a kategória legjobb komfort lehetőségének

biztosításával, kedvező áron!

A fejlesztés, elsődlegesen az új anyagokra és technológiákra alapozhatók.

5. ábra

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a karosszéria anyagok kiválasztását

meghatározó szilárdsági és alakíthatósági tulajdonságokat, ezek jelölését!

Az anyagkiválasztásnál az anyag szilárdsági- és alakíthatósági tulajdonságai a döntőek:

- Folyáshatár: Rp, R0,02

- Szakítószilárdság: Rm

- Képlékenységi anizotrópia: r

- Keményedési kitevő: n

- Szakadási nyúlás: A80

- Rugalmassági modul: E

6. ábra

Átlagos ra

képlékegységi anizotrópia értelmezése

Miután kiválasztják az anyagokat, illetve meghatározzák az illesztési eljárásokat velük

elvégzik a karosszéria szilárdsági ellenőrzését végeselem szimulációját, ütközési tesztjet és

ciklikus terhelésnek vetik alá.

0 0

0

0 0

0 45 90

ln ln

ln ln

2

4

b

x xs

n

f

b b

b brS bL

S bL

r r rr

k A

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Tanulja meg a karosszériaépítés meghatározó anyagát és

alkalmazásának legfontosabb okait!

2.3. Acél anyagok

A legfontosabb anyag a karosszériaépítésében ma is az acél, ami lemezek vagy zárt profilok

formájában félkész termékként áll rendelkezésre.

Ennek okaként egyszerűen a mechanikai- tulajdonságai-, jó feldolgozhatósága és korlátlan

„recycling” újrahasznosíthatósága emelhető ki.

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a normál mélyhúzott acélok jellemző

tulajdonságait, jelölésüket!

A finomacél lemezek legnagyobb hányadát ma is a lágy húzott és mélyhúzott acélok teszik ki,

amelyeket a DIN 1623/2-es tartalmaz.

A karosszéria lemezek egy nagy hányada besorolhatók a normál mélyhúzott lemezek közzé.

Ezen lemezek széntartalma kisebb mint 0,1%, elfogadható szakítószilárdsága mellett, magas

szakadási nyúlás jellemzi. (Lásd 1 sz. táblázat.)

Anyag Werkstoff Rp Rm A80

Nr . [N/mm2] [N/mm

2] % r

a

Δr

a r

max β

max

St 12 1.0330 250 290-390 >28

St 13 1.0333 < 230 270-370 >32 1,7 0.6 2.1 2.2

St 14 1.0338 < 210 270-350 >38 1.8 0,6 2,2 2,25

St 15 < 170 230-280 >40 2.0 0,7 2,4 2,3

1. táblázat

Acélfajták

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 7. ábrát! Gyűjtse ki és tanulja meg a

finomacéllemez gyártás és nemesítés folyamatának lépéseit! Tanulja meg a fém- és az

organikus bevonatok szerepét!

Felület nemesített finomacél lemezek.

A 7. ábrán a finomacél- és felületnemesített lemezek különböző gyártási módjainak

áttekintése látható. Ezen finomlemezek nagyobb hányadát ma felület nemesített formában

hozzák forgalomba.

A felületnemesített finomacél lemezek rendelkeznek a hidegen hengerelt lemezek minden

felhasználás szempontjából kedvező tulajdonságával; mint a szilárdság, felület simaság - Ra<

0,6 sima finomlemez, Ra< 1,8 matt finomlemez - képlékeny alakíthatóság és hegeszthetőség.

A fémbevonatok védik a finomacél lemezt a korróziótól, az organikus bevonatok pedig

tovább növelik azt, még dekoratív külsőt is kölcsönöznek neki.

7. ábra

Forrás:Dr. K. Sardemann Tendenzen bei der Entwicklung kaltgewlzter und oberflächenveredelter Stahlbleche Hoesch Ag, Dortmund

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Tanulja meg a bevonatolás módszereinek a nevét és technológiáját!

A bevonatolásra két fő módszer van, az olvadékba mártás és az elektrolitikus leválasztás. Az

organikus sávbevonatok készítésének fő módszerei a sávban lakkozás és széles szalag

kasírozása műanyag fóliával.

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Hasonlítsa össze a 7. ábra és a 2. táblázat tartalmát!

Ipari méretekben a következő bevonatok terjedtek el. 2. táblázat.

Módszer Átlagos bevonat összetétele Megnevezés

Olvadékba cink Z

merítés cink/11% vas-ötvözet ZF

cink/ 5% , alumínium elegyfém-ötvözet 55% ZA

alumínium 43,4%, cink/szilicium-ötvözet AZ

alumínium A

alumínium/10%, szilicium ötvözet AS

Elektrolitikus cink ZE

leválasztás cink/21% nikkel ötvözet ZNE

ólom/7% ón ötvözet TE

2. táblázat

Finomacél lemezek felületnemesítése fémbevonatokkal.

Forrás:Dr. K. Sardemann Tendenzen bei der Entwicklung kaltgewlzter und oberflächenveredelter Stahlbleche Hoesch Ag, Dortmund

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az olvadékba merítéssel készített bevonatok

típusait/anyagait és jellemző tulajdonságaikat! Vesse össze az anyagok jelöléseit a 7. ábrán és

a 2. táblázatban megadottakkal!

Olvadékba merítéssel készített bevonatok

A cink (Z) sokoldalúan felhasználható az autógyártó és különböző berendezéseket

gyártó iparban. A hagyományos cinkbevonatok homogén ή- vegyes kristályból állnak,

melyek különbözően orientáltak. A bevonat ezekből létrejövő látható cink- kristály,

struktúráját cinkoxidnak nevezzük. Kis mennyiségű ( 0,20% ) aluminium adalék nagyon

vékony ötvözetréteg kialakulását eredményezi a finomacél lemez és a cinkbevonat között, ez

a bevonat a megfelelő tapadását biztosítja.

Cink –vas –ötvözet (ZF) az autóipar számára az un. Galvannealed-finomacél. A

gyártás folyamatos módszerrel történik; közvetlenül a horganyzást – réteg vastagsága 5-10

μm - követően, célzott lágyító hőkezeléssel, melynek során diffúzió irányításával sor kerül a

cinkbevonat teljes átalakulására Fe/Zn- ötvözetfázisba. Felhasználás szempontjából a

következő tulajdonságokkal tűnik ki; kiválóan tapad rajta a lakk, jól ponthegeszthető, jól

foszfatálható! Hátrányát jelenti a képlékeny alakításnál a viszonylag nagy kopás (

morzsalékonyság).

Cink –aluminium 5%-elegyfémes- ötvözet ( GALFANR) . A galfan-olvadékba

merítéssel nemesített finomacél lemez a tűzi horganyzottal szemben jobb korrózióvédelmet

biztosít és kiváló a képlékeny alakíthatósága hajlításnál és mélyhúzásnál.

Alumínium (55%)- cink (43,4%)- szilicium-ötvözet ( GALVANUMER

) . A bevonat

és a finomacél lemez közötti kb. 2 μm vastag dendritesen kialakuló aluminiumban gazdag γ –

vegyes kristályok alumíniumot, vasat, sziliciumot és cinket tartalmaz. Rendkívül jó

oxidációval szembeni ellenállóság jellemzi, magas hőmérsékleteknél is ( 3150 C –ig terjedő

tartós igénybevételnél sem színeződik el) és nagy a hővisszaverési képessége.

Alumínium és alumínium-szilicium ötvözetek (AS) felületnemesített finiomlemezhez,

amelyek magas hőmérsékletnek és korróziót okozó közegnek vannak kitéve.( pl: gépjárművek

kipufogó berendezéseinél.)

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az elektronikusan leválasztott

fémbevonatok típusait/anyagait és jellemző tulajdonságaikat!

Elektronikusan leválasztott fémbevonatok

Tiszta cinkbevonat ( ZE ) Az elektronikus horganyzás, rendkívül nagy kohézióval a

gondosan megtisztított lemez felületén egyenletesen 2,5-7,5 μm vastagságban két oldali-,

10 μm vastagságban pedig egyoldali galvanizálással történik. A járnűiparban a karosszéria

elemekhez való felhasználása acél finomlemezek tekintetében meghatározó jelentőségű.

Cink-nikkel (10%)- ötvözet (ZNE). Ez az elsőként a japán autógyártásban felhasznált

nemesített finomlemez a következő tulajdonságokkal rendelkezik;

o nagy korrózióállóság, főképpen lakkozatlan állapotban.

o jól feldolgozható (képlékeny alakítás, ellenállás-ponthegesztés) a bevonat nagy

keménysége, a cink-nikkel ötvözet magas olvadáspontja, valamint a bevonat

vékonysága miatt.

Ólom-ón (7%) ötvözetet (TE) az üzemanyag tartányhoz fejlesztették ki.

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 3. táblázatot! Gyűjtse ki és tanulja meg az

organikus bevonatok típusait és jellemzőit!

Organikus bevonatok

A finomlemezek organikus bevonására használt anyagok kiválasztása mindig az adott

felhasználási célnak megfelelően történik.

Így például az építőiparban főként az ibolyántúli sugárzással szembeni ellenállóság

követelmény, a háztartási készülék szektorban a lúgosság és kopásállóság, máshol a

struktúrált dekoráció sokszínűsége. A bevonatot képező rétegek lehetséges felépítése

szempontjából egyrétegű-, és kétrétegű lakkozást, valamint fólia-réteggel történő bevonást

különböztetünk meg. A 3. táblázat a fontos bevonatanyagokat sorolja fel, amelyekkel a

sokoldalú követelményeknek lehet megfelelni.

Bevonat Bevonat Felhasználási területe

szerkezete anyaga Építő ipar Háztartási ipar Autóipar

1 rétegű poliuretán - - x

lakkozás epoxi (gyanta) - - x

cinkporos lakk - - x

2 rétegű poliészter x x -

lakkozás poliuretán - x x

PVDF x - -

(PVC-plastisol) (x) - -

fólia PVC fólia (x) x -

bevonat PVF fólia x - -

(rétegzett)

szendvics - (x) x x

anyagok

3. táblázat. Finomlemezek nemesítése organikus anyagokból készült bevonatokkal.

Forrás:Dr. K. Sardemann Tendenzen bei der Entwicklung kaltgewlzter und oberflächenveredelter Stahlbleche Hoesch Ag, Dortmund

Az organikus bevonatokhoz használt alapanyag általában a tűzihorganyzott finomlemez,

galfan és galvalume, de elektrolitikusan horganyzott finomlemez is felhasználható.

A poliuretán és epoxi gyanta bázisú, tisztán funkcionális jellegű, egyrétegű lakkbevonatokat –

mint védőbevonatokat – vagyis a horganyzott lemez 1 μm vastag vékonyrétegű lakkozását ,

valamint cinkporos lakkokat főként az autóiparban alkalmazzák a karosszéria gyártásban.

A fejlesztéseknek az volt a célja, hogy javítsák a képlékeny alakíthatóságot, nagyobb

korrózióvédelmet biztosítsanak kisebb vastagságú fémbevonat mellett. A kőfelverődésekkel

szemben fokozott ütésállóságot biztosít.

A hangtompítás javítása céljából két acéllemez közé szigetelő műanyagréteget helyeznek el,

így egy háromrétegű, plattítozott lemez jön létre. A középső réteg egy viszkoelasztikus

műanyag réteg, melynek vastagsága 0,05- 0,10 mm között változik.

Tevékenység:

Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az autóipar alapanyagokkal kapcsolatos

igényeit! Tanulja meg a „merevség” és a „szilárdság” jelentését!

2.4.1. Növelt szilárdságú acélok.

Az autóipar igénye; csökkenteni a jármű súlyát, a kocsi ütközési „Crash” aktív

biztonságágának növekedése mellett, valamint javuljon a karosszériák merevsége is.

Ez állandó kihívást jelent az acélgyártók számára.

A karosszéria mechanikai viselkedését a terhelés mellett fellépő erők, illetve feszültségek és

az ebből adódó alakváltozások jellemzik. Ennek során különbséget kell tenni rugalmas

alakváltozáskor létrejövő „merevség” és a képlékeny alakváltozáskor – ütközéskor – létrejövő

„szilárdság” között.

Tevékenység:

Tanulja meg a karosszéria méretezés primer kritériumának a jelentését, a lemezvastagság

csökkentés pozitív és negatív hatásait!

A karosszéria szempontjából különösen fontos a dinamikus képlékeny alakváltozással

jellemezhető – ütközés – „Crash”- viselkedés, ami a jármű aktív biztonságának egyik

meghatározó elemét adja. Ez a jármű karosszéria méretezésének elsődleges (primer)

kritériuma.

Ütközés modellezése (Mercedes)

Tevékenység:

Indítsa el a videófelvételt! Figyelje meg a karosszéria deformációját!

A video megtekintéséhez lépjen vissza és nézze meg!

A karosszéria merevségét a karosszéria forma, a lemez vastagsága és a strukturális részek

rugalmassági modulusza határozza meg.

A nagyszilárdságú lemezek alkalmazásakor a lemezvastagsággal elért súly csökkentés,

negatív hatásaként a karosszéria elemek felületein helyi (lokális) horpadás érzékenységet

eredményezhetnek.

Mindezeket együtt kell figyelembe venni a különböző nagyszilárdságú vékony lemezek

fejlesztésénél éppen úgy, mint a karosszéria formatervezőjének és konstruktőrének.

Tevékenység:

Tanulmányozza a 4. táblázatot! Gyűjtse ki és tanulja meg a nagyszilárdságú mélyhúzott finom

acélok típusait és jelölésüket!

A 4. táblázat foglalja össze az eddig szabványosított nagyszilárdságú finom acéllemez fajták.

Anyag Werkstoff Rp Rm A80

Nr . [N/mm2] [N/mm

2] % r

a

Δr

a r

max β

max

St 13 1.0333 < 230 270-370 >32 1,7 0.6 2.1 2.2

St 14 1.0338 < 210 270-350 >38 1.8 0,6 2,2 2,25

Mikroötvözött acél

ZSt E 260 1.0480 260-340 350-450 >24 1,1 0,1 1,3 2.1

ZSt E 380 1.0550 380-500 460-600 >18 1,1 0,1 1,3 2,0

ZSt E 420 1.0556 420-540 480-620 >16 1,1 0,1 1,3 2,0

IF 18 1.0338 <160 270- 350 >38 2,0 0,4 2,5 2,3

P (foszforral) mikroötv.

ZSt E 220 P 1.0397 220-280 340-420 >30 1,4 0,4 1,8 2,2

ZSt E 260 P 1.0417 260-320 380-460 >28 1,2 0,1 1,4 2,2

ZSt E 300 P 1.0448 300-360 420-500 >26 1,1 0,1 1,3 2,1

BH = Bake hardening +40 [N/mm2

] a lakkozás 1700

C/–on ,20 perc beégetés

ZSt E 180 BH 1.0395 180-240 300-380 >32 1,6 0,5 2.1 2,25

ZSt E 220 BH 1.0396 220-280 320-400 >30 1,4 0,4 2,0 2,2

ZSt E 260 BH 1.0400 260-320 360-440 >28 1,2 0,1 1,6 2,2

ZSt E 300 BH 1.0444 300-360 400-480 >26 1,1 0,1 1,4 2,1

DP (Kétfázisú- acél)

DP 500 230-250 500-520 >30 1,0 0,1 1,2 1,8

4. táblázat

Növelt szilárdságú acélok

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg a nagyszilárdságú mélyhúzott acélok típusait és előnyeit!

Tanulmányozza a 8. ábrát!

A nagyszilárdságú mélyhúzott acélokat feloszthatjuk;

foszfor P tartalmú acélok, szilicium és mangán tartalmú acélokra

kiválásosan keményített BH acélokra és két fázisú DP acélokra

A szakadási nyúlás (A80) értékeinek összhasonlítása rávilágít a nemesített (öregített)

vegyeskristályosan kiváló foszfor-tartalmú, ZSt E…P (SEW094) szerinti acélok előnyeire, a

ZSt E… (SEW093) gyorshűtéssel nemesített, mikroötvözöttekkel szemben;

- nő a képlékeny alakváltozási képessége,

- miközben az alakváltozással szembeni szilárdság növekedése nagyobb ( rmax

)

- ezáltal ütközéskor energia elnyelő képessége jóval intenzívebb, növelve a kocsi

aktív biztonságát.

Az IF vákumban széntelenített (dekarbinizált) mikroötvözött lemezben a titán és niób hatása

ad az alakítás szempontjából még kedvezőbb tulajdonságot.

A nagy különbség a „P” foszfor tartalmú és BH-effektust („sütve keményedő”) hatású acélok

között van. Ezt mutatja a 8. ábra.

8. ábra

Bake-hardening hatás.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja a BH jelölés és effektus jelentését, hatásait!

A BH acéloknál az alkatrészek végső szilárdságát a kész – alakított, lakkozott – 1700

C –on

történő 20 perc szárítási hőmérsékleten éri el. (Erre utal ezen acélok BH megnevezése.)

A 8 sz. ábrán egy sematikus feszültség- nyúlás diagram látható, melyen

- az 1-es számmal jelölt diagram a hidegen hengerelt –dresszirozott, határozott

folyáshatár nélküli szállítási állapotú lemez szakító diagramját mutatja

- a 2-es számmal ehhez viszonyítva a mikroötvözött és hőkezelés következtében a BH0

folyáshatár értékkel növekedett lemez szakító diagramja van jelölve.

- a WH a szilárdság növekedést érzékelteti adott képlékeny alakváltozás hatására

- végül a Bake-hardening –sütve keményedő- hatás miatt +BH2 keményedés

szuperponálódik (rakódik rá +40 [N/mm2

]) az előzetesen alakított lemez alakítási

szilárdság növekményére.

A felkeményedés mértékét az ötvözet összetételének és a gyártás feltételeinek kiválasztása

határozza meg. Így a BH-effektussal lehetővé válik, hogy alacsonyabb Rp folyáshatárral és

ezáltal a sajtoláskor jobb képlékeny alakíthatósággal dolgozzanak, miközben a pótlólagos

keményedés a lakkozáskor csak a kész karosszéria elemen valósul meg.

A Bake-hardening hatást fémtanilag öregedési folyamatként értelmezzük.

Mint ahogy a 8. ábra egyes köreiben vázlatosan jelezve van, a hagyományos hidegen

hengerelt - 1-es számmal jelölt- lemezben kevés – 0,1% alatti - szén atom van a vas-

kristályrácsban oldott állapotban, amely rácshibaként az acél deformációjának ellenállását

adja. Sajtolás során, az atom rácsok elcsúszásának száma tovább növekszik, és az atomrács

mindkét jellemzője – a diszlokációk és az oldott atomok – feszültségmezőket eredményeznek.

A kristályrács szerkezet azonban mindig a legkisebb energiájú állapot elérésére törekszik.

Ezért vándorolnak a lakkozási hő bevitel hatására az oldott szénatomok az alakítás

következményeként a vakanciák- és diszlokációk üres rácshelyeire, ahol ezek blokkolják a

krisztallitok további alakváltozást.

Ezt a folyamatot nevezzük „alakváltozási öregedésnek”. Ennek következménye a szilárdsági

növekedés a további felkeményedés.

A kész préselt alkatrészeknél így a hideg-keményedés (WH) addíciója és a Bake-hardening

(BH2 ) hatás következtében jelentősen növekszik az alakítási szilárdsága, javítja sajtolásnál a

„ráncosodásállóságot” és a „Crach”- viselkedést.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja a DP jelölés jelentését, a DP lemezek mikroötvözőit! Tanulja meg a DP

anyagok jellemző szövetszerkezetét!

Különösen erőteljes keményedést lehet már az alkatrész sajtolásánál elérni a kettős fázisú DP

mikroötvözött lemezeknél.( Mikroötvöző elemek; Al, Mo, Mn, P, Si, Ti, V, és Niób )

Ezeknek az acél lemezeknek a szövetszerkezetét ferrites alapmátrix jellemzi beágyazott

martenzit-szigetekkel. A szilárdsági tulajdonságok főként a martenzit mennyiségétől

függnek.

Az alakváltozás következtében történő intenzív felkeményedése, erőteljesebb hatást gyakorol

az anyag szakító szilárdságára mint a folyáshatárra. Ennek megfelelően a martenzit miatti

fokozottabb keményedés ellenére a képlékeny alakítás szempontjából kedvezőbb,

alacsonyabb folyási viszonyok érhetők el. A 8. ábrapéldaként a DP 500 -as duálfázisú acél

martenzit tartalom hatását mutatja a szilárdsági tulajdonságaira.

9. ábra

Martenzit tartalom hatása a kétfázisú acélok szilárdsági tulajdonságaira.

Az oldott szénatom tartalma következtében a kétfázisú acéloknál is elérhető a Bake-

hardening.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja a TRIP jelölés jelentését, jellemző szövetszerkezetét!

Külön kiemelést érdemel az un TRIP (Transfomation Induced Plasticity) - acél , mely

szövetszerkezetében Maradék –rest-ausztenit van a ferrit és bainit mellett. Lásd 9. ábra.

10. ábra

TRIP acél sematikus szövetszerkezeti képe.

Míg a duálfázisú acélok esetében a martenzit képződés már a - speciális – Conti-hőkezelő

kemencében a lehűtésnél lezajlik, addig a TRIP- acél esetében a Conti-hőkezelőben a

szövetszerkezetben beállított mennyiségű ausztenit marad , amely átalakulása martenzitté

csak a sajtolásnál-, a lemez szobahőmérsékletén végzett képlékeny alakításánál történik meg.

Ezért nagyon jó alakíthatósági tulajdonságot eredményez.

Tevékenység:

Tanulja meg a Conti-kemencés technológia jellemzőit!

A hagyományos harangkemencés hőkezelő kemencékhez képest a Conti –kemencében történő

új hőkezelési technológia, elsősorban az igen intenzív hűtési sebesség (> 10000

C/s) vízben

történő gyorshűtésével éri el, hogy a szövetben restausztenit maradjon.

Tevékenység:

Tanulmányozza a 11. ábrát! Hasonlítsa össze a különféle anyagok szilárdsági és

alakíthatósági tulajdonságait!

A felhasznált új karosszéria lemezanyagok minőségét foglalja össze a 11. ábra.

11. ábra

Lemezek szilárdsági és alakíthatósági tulajdonságai

Forrás. AHSS Guidlies V23

Tevékenység:

Tanulmányozza a 12. és 13. ábrát! Keresse ki, hogy a különféle lemezanyagok hova kerülnek

beépítésre! Indokolja a beépítést!

Az American Iron and Steel Institute bemutatása alapján agy mai személygépkocsi acél

karosszéria építéséhez felhasznált lemezminőségek; 74% DP, 10% BH, 4%Mart., 4% IF .

12. ábra

Amerikai személygépkocsi karosszéria építéséhez használt lemezminőségek

Forrás: autofildguide.com

Egy másik példa az új Opel Astránál megvalósult új karosszéria megoldást mutatja a 13. sz.

ábrán, mely korszerű tiszta acél alváz kialakítására egy megoldás.

13. ábra

Az új Astra súlyát az előző Aszta H karosszériához viszonyítva 10%-al csökkentették, melyet

új PHS ( 4%), (sajtolással keményedő) növelt szilárdságú acél – ábrán lila színnel jelölt -

karosszéria elemekhez használtak fel. A DP dualfázisú – ábrán kék színnel jelölt - lemezek

arányát 8%-ról 17%-ra növelték és a BH –ábrán fehér színnel jelölt - lemezek arányát 41%-

ról 43%-ra. Így a felhasznált St karosszéria lemezek aránya 49%-ról 39%-ra csökkent, a

felhasznált 2% alumínium lemez arányt továbbra is megtartva.

A 10%-os súly csökkenés ellenére a karosszéria erősebb lett, a Astra H karosszériához

viszonyítva a torzió +7%-al, a hajlás +16%-al nőtt.

(A karosszéria frontjának szerkezeti kialakításánál figyelembe vették a GM más típusaihoz

való felhasználás alkalmassá tételét; így felhasználható a Chevrolet Cruze, Cadillac BLS és

Saab 9-3 típusok motortartó szerkezeti alvázaként is, ezzel növelve a gyártókapacitás

hatékonyabb kihasználását!)

Tevékenység:

Tanulja meg a nagyszilárdságú karosszérialemezek javítástechnológiájának a nehézségeit!

Fontos megjegyezni, hogy ezen nagyszilárdságú lemezekből készült karosszériák esetén

fennáll annak veszélye, hogy nagyobb hő bevitel esetén – lángvágás-, hegesztés - elveszítik a

festést követően kialakult szilárdságukat. Ezért a karosszéria javításánál szigorúan be kell

tartani a gyártónak a karosszéria-javítási technológia utasításában előírtakat, lehetőleg

főcserés megoldást alkalmazva!

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg a rozsdamentes acélok jellemző tulajdonságait, alkalmazási

területeit!

2.4. Rozsdamentes acélok

Nemes acéloknak is szokták nevezni, mivel ezen lemezeket korábban elsősorban az

élelmiszer ipar, a gyógyászat és az atomipar használt. A járműiparban elsődlegesen a azokba

az országokba ahol nagyon szigorú a kipufogó gáz előírás, ott a kipufogó köpeny

lemezanyagaként, valamint az üzemanyag tank tartályánál, mivel a nemesacél

diffúziómentesen zár.

Néhány nemesacél szilárdsági és képlékegységi adatát foglalja össze az 5. sz táblázat.

Anyag Werkstoff Rp Rm A80

Nr . [N/mm2] [N/mm

2] % r

a

Δr

a r

max β

max

Ferrites Kromacél

X6Cr17 1.4016 > 270 450-600 >18 1,0 - 0,18 1.2 2.1

X6CrMo171 1.4113 > 320 480-630 >18 1,4 0,3 2,0 2,21

X6CrNb 17 1.4511 > 260 450-600 >18 1,45 - 0,22 1,6 2,14

X6CrTi12 1.4512 > 210 390-560 >17 1,5 - 0,36 1,8 2,14

Ausztenites CrNi acél

X5CrNi 1810 1.4301 > 220 550-750 >35 1,0 0,3 - 2.08

X5CrNi 1812 1.4303 > 200 500-650 >35 1,1 0,4 - 2,06

X12CrNi177 1.4310 > 260 600-950 >35 1,0 0,3 - 2,5

5. sz. táblázat Nemesacélok

Ma már a prémium autó karosszéria gyártásban is egyre szélesebb területen alkalmazzák; a

korrózió állóság, magas szilárdság és jó alakíthatóság miatt.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg az alumínium ötvözetek jellemző tulajdonságait (előnyeit,

hátrányait), jelölésüket!

2.5. Alumínium anyagok

Az alumínium magas szilárdsági ötvözetei elérik-, sok esetben felülmúlhatják még az acél

szilárdsági értékeit is. Hátránya a viszonylag csekély szakadási nyúlás ( A80 ), másrészt az

acélnál magasabb ár.

A 6- os számú táblázat foglalja össze az alumínium anyagok választékát.

Anyag Rp [N/mm2] Rm [N/mm

2] A80 % Megjegyzés

AlMg Si 1 (k) 98 - 196 196 – 255 4 - 20

AlMg Si 1 (w) 255 – 324 314 – 363 8 – 16 Nemesíthető

AlZnMg 3 (w) 343 – 471 431 – 510 8 – 12 Nemesíthető

AlCu4Mg2 (k) 274 – 392 431 – 490 12 – 19

AlMn (w) 39 - 78 98 – 137 30 – 35

AlMn (H) 127 – 206 157 – 245 3 - 7 Nem nemesíthető

AlMg 1 (W) 39 - 78 98 – 147 18 – 32

AlMg 1 (H) 137 – 235 157 – 255 3 – 10

(W) = lágyított, (H) = kemény, (k) = hidegen keményített, (w) = lágyítottan keményített

6-os sz. táblázat.

Aluminium ötvözetek tulajdonságai

Forrás DIN 1725

Az alumínium lemezek lehetnek melegen és hidegen hengereltek. Az autógyártásban főleg a

hidegen hengerelt lemezeket használják 0,35 – 5 mm-es vastagságban.

Rudakat, profilokat alu ötvözetből – az acélokkal ellentétben – nem hengerelik, hanem

extrudálják.

Tevékenység:

Tanulja meg az alumínium karosszériaelemek hatását a járművek súlycsökkentésében!

Az alumínium elméletileg 1/3-a az acél fajsúlyának. A gyakorlatban azonban, az alumínium

karosszéria elemek súlycsökkenése csak mintegy 40% , mert az alkalmazott lemez vastagabb

mint acél alkalmazása esetén volna.

Tevékenység:

Tanulja meg az alumínium karosszéria konstrukciók jellemző típusait!

A Karosszéria konstrukciókban különböző felfogásokat lehet megkülönböztetni;

A karosszéria alumínium lemezből épül fel, az acél karosszériához hasonlóan

A Space-Frame technológiánál a teherhordó keretet elválasztják a burkolattól. A keret

extrudált profilból áll, amely össze van kötve a csomópontokban preciziósan öntött elemekkel

melyet burkolnak alumínium lemezekkel. Lásd. 14. ábra.

Tevékenység:

Tanulmányozza a 14. ábrát! Keresse ki az alumínium és az acél alkalmazási területeit!

Gyűjtse ki és tanulja meg a könnyűszerkezetű karosszériák új kötési eljárásait!

A 14. ábra az AUDI TT, R8 sportkocsi alumínium és könnyűfém karosszériáját mutatja.

14. ábra

A felhasznált alumínium elő-gyártmány arányát jól mutatja a kördiagram.

A könnyűszerkezetes karosszéria építés a jövő járműprojektjeinek központi kompetenciája.

Az ilyen új könnyűfém szerkezetű karosszériák összeállításánál külön érdemes kitérni az

elemek kötésének új technológiai megoldásaira mint pl.; ragasztás, lemezek képlékeny

alakítással történő egyesítése, peremezés stb. (Az egy-egy karosszériához felhasznált

ragasztott kötés hossza elérheti a 100 m-t is.)

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg az alumínium előnyeit és hátrányait a karosszéria gyártásánál!

Az alumínium előnye a karosszéria gyártásnál;

az alumínium fajsúlya körülbelül 1/3 a az acélnak

különösen nagy az energia felvevő képessége és ezért különösen kedvező a kocsi

ütköző zónájában való felhasználása.

az alumínium a levegő oxigénjével vékony oxid réteget képez, ami ujra és újra

megújul és véd az anyag további korróziójától.

az alumínium ötvözet recycling – könnyen újrafelhasználható- és feldolgozható

az alumínium és ötvözetei jól alakíthatók.

Az alumínium hátránya:

az alumínium fém ára lényegesen magasabb mint az acélé.

nem lehet pont ellenállás hegesztéssel kötni.

elektrokémiai korrózió tönkreteheti az anyagot, ez elleni védelem szükséges, ami a

karosszéria javítástechnológiáját is megdrágítja

ezért különleges ragasztásos eljárást kellett kidolgozni a javított új elemek kötésénél.

Az alumínium karosszéria anyag jelentősége a magas szilárdsága-, könnyűsége-, korrózió

ellenállása-, és jó alakíthatósága miatt az utóbbi években jelentősen megnőtt.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg az 5xxx és 6xxx alumínium ötvözetek összetételét, jellemzőit!

Tanulmányozza a 15. ábrát! Hasonlítsa össze az 5xxx és 6xxx alumínium ötvözetek és a

különféle acélötvözetek jellemző tulajdonságait!

Az alumínium ötvözeteket az előállítási eljárásuktól függően két fő csoportba lehet osztani:

Képlékenyen alakítható ötvözetek és öntött ötvözetek. E két fő csoporton belül különbséget

teszünk a hőkezeléssel keményített és a természetesen kemény ötvözetek között.

A lemezötvözeteknél a karosszériákhoz felhasznált lemezek mindenek előtt az 5xxx (Al-Mg )

bázis alapú nem kikeményített és a 6xxx (Al-Mg-Si) kikeményített ötvözeteket alkalmazzák.

Lásd .

15. ábra

Az 5xxx és 6xxx alumínium ötvözetek szilárdsági és alakíthatósági jellemzői az acél

lemezekkel összehasonlítva.

Az 5xxx ötvözet csoport természetes keménysége az alakítás során – annak mértékében –

keményedik tovább, amit azonban tovább nem lehet hőkezeléssel emelni.

Az ötvözetek a 6xxx csoportnál másként viselkednek, mivel ezek megfelelően hőkezelve érik

el szilárdságukat. További előnye a 6xxx ötvözeteknek, hogy alakítás során nincs hajlamuk a

lüders vonalak kialakulására. Európában a AA6016 vagy AA618-as ötvözeteket alkalmazzák

leggyakrabban.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg a magnézium jellemző tulajdonságait!

2.6. Magnézium anyagok

A magnézium fajsúlya még kisebb p = 1,8 g/cm3

, így az alumínium lemezként még további

30 % -ot lehet súlycsökkenésként elérni. A föld mintegy 2.7- a tengerek 0,13% ebből a

könnyűfémből áll, ami ennek az anyagnak s rendelkezésre állását több száz évre biztosítaná.

Tulajdonságát illetően kiemelendő intenzív felkeményedő (n) képessége, merevsége az

acélhoz hasonlítva. Lásd 16. ábra.

Tevékenység:

Tanulmányozza a 16. ábrát! Tanulja meg a magnézium alakíthatósági jellemzőit és ezek

okait! Keresse ki a Mg jellemző adatait, hasonlítsa össze a Mg és az acélötvözetek jellemző

tulajdonságait!

16. ábra

A magnézium anyag szilárdsági és alakíthatósági jellemzői

A magnéziumot hideg állapotban - hexagonális rácsszerkezete miatt - nagyon nehéz alakítani,

jelentős törés /pikkelyesedési/ hajlamot mutat. Lásd. 17. ábra

17. ábra

Emiatt a magnézium lemezek alakítása 350-400 ºC –on célszerű.

Ezért főleg meleg sajtolással-, alakítással munkálják meg. A magnézium öntvény ötvözeteket

pedig vákuumos nyomásos öntéssel állítják elő. Ez csekély falvastagságú öntvény előállítását

teszi lehetővé.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg a nyomásos öntéssel magnéziumból előállított alkatrészeket!

Alkalmazása a prémium kocsiknál főleg nyomásos öntéssel előállított sebesség váltó ház, pl.

ajtóba belső merevítő tartó-, karosszéria belső részekként pl. műszer fal tartó stb.

A magnézium korrózió hajlama nagy, ennek megfelelő kezelés drágasága miatt szélesebb

alkalmazása csak prémium kategóriában korlátozottan várható.

A magnézium AZ 31 típusú lemezanyaggal Drezdában bemutatásra került egy tanulmány

ajtó, amely komplett technológia fejlesztési projektként a gyártás minden lépését végig

elemezte az alakítástól a szerelésen át a festésig kitérve az anyag újrahasznosíthatóságáig.

A magnézium felhasználás új irányát mutatja a fajlagos súlycsökkentés további

lehetőségeként a magnézium AZ 31 típusú lemezanyag komplett ajtó előállítására a 18. ábra.

18. ábra.

Magnézium AZ 31 típusú lemezanyag komplett ajtó

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Jegyezze meg a legfontosabb feltalálók nevét és a

találmányok megjelenésének időpontját!

Bevezetés

A makromolekuláris anyagok (polimerek) az élettel egyidősek a földön. Nélkülük ki sem

alakulhatott volna, hiszen a DNS és az RNS is makromolekula. Az ember ősidőktől fogva

használja a polimereket ruhák, sátrak, fegyverek készítésére. A történelmi háttér ellenére a

valódi műanyagipar kialakulása a XIX. századra tehető, amikor a természetes polimerek

átalakításában jelentős eredményeket sikerült elérni.

Thomas Hancock

Thomas Hancock az 1820-as években felfedezte, hogy a természetes kaucsuk gyúrásával

(masztikálás) az anyag képlékenyebb lesz, és így a különböző adalékok könnyebben

bekeverhetők. Ezt követően Charles Goodyear vette észre 1839-ben (és szabadalmaztatta is),

hogy a természetes kaucsuk rugalmassága jelentősen javítható kénnel történő reakcióval.

Charles Goodyear

A folyamatot Hancock keresztelte el vulkanizációnak. Néhány évvel később Nelson

Goodyear nagy mennyiségű kénnel előállította a keménygumit (ebonit), amelyet fogpótlásra,

gombkészítésre stb. használtak.

A másik természetes polimer, amely nagy szerepet játszott a műanyagipar kialakulásában,

a cellulóz volt. A lőgyapot (cellulóz-nitrát) kifejlesztése (1846) után néhány évvel felfedezték,

hogy ez az anyag hő és nyomás együttes alkalmazásával formába préselhető. Ezt az eljárást

tekinthetjük a manapság alkalmazott fröccsöntés ősének. 1870-ben a Hyatt testvérek

felfedezték, hogy a cellulóz-nitrát kámforral összekeverve lágy anyagot ad, amelyet

celluloidnak neveztek el.

John Wesley Hyatt

Ez az anyag igen széles körben került felhasználásra, gondoljunk csak a jól ismert

celluloidfilmekre vagy a lakkokra. A cellulózból kiindulva állították elő a viszkózselymet és a

cellofánfóliát is.

Ezek az anyagok természetes polimerek átalakításával készültek. Az első, teljes egészében

szintetikus úton előállított polimert Leo Baekeland készítette fenolból és formaldehidből.

Leo Baekeland

Az ipari termelés 1910-ben indult meg, és még napjainkban is fontos szerepet játszik a

fenol-aldehid gyanta (bakelit) a fékanyaggyártásban. Az első szintetikus gumit

Németországban fejlesztették ki az első világháború alatt, 2,3-dimetil-butadiénből kiindulva.

A kutatás fejlődésével egyre több polimer került kereskedelmi forgalomba. Ezek legtöbbje

ma is elterjedten használt anyag, mint például polisztirol, polietilén, poliamid-6,6, poli(vinil-

klorid), butadién-sztirol kaucsuk, poli(tetrafluor-etilén) stb. Az 50-es évek nagy felfedezése a

sztereospecifikus polimerizáció volt, amivel szabályos térszerkezetű polimereket lehet

előállítani. Ezekkel a speciális katalizátorokkal állította elő Ziegler 1953-ban a kisnyomású

polietilént, majd Natta 1954-ben a polipropilént.

Karl Ziegler Giulio Natta

Az 50-es évek közepétől a figyelem egyre inkább az egyedi tulajdonságokkal rendelkező

anyagok irányába fordult. Ezeket összefoglalóan műszaki műanyagoknak nevezzük. Ezeket a

polimereket viszonylag kis volumenben állítják elő és használják fel, de nélkülük

elképzelhetetlen lenne a mikroelektronika, a nagy sebességű repülés, az űrkutatás, hogy csak a

békés felhasználásokat említsük.

Napjainkban a kutatás a speciális tulajdonságokkal rendelkező polimerek előállítása

irányába fordult. Ide tartoznak például a fényérzékeny, piezo- és piroelektromos

tulajdonságokkal rendelkező polimerek. Meg kell említeni a nemlineáris optikai és a

ferroelektromos tulajdonsággal rendelkező anyagokat, valamint kiterjedt és intenzív kutatás

folyik a biológiailag szintetizálható és lebontható polimerek előállítására is.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és jegyezze meg a kiemelt fogalmakat!

Definíciók

Szigorúan véve a polimer egy olyan anyag, amely ismétlődő egységekből álló

makromolekulák halmaza. Gyakorlatban a makromolekula és a polimer kifejezést

szinonimaként használjuk, de legyünk tudatában annak, hogy a makromolekula kifejezés

általánosabb fogalom. A polimereket monomerekből állítjuk elő. A képződési reakciót

polimerizációnak nevezzük. Például etilén monomer polimerizációjával állítjuk elő a

polietilént.

Műanyag – több komponensből álló szerves szintetikus anyag, amelynek legalább egyik

összetevője polimer. Ezek az anyagok alkalmazásukkor szilárd halmazállapotúak, de

előállításuk vagy feldolgozásuk során folynak. A műanyagok a szintetikus szerves polimeren

kívül különböző adalékanyagokat is tartalmaznak. Ezek egyrészt a feldolgozást, másrészt az

alkalmazást segítik. Ilyen anyag például a stabilizátor, a színezék, a töltő- és az erősítőanyag

stb.

Természetesen a fenti definíciók nem minden esetben találkoznak a köznapi használattal.

A gumik, lakkok, festékek, ragasztók, a szálasanyagok alapanyagai határterületen vannak.

Annak ellenére, hogy ezek többsége megfelel a fenti definíciónak, nem szoktuk őket

műanyagnak nevezni.

Az eddigiekben hallgatólagosan feltételeztük, hogy a monomerek szigorúan egymás után

kapcsolódva építik fel a makromolekulát, azaz két véggel rendelkező lineáris molekulát

kapunk. Ez elég sokszor igaz is, azonban sok reakcióban nemlineáris molekulaszerkezet

alakul ki. Az 1.1. ábra néhány gyakoribb molekulaszerkezetet mutat be.

Tevékenység:

Tanulmányozza/rajzolja le az ábrákat! Tanulja meg a lineáris, elágazott és a térhálós szerkezet

jellemzőit!

1.1. ábra.

Makromolekulák alakja

A molekulaszerkezeti különbségek a tulajdonságokban is megjelennek. A polietilén az

előállítási reakciótól függően lehet lineáris (HDPE) vagy elágazott (LDPE) szerkezetű. A

HDPE olvadáspontja közel 20 °C-kal magasabb, és jobbak a mechanikai tulajdonságai is. A

térhálós szerkezet azt jelenti, hogy a láncok mindegyike kapcsolódik a többihez

háromdimenziós hálót alakítva. Ez nem jelent mást, mint azt, hogy a polimer egyetlen

makromolekulából áll. Ezek az anyagok nem kristályosak, nem oldhatók és nem is

ömleszthetők meg.

Tevékenység:

Gyűjtse ki és tanulja meg a hőhatással szembeni viselkedés alapján a polimerek

csoportosítását és jellemzőiket!

A hőhatással szembeni viselkedés alapján két alapvető csoportot különböztetünk meg:

hőre lágyuló és hőre keményedő polimerek. A hőre lágyuló anyagok lineáris vagy elágazott

szerkezetűek, míg a hőre keményedők legtöbbször térhálósak.

A makromolekula kémiai szerkezete alapján két alapvetően fontos típust

különböztethetünk meg: homopolimerek és kopolimerek. Homopolimernek azokat az

anyagokat tekintjük, amelyek egyféle ismétlődési egységgel leírhatók. Az ismétlődési egység

egy- vagy többféle monomerből épülhet fel. Kopolimerek azok az anyagok, amelyek két-

vagy többféle ismétlődési egységből állnak. A kopolimereknek több altípusát különböztetjük

meg az ismétlődési egységek elrendeződése alapján: random, blokk, ág (ojtott), alternáló.

Tevékenység:

Tanulmányozza az ábrát! Jegyezze meg a különböző kopolimer típusokat jellemzőit!

A random és az alternáló kopolimerek tulajdonságai általában a megfelelő homopolimerek

tulajdonságai közé esnek. Ennek megfelelően a kopolimer összetételével a polimerek

megfelelő tulajdonságai a kívánt értékre beállíthatók. Ezt az esetek túlnyomó többségében

nem érhetjük el a megfelelő homopolimerek összekeverésével, mivel a polimerek általában

nem elegyednek egymással. A blokk és az ojtott kopolimerek általában az alkotó

homopolimerek jellemző tulajdonságait mutatják. Emellett azonban néhány speciális jellemző

is megjelenik, ami annak tulajdonítható, hogy a homopolimerek kémiai kötéssel kapcsolódnak

egymáshoz és nem tudnak teljesen függetlenül viselkedni.

1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 1 2 2 2

Tevékenység:

Gyűjtse ki és jegyezze meg a polimerek elnevezésének a módszereit!

Polimerek elnevezése

A polimerek elnevezésében kétféle módszer honosodott meg: triviális és szisztematikus

(IUPAC). Mindkét elnevezésben fontos szerepe van az ismétlődési egységnek, amellyel a

polimerek kémiai szerkezetét felírhatjuk. Az ismétlődési egység összegképletileg azonos lehet

a monomerével, szerkezetileg azonban semmiképpen sem. Például a polietilénben az

ismétlődési egység a metiléncsoport (-CH2-), míg a monomer az etilén (CH2=CH2).

A triviális nevek a monomerből vagy az ismétlődési egységből indulnak ki a poli- előtag

hozzátételével. Ha a monomer neve összetett, akkor zárójelet kell használni.

Kopolimerek elnevezésénél megadjuk a kopolimer típusát is. Például az etilén

propilén blokk kopolimer elnevezése polietilén-blokk-polipropilén. Összetett neveknél

magasabb rendű zárójelek is szükségesek lehetnek. Például a sztirol akril-nitril kopolimer

neve: poli[sztirol-ko-(akril-nitril)].

Az utóbbi időben egyre szélesebb körben terjed el a polimerek rövidített nevének

használata. Ezek a betűszavak általában a triviális névből származnak. Az 1.1. táblázat néhány

elterjedten használt triviális nevet és szisztematikus nevet foglal össze. A táblázatban

megadjuk a szokásos rövidítéseket is.

Tevékenység:

Tanulmányozza az 1.1. táblázatot! Jegyezze meg a rövidítéseket és jelentésüket! Keressen az

interneten és saját tárgyai között műanyag rövidítéseket! Határozza meg a rövidítés alapján a

rövidítések jelentését!

Rövidítés Triviális név Szisztematikus név

PE polietilén polimetilén

PP polipropilén poli(1-metil-etilén)

PS polisztirol poli(1-fenil-etilén)

PAN poli(akril-nitril) poli(1-ciano-etilén)

PVC poli(vinil-klorid) poli(1-klór-etilén)

PTFE poli(tetrafluor-etilén) poli(difluor-metilén)

PMMA poli(metil-metakrilát) poli[1-(metoxikarbonil)-1-metil-etilén]

POM poliformaldehid poli(oxi-metilén)

1.1. táblázat.

Polimerek triviális és szisztematikus neve

Tevékenység:

Gyűjtse ki és jegyezze meg a polimerizációs reakciók csoportosításának módszerét, jellemző

tulajdonságaikat!

Polimerizációs reakciók csoportosítása

A polimerek képződésének alapvető követelménye, hogy a monomerek képesek legyenek

kémiai reakcióra legalább két másik molekulával. A reakció sokféleképpen mehet végbe.

Polikondenzációnak azokat a reakciókat nevezték, amelyekben a reakció során kis

molekulatömegű melléktermék (víz, hidrogén-klorid) keletkezik. Ilyen reakció a poliészter

előállítása diol és disav reakciójával.

Abban az esetben, ha nem keletkezik melléktermék, akkor poliaddíciós reakcióról

beszéltek. Ilyen reakció az etilén polimerizációja.

Ez a besorolás azonban nem pontos, mivel számos poliaddíciós reakció jellemzője

megegyezik a polikondenzációéval és viszont. Sokkal jobb csoportosítást kapunk, ha a

polimerizáció mechanizmusát vesszük alapul.

Azokat a polimerizációkat, amelyekben a polimerlánc lépésről lépésre, bármely két

molekula reakciójával jön létre, lépcsős polimerizációnak nevezzük.

Azokat a reakciókat, amelyekben a monomer reagál a növekvő reaktív láncvéggel,

addíciós vagy láncpolimerizációnak hívjuk.

A lépcsős polimerizációban minden jelen lévő molekula képes az egymással való

reakcióra, és a monomer nagyon gyorsan elfogy a rendszerből. Elvileg az első reakciólépés

után már nem található monomer a reakcióelegyben. A gyakorlatban természetesen ez nem

igaz, de a gyors fogyásra jellemző, hogy a tizedik reakciólépés után 1%-nál sokkal kevesebb

marad reagálatlanul a monomerből. Láncpolimerizációban a reakcióelegyben monomer és

növekvő lánc található, azaz viszonylag kis monomerfogyás mellett is nagy konverzió

(átalakulás) érhető el. A láncvég nagyon reaktív és gyakorlatilag csak kész polimer és

monomer van jelen a rendszerben. A fenti reakciók mellett számos speciális polimerizációs

reakció is létezik, amelyeket nem mindig lehet besorolni a fenti csoportok valamelyikébe.

2.1. Tömeg műanyagok

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Gyűjtse ki a polietilén előállításának a történetét!

Polietilén (PE)

A polietilén talán a legjobban ismert és legnagyobb volumenben előállított polimer, amely fő láncában

metiléncsoportot tartalmaz. Az előállítástól függően több típusát ismerjük és alkalmazzuk: nagy-, közép-,

kisnyomású polietilén. A gyakorlatban elsősorban a tulajdonságok alapján csoportosítjuk a polietiléneket.

Ez alapján megkülönböztetünk kis-, közepes, nagysűrűségű, lineáris, térhálós stb. polietiléneket.

Az első polietilént Fawcett és Gibson (ICI Ltd) állította elő 1933-ban etilén és benzaldehid

nagynyomású reakciójával. Az így előállított anyag a kissűrűségű polietilén (LDPE). Az ipari termelés

1939-ben indult meg és 1955-ig csak nagynyomású technológiával állították elő. A Ziegler-katalízis

felfedezését (1953) követően a kisnyomású ipari előállítás 1955-ben indult meg (Hoechst AG). Ezzel a

módszerrel nagysűrűségű polietilén (HDPE) készül. Amerikában 1957-ben a Phillips-, 1961-ben pedig a

Standard Oil-technológiával indult meg a termelés. 1968-ban a Union Carbide üzemeiben kisnyomású,

gázfázisú polimerizációval kezdték előállítani a HDPE-t. 1977-ben szintén a Union Carbide fejlesztése

nyomán megindították a kisnyomású technológiával gyártott kissűrűségű polietilén gyártását – lineáris

kissűrűségű polietilén (LLDPE). Az LDPE és LLDPE összmennyiségének kb. 70%-át fóliagyártásra, míg

a HDPE kb. 75%-át fröccsöntésre és üreges test gyártására használják fel.

Előállítás

Tevékenység: Jegyezze meg a reakciót! Gyűjtse ki a polietilén gyártási eljárásait, jellemzőit, alkalmazási területeit!

Jegyezze meg a kis és nagysűrűségű polietilén jelölését!

CH2 CH2 CH2 CH2

Kissűrűségű polietilén (LDPE)

Az LDPE gyártását nagynyomású technológiával végezzük. Az iparilag alkalmazott nyomás 150-350

MPa, a hőmérséklet 80-300 °C.

Nagysűrűségű polietilén (HDPE)

A nagysűrűségű polietilént kisnyomású technológiával állítjuk elő különböző katalizátorok

alkalmazásával. A gyártási technológiák alapvetően a katalizátorban különböznek.

A Ziegler-eljárással 0,2–0,4 MPa nyomáson 50–75 °C-os hőmérsékleten képződik HDPE.

A Ziegler-eljárás módosításával ultra nagy molekulatömegű polietilén (UHMWPE) is előállítható.

Ebben az esetben a végterméket nem granuláljuk (az extrudálás csökkenti a molekulatömeget). A

keletkezett polimer molekulatömege nagyobb, mint 3 millió.

A Phillips-technológia közepes nyomású (3–4 MPa), 90–160 °C hőmérsékletű eljárás. Katalizátorként

króm-trioxidot használnak. Az alkalmazott hőmérséklettől függően homogén (120–160 °C) vagy

kicsapásos (90–100 °C) oldatpolimerizáció játszódik le. A keletkezett polimer szabályos szerkezetű, alig

tartalmaz elágazásokat (3 metilcsoport 1000 szénatomonként). A technológia folyamatábrája közel

azonos a Ziegler-eljáráséval.

A Union Carbide-technológia gázfázisú polimerizáció, amelyet 0,7–2 MPa nyomáson, 100 °C-on

végeznek metallocén katalizátorral (króm-diciklopentadién). A reakció fluidizált katalizátoron megy

végbe, és a reaktor fenékterméke a katalizátort tartalmazó HDPE.

Lineáris kissűrűségű polietilén (LLDPE)

Az LLDPE etilén és 1-butén, 1-hexén vagy 1-oktén (α-olefin) kopolimerje. Oldat- vagy gázfázisú

polimerizációt használnak. Az oldatpolimerizációt 2,5–10 MPa nyomáson, 25–300 °C-on végezzük

szénhidrogénes közegben. A gázfázisú technológia gyakorlatilag megegyezik a Union Carbide

módszerével. A komonomer mennyisége 5-12%. Nagyobb komonomer mennyiséggel ún. nagyon kis

sűrűségű polietilén képződik (VLDPE, =0,89-0,915 g/cm3).

A polietilének tulajdonságai

A különböző szerkezetű polietilének más és más tulajdonságokkal rendelkeznek. Az eltérések alapvető

oka a molekuláris szerkezetben keresendő. Az elágazások gátolják a makromolekulák szoros, hosszú távú

rendezettségének kialakulását. Ebből következik, hogy a kristályossági fok és természetesen az ezzel

összefüggő tulajdonságok (olvadáspont, sűrűség, gázáteresztő képesség stb.) eltérőek. Néhány jellegzetes

tulajdonságot a 2.1 táblázatban foglaltunk össze.

Tevékenység: Tanulmányozza a táblázatot! Hasonlítsa össze a különféle polietilének tulajdonságait! Jegyezze meg a

polietilének főbb kémiai jellemzőit! Keressen az interneten és környezetében polietilénből készült

tárgyakat!

Tulajdonság LDPE HDPE LLDPE

Sűrűség (g/cm3) 0,92 0,96 0,94

Olvadáspont (°C) 108 133 123

Szakítószilárdság (MPa) 10 28 10

Szakadási nyúlás (%) 450 500 700

Keménység (Shore D) 45 65 55

2.1. táblázat. Polietilének jellemző tulajdonságai.

A polietilének kémiailag nagy molekulatömegű paraffinok; savaknak, lúgoknak és alacsony

hőmérsékleten szerves oldószereknek ellenállnak. Magasabb hőmérsékleten (> 80 °C) szénhidrogénekben

feloldhatók. Felületaktív anyagok feszültségkorróziót okoznak. Erős oxidálószerek (koncentrált

salétromsav, tömény hidrogén-peroxid stb.) oxidálják. Hasonlóképpen oxidálódnak a levegő oxigénjének

hatására. A folyamatot UV-fény vagy magasabb hőmérséklet gyorsítja. A reakció peroxidképződés,

amely a lánc hibahelyein keletkezett szabad gyök és a levegő oxigénje között játszódik le. A peroxidok

bomlását a változó vegyértékű fémek elősegítik (redox iniciálás). Ezért fontos, hogy a katalizátorokat

minél jobban eltávolítsuk a polimerből.

A degradáció során tehát a molekulatömeg egyrészt csökkenhet, másrészt növekedhet is

(makrogyökök rekombinációja). A reakció kezdeti szakaszában a tulajdonságok romlanak

(lánctördelődés), majd egyre ridegebbé, oldhatatlanná válik a polimer (térhálósodás). A térhálósodási

reakciót kiválthatjuk akaratlagosan is – térhálós polietilén (XPE). A reakciót röntgen-, γ-sugárzás,

gyorsított elektronokkal vagy peroxidok alkalmazásával váltják ki. Az XPE jobb hőállósággal

rendelkezik, és mechanikai tulajdonságait magasabb hőmérsékleten is megtartja.

A következő felvételek néhány tipikus (polietilén) alkalmazást mutatnak be:

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Gyűjtse ki a polipropilén előállításának a történetét!

Polipropilén (PP)

A polipropilént először Natta állította elő 1954-ben speciális katalizátor alkalmazásával. A

kereskedelmi termék 1957-ben jelent meg (Montecatini), és azóta az egyik legfontosabb műanyaggá vált.

Az izotaktikus polipropilént (iPP) a csomagolástechnikában, szálgyártásban, műszaki cikkek

előállításában használjuk.

Tevékenység:

Jegyezze meg a reakciót! Gyűjtse ki/tanulja meg a polipropilén jellemzőit, alkalmazási területeit!

A polipropilén előállítása

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

A polipropilén tulajdonságai

A polipropilén tulajdonságai hasonlók a nagysűrűségű polietilénéhez. Magasabb az olvadáspontja, és

ennek megfelelően magasabb a hőalaktartóság (HDT) hőmérséklete is. Ütésállósága, különösen alacsony

hőmérsékleten rosszabb, mint a polietiléné. A harmadrendű szénatomok miatt az iPP oxidációra érzékeny,

ezért antioxidáns adalékokat kell használni. Ellentétben a polietilénnel a bomlási folyamat elsősorban

lánctördelődés, nem pedig térhálósodás. Szénhidrogénekben és halogénezett oldószerekben csak

magasabb hőmérsékleten (80 °C felett) oldódik.

Tulajdonság iPP

Sűrűség (g/cm3) 0,9

Olvadáspont (°C) 172

Szakítószilárdság (MPa) 28

Szakadási nyúlás (%) 200

Keménység (Shore D) 75

2.2. táblázat. Az iPP jellemző tulajdonságai.

Propilén kopolimerek

Két alapvető fajtája van a propilén kopolimereknek: blokk és random.

A kis etiléntartalmú random kopolimerek olvadáspontja és üvegesedési hőmérséklete alacsonyabb,

mint a homopolimeré. A kristályossági fok kisebb, és ezért átlátszó termékek is készíthetők belőle.

Nagyobb etiléntartalmú kopolimerek gumiszerű anyagok (EPR), amelyeket oldható Ziegler-

katalizátorokkal készítenek. A termék amorf szerkezetű. A térhálósítást peroxidokkal végezzük. Fontos

propilén kopolimer az EPDM, amelyben az etilén mellett egy harmadik, nem konjugált kettős kötést

tartalmazó komonomert is használunk a reakcióban (terpolimer).

Ezek a terpolimerek (EPDM) hagyományos módszerrel (kén) térhálósíthatók. Mind az EPR, mind

pedig az EPDM nagyon jó időjárás-állósággal rendelkezik, azonban a tapadóképessége nagyon gyenge.

Elsősorban a gépjárműiparban használják (pl. ablaktörlő gumi). Az EPR és iPP keverékei termoplasztikus

elasztomerek, amelyekben a polipropilén kristályos fázisa adja a merev szegmenst.

Néhány tipikus polipropilén és EPDM alkalmazást a következő felvételek mutatnak be.

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Gyűjtse ki a polisztirol előállításának a történetét! Jegyezze meg a

reakciót!

Polisztirol (PS)

A polisztirol (PS) az 1930-as években jelent meg a kereskedelmi forgalomban (I. G. Farben,

Németország és Dow, USA). A második világháborút követően egyre nagyobb szerepet kapott, és

napjainkban is az egyik legnagyobb mennyiségben előállított és felhasznált műanyag. Fő felhasználási

területe a szigetelőhab, háztartási eszközök, készülékházak stb.

A polisztirol előállítása

CHCH2 CHCH2

A polimerizáció négy különböző technológiával történhet: tömb, oldószeres, szuszpenziós és emulziós.

A tiszta (kristály) PS amorf, átlátszó anyag. A lágyulási hőmérséklete (üvegesedési hőmérséklet) 100° C

körül van. Szobahőmérsékleten rideg, és belső feszültség hatására rövid idő alatt mikrorepedezés jelenik

meg benne. Kémiai ellenálló képessége nem túl jó, mert a legtöbb szerves oldószerben jól oldódik. Rövid

idejű mechanikai tulajdonságai jók, de feszültségkorrózióra érzékeny. A mechanikai tulajdonságok

kopolimerizációval javíthatók. A legfontosabb komonomerek: butadién (IPS, HIPS), akrilnitril (SAN),

illetve a kettő együtt (ABS). Néhány jellemző tulajdonságot az 2.3. táblázatban foglaltunk össze.

Tevékenység:

Tanulmányozza a táblázatot! Hasonlítsa össze a polisztirol és kopolimerjeinek jellemzőit! Keressen az

interneten és környezetében polisztrirolból készült tárgyakat!

Tulajdonság PS IPS HIPS SAN ABS

Sűrűség (g/cm3) 1,04 1,04 1,05 1,08 1,04

Vicat lágyuláspont (C) 100 100 100 110 105

Folyáshatár (MPa) 42 31 18 69 40

Szakadási nyúlás (%) 2 25 60 2,5 25

Izod ütésállóság (J/m) 19 64 110 27 270

2.3. táblázat. A polisztirol és kopolimerjeinek néhány jellemzője

A PS UV-fény hatására elszíneződik. A sárgulás alapvető oka az, hogy a fényenergia hatására a

molekula könnyen reagál oxigénnel, és különböző kémiai csoportok keletkeznek. Az elszíneződés ellen

UV-stabilizátorok adagolásával védekezhetünk.

A térhálós polisztirol (kopolimerizáció divinil-benzollal) fontos alapanyaga az ioncserélő gyantáknak.

A térhálós gyöngyöt koncentrált kénsavval kezelve kation-, klórmetilezést követő aminolízissel pedig

anioncserélő gyantát kapunk.

H2SO

4

SO3H

SO3H

A kopolimerek közül a SAN és az ABS a legfontosabb. A SAN 20-30% akrilnitrilt tartalmaz. Az

előállítás a homopolimerhez hasonlóan tömb- vagy szuszpenziós polimerizációval történik. A polimer

amorf, átlátszó anyag. A PS-hez képest magasabb az üvegesedési hőmérséklete, és jobbak a mechanikai

jellemzői. Az akrilnitril poláris jellege miatt jobban ellenáll szerves oldószereknek. Hűtőgépek elemeit,

kazettatartókat állítanak elő belőle.

Az ABS nem valódi terpolimer; sokkal inkább polimer keveréknek tekinthető. Két alapvető előállítási

technológiát használunk a gyártásra: keverékkészítés és ojtás. Az utóbbi technológiával előállított anyag

tulajdonságai jobbak, ezért ez a módszer az elterjedtebb.

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Gyűjtse ki a poli(vinil-klorid) előállításának a történetét!

Jegyezze meg a reakciót!

Poli(vinil-klorid) (PVC)

Bár a poli(vinil-klorid) (PVC) már 1872 óta ismert, kereskedelmi fontossága 1930-ban kezdődött.

Ebben az évben fedezte fel Goodrich, hogy magas forráspontú poláris szerves anyagokkal feldolgozható a

PVC. Néhány évvel korábban (1928) vinil-klorid és vinil-acetát kopolimereket állítottak elő, amelyeknek

termikus stabilitása nagyobb, mint a tiszta PVC-é. Különböző fajtájú PVC-típusok vannak: kemény, lágy,

ütésálló PVC. Ezt az anyagot gyakorlatilag mindenhol megtaláljuk: csomagolóanyag, kábelszigetelés,

gyermekjáték stb.

A PVC előállítása

CH2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

Három alapvető technológiával állítják elő a PVC-t: tömb, szuszpenziós és emulziós reakció. Ezek

közül a legfontosabb a szuszpenziós technológia. A termék kb. 0,1 mm-es agglomerátum.

A PVC tulajdonságai

A PVC amorf anyag. A kereskedelmi típusok átlagos molekulatömege 40 000-80 000, amelyet

általában K értékkel (viszkozitási érték) jellemeznek. Néhány jellemző tulajdonságot az 2.4. táblázatban

foglaltunk össze.

Tevékenység: Tanulmányozza a táblázatot! Hasonlítsa össze PVC-k jellemzőit! Keressen az interneten és környezetében

PVC-ből készült tárgyakat!

Tulajdonság PVC Lágyított P(VC-VAc)

Sűrűség (g/cm3) 1,4 1,3 1,35

Vicat lágyuláspont (°C) 80 hajlékony 70

Szakítószilárdság (MPa) 59 19 48

Szakadási nyúlás (%) 5 300 5

2.4. táblázat. Néhány PVC jellemző tulajdonsága

A PVC poláris szerkezetű, ezért poláris oldószerekben oldódik (ketonok, tetrahidrofurán, dioxán stb.).

Lágyítószerek azok az oldószerek, amelyek nagyon kis illékonysággal rendelkeznek (magas forráspont).

A PVC rendkívül jó kémiai ellenállással rendelkezik; ellenáll savas és lúgos vizes oldatoknak.

A tiszta PVC nagyon rossz termikus és fénystabilitással rendelkezik. Már 70 °C-on, vagy UV-fény

hatására elkezdődik a bomlás. A vinil-klorid néhány kopolimerje is létezik (VAc, AN, Et, VDCM),

azonban ezek gyakorlati szerepe sokkal kisebb, mint a PVC-é.

2.2. Műszaki műanyagok

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Gyűjtse ki a poliuretánok előállításának a történetét! Jegyezze meg a

reakciókat!

Poliuretánok (PUR)

Poliuretánoknak (PUR) azokat az anyagokat nevezzük, amelyek fő láncukban uretáncsoportot (-NH-

CO-O-) tartalmaznak. A gyakorlatban fontos polimerekben az uretáncsoport mellett éter-, észter-,

karbamid-, amidcsoportokat is találunk. Sokféle területen alkalmazzuk a poliuretánokat: hőszigetelő

habok, műbőrök, műszaki cikkek stb. A poliuretánok kifejlesztése 1937-ben történt (O. Bayer).

Gyakorlati jelentőségük azonban csak az 50-es évektől van. A Bayer cég 1950-ben az elasztomerekkel,

1952-ben pedig a flexibilis habokkal jelentkezett. A kereskedelmi felhasználás 1952-54-ben indult meg

poliészter bázisú poliolokkal. 1957-ben, Amerikában fejlesztették ki a poliéter bázisú poliuretánokat.

Legnagyobb felhasználása lágy (kb. 50%) és kemény (25%) habként történik. A maradék mennyiség

kerül elasztomerként, ragasztóanyagként, festékalapanyagként alkalmazásra.

Az uretáncsoport izocianátok és alkoholok addíciós reakciójából képződik:

R N C O + HO R'R NH C

O

O R'

Ipari méretekben izocianátok előállítására a primer aminok foszgénezését használjuk:

R NH2 + COCl2 R N C O + 2HCl

A legfontosabb izocianát monomerek: toluilidén-diizocianát (TDI), 4,4’-diizocianáto-difenil-metán

(MDI).

CH2

OCN NCO

CH3

NCO

NCO

NCO

NCO

NCO

H3C

H3C CH3

CH2 NCO

MDI IPDI NDI TDI

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a poliuretánok jellemzőit, alkalmazási területeit!

Kereskedelmi forgalomban tiszta 2,4-TDI, 80:20 és 65-35 TDI (2,4-:2,6-) szerezhető be. A diizocianát

elegy 5-15 C tartományban olvad, azaz szobahőmérsékleten folyadék.

A tiszta 4,4’-MDI 37-38 C-on olvadó kristályos anyag, míg a keverék folyadék. Az előbbit

elasztomerek, az utóbbit elsősorban merev habok gyártására használjuk. Előnye a TDI-vel szemben, hogy

a kisebb gőznyomása miatt kevésbé mérgező. Az NDI 128 C-os olvadásponttal rendelkező anyag,

amelyet elasztomerek gyártásához használunk fel. Az IPDI kis illékonyságú folyadék, amelyet elsősorban

bevonatokhoz alkalmazunk.

A poliészter bázisú diolok, poliolok tipikus lépcsős polimerizációval állíthatók elő diolfelesleggel. A

mólarányt oly módon állítjuk be, hogy a termék molekulatömege 1000-2000 legyen (0,1–0,3 mol

diolfelesleg). A disav komponens adipinsav vagy szebacinsav, diolként etilén-, dietién-, propilén-glikolt,

glicerint, trimetilol-propánt alkalmazunk.

Hidroxil végcsoportos poliészter-amidokat is használunk diol komponensként, elsősorban

ragasztóanyagok előállítására.

HONH

OO

O

O

O

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a különféle habok jellemzőit!

Flexibilis habok

A poliuretán lágy habok enyhén térhálós termékek, amelyek előállításuk során a fejlődő szén-dioxiddal

képződnek. Két kompetitív reakció játszódik le:

diizocianát reakciója poliollal poliuretán,

diizocianát reakciója vízzel szén-dioxid.

A két reakciónak természetesen összhangban kell lennie a megfelelő minőségű termék előállításához.

A reakciót egyrészt a hőmérséklettel, másrészt a komponensekkel befolyásolhatjuk. Ipari gyakorlatban

elsősorban a katalizátort használják a reakció kontrollálására.

A lágy habok gyártásához TDI-t és elsősorban poliéter poliolokat használunk.

Merev habok

A kemény habok előállítási reakciója alapvetően megegyezik a lágy habokéval, csak a poliol

komponens molekulatömege kisebb. A habosítást általában alacsony forráspontú anyaggal végezzük, így

fémsó katalizátort nem szükséges használni.

Integrált habok

Alacsony forráspontú oldószerekkel habosított termékek, amelyekben a habszerkezet helyfüggő. A

poliuretánképződés során a hideg szerszámfalon a habosító anyag nem párolog el, így tömör héj alakul ki.

A termék belseje felé haladva a cellaméret egyre nagyobb. Elsősorban nagyméretű testek előállítására

használjuk (gépjárműütköző, bútor stb).

Elasztomerek

A poliuretán elasztomerek gyártása során két alapvető reakciót használunk. Az egyik esetben nagy

izocianát felesleggel állítunk elő prepolimert, amelynek a molekulatömegét glikollal növeljük. A

feldolgozás ebben az esetben öntéssel történik.

A másik eljárás kivitelezésében hasonlít a gumigyártáshoz. Ebben az esetben hidroxil végcsoportos

polimereket állítunk elő, amelyek fizikai tulajdonságaikban nagyon hasonlítanak a kaucsukokhoz.

Térhálósításra izocianátok használhatók.

Lineáris, bifunkciós monomerek használata esetén a termék hőre lágyuló anyag, amelyben nincsenek

keresztkötések. Ezeket az anyagokat termoplasztikus elasztomernek hívjuk. A poliuretán bázisú

termoplasztikus elasztomerek szálasanyaggá is feldolgozhatók (hidrazin lánchosszabbító).

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a poliuretánok mint felületbevonó anyagok és ragasztók jellemzőit!

Felületbevonó anyagok

A felületbevonó anyagok két típusát különböztetjük meg, az egy- és a kétkomponensű rendszerek. Az

egykomponensű rendszereken belül levegőn száradó, nedvességre keményedő és beégetős anyagokat

ismerünk. A levegőn száradó poliuretán bevonatok (uretánolajok) telítetlen kötést tartalmazó rendszerek,

amelyek a levegő oxigénjének hatására polimerizálódnak (térhálósodás). Kémiai szerkezete nagyon

hasonló az alkidgyantákéhoz, csak az észter- helyett uretánkötés van bennük (ftálsavanhidrid helyett

diizocianát a kiindulási monomer). A térhálósodási reakció gyors, ezért gyorsan száradó bevonatokhoz

használjuk.

A nedvességre térhálósodó bevonóanyagok izocianát végcsoportos prepolimerek, amelyekben a levegő

nedvességének hatására primer aminok alakulnak ki. A felszabaduló szén-dioxid kidiffundál a polimer

filmből (rétegvastagság!). A keresztkötéseket az aminok és izocianátok reakciója hozza létre

(karbamidszerkezet). A keletkező film nagy felületi keménységű és kiváló vegyszerállóságú bevonat

(parkettalakk).

A beégetős lakkok poliolok, és blokkolt izocianátokból állíthatók elő. Magasabb hőmérsékleten az

izocianátcsoport felszabadul, és reakcióba tud lépni a poliollal.

A kétkomponensű rendszerekkel szemben elsődleges követelmény, hogy a komponensek kis

illékonyságúak legyenek. Ez elsősorban az izocianátoknál nagyon fontos, mivel ezek az anyagok

egészségre ártalmasak. Az illékonyság csökkentését vagy izocianát végcsoportos prepolimerek (műbőrök)

vagy izocianátszármazékok (festékek) alkalmazásával érhetjük el.

Ragasztók

A poliuretánok nagy reakciókészségük és poláris jellegük miatt jól használhatók ragasztóanyagként.

A ragasztandó tárgy és az igénybevétel együttesen határozzák meg az alkalmazandó rendszert

(kétkomponensű, oldat, egykomponensű). Valószínűleg a felületi nedvességgel történő reakció a

magyarázata a ragasztott kötések nagy szilárdságának.

Tevékenység:

Olvassa el a történeti áttekintést! Gyűjtse ki a hőre lágyuló poliészterek előállításának a történetét!

Hőre lágyuló poliészterek

Poliésztereknek azokat az anyagokat nevezzük, amelyek főláncukban észtercsoportot ( -COO-)

tartalmaznak. A hőre lágyuló típusok közül két anyagnak van ipari jelentősége: poli(etilén-tereftalát)

(PET), poli(butilén-tereftalát) (PBT). PET-ot először 1941-ben állították elő, és az ipari termelés 1953-

ban indult meg (DuPont, ICI). Kezdetben majdnem kizárólag csak textilipari szálakat készítettek belőle,

de manapság a legnagyobb felhasználási terület az üreges testek gyártása. A PBT viszonylag új anyag,

amelyet elsősorban az elektronikai iparban használnak fel méretpontos alkatrészek gyártására.

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a hőre lágyuló poliészterek jelölését, jellemzőit, alkalmazási területeit!

Tulajdonságok

A PET és a PBT jó mechanikai tulajdonságokkal és kémiai ellenálló képességgel rendelkezik. A PET -

láncban található gyűrűk miatt az üvegesedési hőmérséklet 90 °C körül van, és a molekuláris mobilitás is

kicsi. Ez az oka annak, hogy ebből az anyagból könnyen lehet amorf szerkezetet kialakítani (nagy

túlhűthetőség). Ezt használjuk ki a különböző méretű palackok gyártása során. A PBT-ben hosszabb

alifás lánc van, ezért ennek az anyagnak alacsonyabb az üvegesedési hőmérséklete és gyorsan

kristályosodik, ezért ebből fröccsöntéssel készíthetünk műszaki alkatrészeket. A legfontosabb jellemzőket

a 2.5. táblázatban foglaltuk össze.

Tevékenység:

Tanulmányozza a táblázatot! Hasonlítsa össze a PET és a PBT jellemzőit! Keressen az interneten és

környezetében PET-ből és PBT-ből készült tárgyakat!

Tulajdonság PET PBT

Sűrűség (g/cm3) 1,3 1,3

Üvegesedési hőmérséklet (°C) 95 60

Olvadáspont (°C) 255 225

Rugalmassági modulusz (GPa) 2,47–3 2,55

Nyakképződési feszültség (MPa) 50–57 56

Nyakképződési deformáció (%) 3-4 5

2.5. táblázat. A PET és PBT néhány jellemző tulajdonsága

Térhálós poliészterek

Térhálós poliésztereknek azokat az anyagokat nevezzük, amelyek fő láncukban észtercsoportot ( -CO-

O-) tartalmaznak, és megfelelő funkciós csoportokon keresztül keresztkötések kialakítására van bennük

lehetőség. A gyakorlatban fontos polimerek alapvetően telített vagy telítetlen szerkezetűek lehetnek.

Térhálós szerkezetű poliésztergyantát már 1901-ben előállítottak ftálsavanhidridből és glicerinből, de

kereskedelmi fontosságú anyag 1916 körül vált belőle, amikor a General Electric Co. módosított

változatát ragasztóanyagként használta elektromos alkatrészekben. Jelentős áttörés 1933-ban történt,

amikor száradóolajokkal módosították. Az így nyert anyagok levegőn viszonylag gyorsan térhálósodtak

és flexibilis, tartós filmet képeztek. Ezeket az anyagokat felületvédelemben használták és használják mai

is (alkidgyanták). A telítetlen poliésztergyanták 1946 óta kereskedelmi termékek. Az első anyagok

etilénglikolból és maleinsavanhidridből készültek, amelyek térhálósítása sztirollal történt. Üvegszál-

erősítésű szerkezetek 1949 óta elérhetők, kezdetben tömb (BMC), az 1960-as évek vége óta pedig sík

lemezes (SMC) formában.

Alkidgyanták

Az alkidgyanták legfontosabb alapanyagai a poliolok és a kétbázisú karbonsavak, illetve ezek

anhidridjei. Módosításra különböző száradóolajokat vagy savakat használunk.

A nem száradó alkidgyanták önmagukban nem térhálósodó rendszerek, és elsősorban aminogyanta és

cellulóz-nitrát adalékaként (lágyító) használatosak. A telítetlen zsírsavat tartalmazó anyagok jó filmképző

tulajdonságúak és a levegő oxigénjének jelenlétében térhálós terméket adnak. A térhálósodási reakció

peroxidok képződésén keresztül megy gyökös mechanizmussal.

Telítetlen poliészterek

Telítetlen poliészterek a főláncban, az észterkötés mellett kettős kötést tartalmazó anyagok.

Legfontosabb diol komponens a propilén-, és az etilénglikol. Telítetlen savkomponensként

maleinsavanhidridet, esetleg fumársavat használunk. A termék tulajdonságainak módosítására egyéb

savakat is használunk az előállításban.

A térhálósított poliészterek merev, oldhatatlan és ömleszthetetlen anyagok, amelyek az esetek döntő

többségében üvegszál-erősítéssel kerülnek felhasználásra. A tulajdonságok nagymértékben függnek a

kémiai összetételtől. Általában 150 C-ig használhatók fel. Néhány mechanikai jellemzőt a 2.6. táblázat

tartalmaz.

Tulajdonság Alapgyanta Vágott

üvegszál

BMC SMC

Töltőanyag (%) 30 30 30

Sűrűség 1,2 1,6 1,8 1,8

Szakítószilárdság (MPa) 62 140 41 83

Hajlítószilárdság (MPa) 120 210 110 190

Nyomószilárdság (MPa) 140 140 140 190

Ütőszilárdság (J/m) 110 1100 370 800

2.6 táblázat. Poliésztergyanták mechanikai tulajdonságai

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg az epoxigyanták jellemzőit, alkalmazási területeit!

Epoxigyanták

Az epoxigyanták olyan térhálós anyagok, amelyekben a keresztkötéseket epoxicsoport reakcióival

állítjuk elő. Kémiailag az epoxigyanták poliéternek tekinthetők. Az első epoxigyantákat 1943 körül

állították elő (Ciba AG.). Annak ellenére, hogy ezek az anyagok viszonylag drágák, széles körben

használjuk fel, elsősorban ragasztóanyagként és különböző nagy igénybevételnek kitett kompozitokban.

Elsősorban üveg- és szénszál-erősítésű szerkezeti elemeket készítenek ezekből az anyagokból. Ma már

nagyon sokféle, különböző kémiai szerkezetű epoxigyantát gyártanak, azonban a felhasznált anyagok 80–

90%-a difenilol-propán (Bisphenol A) és epiklórhidrin bázisú.

Az epoxigyanták lehetnek folyékony (hidegen keményedő) vagy szilárd (melegen keményedő)

halmazállapotúak. A két anyag alapvetően molekulatömegében különbözik egymástól. A hidegen

keményedő anyagok kis molekulatömegűek (<1000), ezért szobahőmérsékleten folynak. Viszkozitásuk a

molekulatömeg és a különböző adalékanyagok függvénye. A melegen keményedő anyagok nagyobb

molekulatömeggel készülnek, ezért szobahőmérsékleten szilárd anyagok. Hidegen keményedő gyantáknál

n=0 (n az ismétlődési egységek száma), míg a melegen keményedőknél n=1-3.

A felhasználás során a gyantákat térhálósítjuk. A reakció exoterm, azaz hőfejlődéssel jár. Nagyon

fontos ezért a megfelelő hőelvezetés biztosítása, különösen gyors reakciók esetén. A fejlődő hő olyan

nagy lehet, hogy a gyantarendszer felhabosodik, esetleg el is bomlik. A térhálósodási reakciót a hidegen

keményedő anyagok esetén különböző aminokkal (dietilén-triamin, poliamin stb.), míg a melegen

keményedőknél elsősorban savanhidridekkel végezzük.

A gyanták jellemzésére az epoxi ekvivalenst használjuk. Ez a szám megmutatja, hogy egy

epoxicsoport hány gramm gyantában van. Ez a szám egyben a gyanta molekulatömegére is információt

ad, hiszen egy molekulában két epoxicsoport található. A gyakorlatban elterjedt még az epoxiszám is, ami

100 gramm gyantában található epoxicsoportok mennyiségét mutatja meg. Ezek segítségével

kiszámítható a szükséges térhálósító szer mennyisége.

Az epoxigyanták felhasználási területe rendkívül változatos, és csak néhány fontosabbat emelünk ki.

Elterjedten használják üveg-, szén- vagy fémszálerősítéssel szerkezeti anyagként. Előnyös adhezív

tulajdonsága miatt kiváló ragasztóanyag. A mechanikai szilárdsága alkalmassá teszi arra, hogy

szerszámgyantaként alkalmazzuk. A kiváló kémiai ellenálló képessége miatt festékek és lakkok is

készülnek belőle.

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg alifás és aromás poliamidok jellemzőit, alkalmazási területeit!

Alifás és aromás poliamidok

Az első szintetikus poliamidot az 1900-as évek elején szintetizálta Emil Fischer, azonban gyakorlati

alkalmazása csak az 1930-as években kezdődött, amikor Carothers hexametilén-diamin és adipinsav

reakciójával előállította az első teljesen szintetikus műszálat. A harmincas évek végétől kezdődően egyre

szélesebb körben kerül felhasználásra. Kezdetben kizárólag csak műszál készült belőle, azonban a kiváló

mechanikai tulajdonságai műszaki cikkek gyártására is alkalmassá tették. Napjainkban a legkülönbözőbb

területeken alkalmazzuk ezeket az anyagokat, mint például csomagolófólia, műszál, fogaskerekek,

gépjárműalkatrészek stb.

Legnagyobb mennyiségben a PA-6,6 és a PA-6 kerül felhasználásra, azonban a kereskedelemben

egyre nagyobb számban jelennek meg a különböző egyéb típusok is.

Ezzel a technológiával viszonylag nagy tömböket lehet előállítani, amelyekből a kívánt alkatrészt,

terméket mechanikai megmunkálással alakíthatjuk ki.

A poliamidok tulajdonságai közül ki kell emelni a nedvességfelvételt. Ennek két szempontból is nagy

jelentősége van: egyrészt a méretváltozás, másrészt a mechanikai szilárdság nagymértékben függ a

polimer nedvességtartalmától. A jelenség alapvető magyarázata az, hogy a víz lágyítószerként viselkedik,

és így duzzasztja a poliamidokat. A felvett nedvességtartalomtól függően alakul a termék mérete és

ütésállósága. A vízfelvétel mértéke függ a kémiai szerkezettől. A szénlánc hosszának növelésével

csökken a polimer polaritása és ezért kevesebb vizet lesz képes abszorbeálni. Ugyancsak csökken a

mechanikai szilárdság, valamint az olvadáspont is. Mindez egyszerűen értelmezhető a hidrogénhidas

kötések sűrűségének csökkenésével, hiszen ezek egyértelműen meghatározzák az olvadáspontot, illetve a

mechanikai szilárdságot. Néhány poliamid jellemző tulajdonságait a 2.7. táblázatban foglaltuk össze.

Jellemző PA-6 PA-66 PA-11 PA-12 PA-612

Olvadáspont (°C) 215 260 190 180 204

Szakítószilárdság (MPa) 80-90 90-100 50-60 40-50 50-60

Young-modulusz (GPa) 2,4 2,8 1,3 1,1 1,7

Sűrűség (g/cm3) 1,13 1,14 1,05 1,02 1,08

Vízfelvétel (%) 2 1,2 0,3 0,25 1

2.7. táblázat. Néhány poliamidtípus jellemző tulajdonságai

A poliamidok legfontosabb felhasználása a különböző műszaki cikkek gyártása. A kiváló mechanikai

tulajdonságai alkalmassá teszik arra, hogy erőátviteli elemeket (pl. fogaskerekek), gépjármű -alkatrészeket

(pl. üzemanyag-vezeték) és egyéb alkatrészek készüljenek belőlük. A csomagolástechnikában fóliaként

kerül felhasználásra, elsősorban többrétegű rendszerek szilárdságbiztosító rétegeként. A poliamidok nagy

részét még ma is szálasanyagként használjuk, elsősorban műszaki textíliák gyártásához.

A magasabb alkalmazási hőmérséklet és a nagyobb mechanikai szilárdság elérése céljából az aromás

poliamidokat fejlesztették ki. Ezek az anyagok (Kevlar, Nomex) aromás diaminokból és aromás

savkloridból készülnek.

C

O

Cl

CO

Cl

NH2

H2N

+

C

O

NH

CO

NH

A reakciót határfelületi polimerizációval végzik. Az aromás poliamidok 300 °C feletti olvadásponttal

rendelkeznek. Az aromás szerkezet miatt a láncok erősebben orientáltak, ezért a mechanikai szilárdságuk

is sokkal nagyobb, mint az alifás poliamidoké. Ezeket az anyagokat elsősorban erősített rendszerek

(kompozitok) előállítására használjuk fel (pl. golyóálló mellény).

Egyéb műszaki műanyagok

Az elmúlt évtizedekben a technika fejlődése számos műszaki műanyag kifejlesztését kívánta meg.

Ezeket általában valamilyen speciális célra fejlesztették ki, majd a későbbiekben szélesebb körben is

alkalmazásra kerültek. A jegyzet terjedelme nem engedi meg, hogy akár csak felsoroljuk ezeket az

anyagokat. Ebben a fejezetben csupán néhányat említünk meg, amelyekkel a gyakorlatban is

találkozhatunk.

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a polikarbonát jellemzőit, alkalmazási területeit!

Polikarbonát (PC)

A polikarbonátot difenilol-propánból és foszgénből lehet előállítani:

CCl ClHO C

CH3

CH3

OH +

CO

CH3

CH3

C

O

O

O

A PC 120-130 °C-ig használható, jó optikai tulajdonsággal és kiváló mechanikai tulajdonságokkal

rendelkező polimer. Néhány jellemző tulajdonságát a 2.8. táblázatban foglaltuk össze. A PMMA-hoz

hasonlóan az infravörös hullámokat elnyeli, míg a látható tartományban közel 90%-os az

áteresztőképessége. Ennek megfelelően üvegházakhoz kiválóan felhasználható. A feldolgozási

körülmények között könnyen hidrolizál, de 100 °C alatti tartományban ellenáll vizes oldatoknak.

Halogénezett szénhidrogénekre érzékeny, ezekkel ragasztható is. Fő felhasználása: CD-lemezek, üvegek,

üreges testek, műszaki cikkek. A mechanikai szilárdság tovább javítható üveg- vagy szénszál

bekeverésével.

A PC-ot sok keverékben is felhasználják. Ezek közül kiemelkedik a PC/ABS, amely kedvezőbb árú,

nagyon jó tulajdonságú anyag.

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a POM jellemzőit, alkalmazási területeit!

Poli(oxi-metilén) (POM)

A POM-t formaldehid polimerizációjával állítják elő:

CH2O OCH2

A POM egyike a legelterjedtebben használt műszaki műanyagnak. Kiváló mechanikai

tulajdonságokkal rendelkező kristályos polimer, amelyet nagy méretpontossággal lehet feldolgozni. A

tiszta homopolimer termikusan könnyen depolimerizálódik, ezért a gyakorlatban kopolimereket

használunk fel. A mérettartás mellett nagyon jó vegyszerállósággal és csúszási tulajdonságokkal is

rendelkezik. Csapágyak készítéséhez csúszásjavító anyagokat kevernek bele, mint például PTFE, PE,

grafit stb. A mechanikai szilárdság és a dimenzionális stabilitás további javulását lehet elérni üveg- vagy

szénszál bekeverésével. Néhány jellemző tulajdonságot a 2.8. táblázatban foglaltunk össze.

Tevékenység:

Gyűjtse ki/tanulja meg a PPO jellemzőit, alkalmazási területeit!

Poli(fenilén-oxid) (PPO)

A PPO 2,6-dimetil-fenolból állítható elő:

CH3 CH3

OH

O

CH3

CH3

A tiszta polimer bomlás nélkül nem ömleszthető meg, ezért a gyakorlatban keverék formájában

használjuk. A leggyakoribb komponens a polisztirol, amellyel homogén keveréket képez. A keverékek

nagyon jó méretstabilitással, ütésállósággal és mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. Elsősorban

műszaki és közszükségleti cikkek gyártására használjuk fel.

Tevékenység:

Gyűjtse ki/tanulja meg a PI jellemzőit, alkalmazási területeit!

Poliimidek (PI)

A poliimidek a hőálló polimerek legtipikusabb képviselői. Mechanikai szilárdságukat magas

hőmérsékleten is megőrzik, kémiai szerkezetüktől függően az alkalmazhatósági hőmérséklet

meghaladhatja a 300 °C-ot is. Legismertebb képviselője a poliéterimid (PEI), amely fröccsöntéssel is

feldolgozható:

O

O

O

O

N N

O

CH3

CH3

OC

Ezek az anyagok kiváló vegyszerállósággal, sugárzásállósággal is rendelkeznek, ezért a repülőgépipar

nagy mennyiségben használja fel. Néhány jellemző tulajdonságot a 2.8. táblázatban foglaltunk össze.

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a PEK és PEEK jellemzőit, alkalmazási területeit!

Poli(éter-ketonok) (PEK, PEEK)

A PEK és PEEK anyagok kiváló mechanikai szilárdsággal és mérettartással rendelkeznek.

Szilárdságuk gyakorlatilag nem változik 120 °C-ig. Nagyon jól ellenáll a ciklikus terhelésnek. Elsősorban

a repülőgépipar és a mikroelektronika használja.

C

O

O

PEK

O O C

O

PEEK

Tevékenység:

Gyűjtse ki/tanulja meg a PSU jellemzőit, alkalmazási területeit!

Poliszulfon (PSU)

A PSU amorf polimer, amely közel 200 °C-ig használható. Mérettartása, átlátszósága, jó mechanikai

és elektromos tulajdonságai miatt elterjedten használják az elektronikai alkatrészek, orvosi berendezések,

mikrohullámú edények stb. gyártására.

S O

O

O

Tevékenység:

Hasonlítsa össze a műszaki műanyagok tulajdonságait!

PC POM PPO PI PEEK PSU

Sűrűség

(g/cm3)

1,2 1,4 1,2 1,3-1,4 1,4

E (GPa) 2,5 3,5 2,5 2-3 4,5 3-8

σsz (MPa) 60 70 50-60 100 110 83-100

Tg / Tm (°C) 150 180 330 340 180-190

HDT (°C) 130 125 100 180 160-170 HDT – hőalaktartási hőmérséklet

2.8. táblázat. Néhány műszaki műanyag jellemző tulajdonsága

Tevékenység: Gyűjtse ki/tanulja meg a LCP jellemzőit, alkalmazási területeit!

Folyadékkristályos polimerek (LCP)

Ezek az anyagok merev láncú polimerek, amelyek nagy méretpontosság elérését teszik lehetővé. A

műanyagiparban elsősorban a termotrop folyadékkristályos rendszereket alkalmazzák. Ezekre az

anyagokra az a jellemző, hogy nagy mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. A Vectra LCP (Ticona-

gyártmány) néhány jellemző tulajdonsága a 2.9. táblázatbanban található meg.

Vectra

30%

szénszál

Fortron

30%

üvegszál

Celstran PP

40% hosszú

üvegszál

Celstran PA

40% hosszú

üvegszál

Topas

(COC)

Sűrűség (g/cm3) 1,5 1,58 1,22 1,45 1,02

Szakítószilárdság (MPa) 175 150 110 170 66

Vectra

30%

szénszál

Fortron

30%

üvegszál

Celstran PP

40% hosszú

üvegszál

Celstran PA

40% hosszú

üvegszál

Topas

(COC)

Nyújtó modulusz (GPa) 30 11,7 9,1 10,2 2,6-3,2

Keménység (Rockwell M) 100 100

Ütőmunka (Charpy,

hornyolt) (kJ/m2)

6 27 16 30 2,0-2,6

HDT (°C) 240 260 152 255

Olvadáspont (°C) 280

2.9. táblázat. Néhány műszaki műanyag (Ticona-gyártmány) jellemző tulajdonságai