1

POLIMEREK ALAPFOGALMAI

Makromolekula: olyan molekula, amely azonos ptelemekbl pl fel, amelyekben az ismtld egysgek /elemek/ szma a mer-ek szma legalbb 1000, illetve a molekula tmege legalbb 30 000

Ismtld egysg: a makromolekula azonos ptelemei

Monomer: ( = egy egysg); a polimer-gyrts kiindul anyaga, sszegkplete lehet azonos

az ismtld egysgvel, de szerkezet sohasem; pl. etiln polietiln

Polimer: ( = sok egysg); 1 db polimermolekula; a fmek s kermik mellett a harmadik szerkezeti anyagcsoport; a szn alap makromolekulk s a szilikonok tartoznak ide; az atomokat sszetart kts jellemzen kovalens; lehet termszetes (pl. kaucsuk, cellulz, fehrje), a termszetes polimerek talaktsval ltrejtt (pl. kaucsukbl gumi, cellulzbl celofn, celluloid, cellulz acett), szintetikus (pl. bakelit); egyetlen polimert sem lehet nmagban felhasznlni

Oligomer: olyan, mint a makromolekula, de az ismtld elemek szma kisebb, mint 1000 Manyag: polimer + adalkok

Kompozit: sszetett, tbbfzis szerkezeti anyag, amely kt klnbz egymsba gyazott sszetevbl fzisbl ll, amelyeket fzishatr vlaszt el. Az egyik fzis a nagy modulusz erst anyag, amely tipikusan szl formj, feladata a rendszer nagy szilrdsgnak s nagy modulusznak biztostsa. A msik fzis a kis modulusz mtrix, amelynek feladata a rendszer sszetartsa, az erst szlak egyttdolgozsnak biztostsa. A mtrixba gyazott erst szlak egyttdolgozsnak felttele a kivl hatrfelleti adhzi.

Polimerizcis fok: a polimer molekulban tallhat ismtld egysgek tlagos szma; jele: P, P = N0 / N ahol N0 a kpzdtt makromolekulk szma s N az alapmolekulk szma

Molekula-tmeg: hidrogn egysg

Polidiszperzits foka: jellemzi a molekulatmeg szrdst.

Polimolekularits: a polimer tbbfle molekulatmeg anyagbl ll

A polimerizcis fok (tlagos molekula-tmeg), valamint a polidiszperzits hatsa a

polimer makrotulajdonsgaira: egy bizonyos molekulatmeg elrsig (pl. PP-nl 6 104) a szilrdsg n, de utna megll s nem n tovbb; ha a polidiszperzitsi grbe sovny, teht kicsit a szrds, akkor lehet szlat hzni a polimerbl, de ha szles, nagy a szrds, akkor nem

2

A POLIMEREK SZERKEZETI FELPTSE

A polimerek molekulris szerkezetnek jellemzi, ezek befolysa a polimer makro-tulajdonsgaira: A lineris szerkezet polimerek esetben az elgazs nlkli, ritkn elgazott, illetve a szablyosan elgaz polimereket lehet jl alkalmazni, a rendszertelenl elgazkat gyakorlatilag nem. A trhls polimereknl a sr trhlsok (duromerek) felhasznlhatsgi tartomnya sokkal nagyobb, mint az elasztomereknl. A HL-ek h hatsra megolvadnak, oldszer hatsra olddnak, de ezek revervibilisek. A HNL-ek reverzibilisen nem mleszthetk s nem oldhatk, a feldolgozst s a gyrtst egytt kell vgrehajtani. A mokrotulajdonsgokat tovbb befolysolja a konformci s a konfigurci. 1) Kls behatsra a kismolekulj anyagok deformldnak. Ezzel szemben a nagy molekulj anyagok akr 1000%-os nyjts utn is visszanyerhetik eredeti alakjukat. Erre a C-C ktsek krli rotci ad lehetsget. 2) Kristlyosodsi eltrsek: Mg a kis molekulatmeg komponensek kristlyosodsa ltszlag teljes s a kristlyokat les hatrfelletek vlasztjk el, addig a polimerek kristlyosodsa sorn a folyadkllapotra jellemz, rendezetlen szerkezet a kpzd szerkezeti egysgekben is jelen van folyadkszer, amorf komponens 20-80%-ban. 3) Klnbz szint morfolgiai egysgek kialakulsa: a kis molekulatmeg anyagoknl tapasztalt trvnyszersgekhez a polimereknl specilis problmk jrulnak. Az amorf rszek a specilis elasztikus tulajdonsgokkal mindenkor jelen vannak, a kristlyos rszekkel molekulris szinten keverednek s olyan sszetett szerkezetet hoznak ltre, amely csakis a polimereknl fordul el.

Sztereoregularits: oldalcsoportok trbeli elrendezdse

izotaktikus (szablyos)

szndiotaktikus (vltakoz)

ataktikus (vletlenszer)

A polimer szilrdsga, ktstpusok (kovalens kts, msodrend ktsek): A szilrdsg a msodlagos ktsektl fgg, nem a kovalenstl. A kovalens kts tlagosan gyengbb, mint a fmes.

Polimer tpusok jellemzi molekulaszerkezet (lncszer: elgazottsg, trhls: trhl srsg) szerint: Lineris / lncszer:

elgazs nlkli ritkn, illetve kevss elgazott srn, illetve nagyon elgazott Az elgazsok lehetnek vletlenszerek s szndkosak

Trhls: sr trhls: duromer ritkn trhls: elasztomer

A polimerek finomszerkezetnek jellemzi a kismolekulj anyagokkal sszehasonltva: Csoportosthatjuk kmiai lncszerkezetk alapjn:

sznvzas, a polimer lncban csak szenet tartalmaz s heterolnc, a lncban egyb atomot is (oxignt, nitrognt, knt stb.) tartalmaz

polimerekre.

A technolgia, a feldolgozstechnika szempontjait helyezzk eltrbe. Osztlyozsunk alapja teht a kplkeny (plasztikus) alakthatsg, gy csoportjaink:

hre lgyul polimerek, ezen bell kristlyos hre lgyulk: LDPE, HDPE, LLDPE, PP, PA, POM, PET amorf hre lgyulk lPVC, kPVC, PS, SAN, ABS, PMMA, PC s

hre nem lgyul (trhls) polimerek:

3

ritka trhls elasztomerek: NR, SR, PUR, sr trhls duromerek: PF, UF, MF, UP, EP

A polimerek kristlyossga klnbz tpus s mrtk lehet, de soha nem lehet 100%-ban kristlyos. Rszben kristlyos:

kristly rszarny > 20 % a kristlyos rszek mellett amorf rszeket is tartalmaz nem a klasszikus kristlytanbl ismert szerkezetek alakulnak ki sok kisebb kristlyos egysg alakul ki, amelyek kztt helyezkednek le az amorf

rszek Polikristlyos szerkezet: nem kristlyosod, 80%-nl tbb amorf anyagot tartalmaz polimerek

Amorf polimerek: lehet 100%-ban amorf

A kristlyosods felttelei: lncmolekulkbl lljon elgazsmentes, vagy kevss elgazott legyen szablyos, periodikus molekulaszerkezet legyen ers oldalktsek kialaktsra legyen kpes flexibilis legyen a flnc

A kristlyosodst befolysol tnyezk: a polimer lncmolekula szerkezete a kristlyosods kzege a gckpzds jellege, gckpzk jelenlte termikus hatsok s sebessgk mechanikus hatsok s sebessgk

Krisztallit: a legkisebb kristlyos kpzdmny; a tr minden irnyban kb. azonos nagysgrend; nincs benne amorf rsz; mrete: 10-7 10-8 m (kb. mint a rojtos micella kristlya)

Fibrilla: szalag, vagy ktegszer kristlyos kpzdmny; vastagsga, szlessge 10-8 m, hossza 10

-6 m; lehet hossztengelyre szalagszeren merleges, ktegszer s pszendrofibrilla

Lamella: vkony, lapos, lemezszer kpzdmny, vastagsga 10-8 m, hossza, szlessge 10

-6 m; lehet hajtogatott, vagy nyitottlnc

Szferolit: gmb alak; ketts optikai tulajdonsg; kisebb kristlyos egysgek agregtumainak tekinthet; tmrje 10-6 10-2 m; mestersges polimerekre jellemz (de! cellulzra nem!)

4

A SZILRD POLIMEREK MECHANIKAI TULAJDONSGAI

A mechanikai anyagvizsglatok ltalnos smja: egy gerjesztst hozunk ltre /idfgg vizsgl hats/, ami az anyagra hat, majd egy vlaszfggvnyt kapunk /az anyagminta

idfgg vlasza/ X (t) Y(t) Az alkalmazott gerjeszts tpusok: ugrsfggvny, sebessgugrs, periodikus (tiszta szinuszos)

A reolgiai modellezs alapelvei: A reolgia a feszltsg s a deformci kapcsolatt vizsglja, ha a gerjeszts alakvltozs, a vlaszfggvny a feszltsg / er / nyomatk lesz, ha a gerjeszts a feszltsg / er / nyomatk, akkor pedig a vlaszfggvny a deformci

Az alap modellelemek s azok matematikai lersa: 1) Idelis rug Hook modell

= E ahol E lland 2) Idelis viszkzus elem Newton modell = [pont] ahol lland 3) Kelvin-Voight modell:

(t) = (1 e-Et/M) / E

A szilrd polimerek ltalnos mechanikai tulajdonsgai a fmekhez viszonytva:

Fmek Izotrp, homogn Van egyrtelm FR, FF s rugalmassgi modulusz. Az alakvltozs a 1. szakaszban FR-ig rugalmas, FF utn viszont maradand.

Polimerek

Anizotrp, inhomogn Nincs egyrtelm FR, FF s rugalmassgi modulusz. Az utbbi jellemzsre a kezdeti rugalmassgi modulusz rintjnek meredeksgt hasznljuk. Deformcija hrom komponensre bonthat.

A nemlineris feszltsg-deformci kapcsolat: Sem a fmek, sem a polimerek nem rendelkeznek teljes lineris feszltsg-deformci kapcsolattal. De mg a fmeknl a fggvny els rsz lineris (a jl ismert szaktdiagram alapjn), addig a polimereknl sehol sem beszlhetnk lineris kapcsolatrl.

A deformci komponensek tulajdonsgai, viselkedsk modellezse s matematikai lersa: 1) r = rugalmas alakvltozs Hook modell alapjn: (t) = / E 2) m = maradand alakvltozs Newton modell alapjn: (t) = / 3) k = ksleltetett alakvltozs Kelvin-Voight modell alapjn: (t) = (1 e-Et/M) / E

A tulajdonsgok fggse idtl, hmrsklettl, nedvessgtartalomtl: Id: kszs, feszltsgrelaxci, ciklikus vizsglatoknl jelentkez hisztzis Hmrsklet: nvekv T esetn n a viszkozits Nedvessgtartalom: a nedvessg lgyt hatssal br

5

A kszs s feszltsgrelaxci jelensge, minsgi s mennyisgi modellezse, valamint matematikai lersa: A kszs lland nagysg terhels hatsra bekvetkez idben nvekv deformci. x(t) = (t) {0 ha 0 < t T, 0 ha T < t 0} ahol 0 lland s t0 = 0

A feszltsgrelaxci lland deformci ltrehozsa ltal keltett cskken feszltsg. x(t) = (t) { 0 ha 0 < t T, 0 ha T < t 0} ahol 0 lland

Dinamikus periodikus ignybevtelre mutatott viselkeds: Tiszta szinuszos nylsgerjeszts hatsra tiszta szinuszos feszltsgvlasz rkezik, ahol a krfrekvencia megegyezik a gerjesztsvel, az amplitd fgg a frekvencitl s fellp egy fziseltolds a gerjesztshez kpest, ami szintn a frekvencitl fgg. !! Mindig a nyls ksik a feszltsghez kpest, fggetlenl attl, hogy melyik a gerjeszts!

A dinamikus viselkeds jellemzi (dinamikus s vesztesgi modulus, stb.) s sszefggsk, meghatrozsuk DMA vizsglattal, az eredmnyek felhasznlsa a termomechanikai grbk megszerkesztshez: A valsgban a - brzolsban egy ellipszis alak hiszterzis lp fel, azaz a befektetett munka egy hnyada vesztesgnek tekinthet. Ez a vesztesgi hnyad csillaptsra fordtdik, ami bizonyos alkalmazsi terleteken (pl. rezgs- s hangcsillapts) hasznosthat tulajdonsg, de ugyanakkor ennek hv alakulsa miatt az anyagra nzve ez hignybevtelt is jelenthet.

A fziseltolds, illetve a vesztesgi munka alakulsa alapjn az anyagok osztlyozhatk: idelis rugalmas anyag: nincs vesztesgi munka viszkoelasztikus anyag: kis vesztesgi munka lp fel (ide tartoznak a polimerek) viszkzus anyag: a vesztesgi munka megegyezik a befektetett alakvltozsi munkval

Az anyagcsillapts annl nagyobb, minl nagyobb a fziseltolds s a vesztesgi modulusz. Kiszmthat a polimer anyagok dinamikus jellemzi:

E* komplex rugalmassgi modulusz E trolsi / dinamikus modulusz E vesztesgi modulusz

A mrs kirajzolja a termomechanikai grbket.

Tarts szilrdsgi jellemzk (idtartam-szilrdsg, tarts-szilrdsg, idtartam-feszltsg): Idtartam szilrdsg: Azt a feszltsget jelenti, melynek hatsra a prbatest t id alatt szakad el.

Tarts szilrdsg: Azt a feszltsget jelenti, melynek hatsra a prbadarab legfeljebb vgtelen nagy id alatt szakad el.

Idtartam feszltsg: Az a feszltsg, amely nylst t id alatt hoz ltre.

6

A POLIMEREK VISELKEDSE A HMRSKLET VLTOZSA MELLETT

A polimerek halmaz-, fzis- s fizikai llapotai a kismolekulj anyagokkal sszehasonltva: Halmazllapot: meghatrozja az anyagot felpt rszecskk kztti vonzsi energia (EV) s a hmozgs energijnak (EH) viszonya. A polimereknek nincs gz halmazllapota a makromolekulk miatt. Fzisllapot: jl meghatrozhat fellettel, fzishatrral krlvett homogn anyagrsz, melyen bell a fizikai s kmiai tulajdonsgok azonosak. A fzisllapotok szerkezetileg a rszecskk rendezettsgben klnbznek egymstl.

a) Kristlyos fzis: hossz tv rendezettsg kis molekulj anyagnl ez a szilrd halmazllapotnak felel meg b) Amorf fzis: rvid tv rendezettsg / kzeli rendezettsg kis molekulj anyagoknl ez a folykony halmazllapotnak felel meg c) Gz fzis: rendezetlen, kaotikus kis molekulj anyagoknl ez a gz halmazllapotnak felel meg

[DE! A szilrd halmazllapot anyag nem lehet kristlyos, amorf, vagy mindkt fzis!] Fizikai llapot: lsd lennt!

sszefggsek a halmaz-, fzis- s fizikai llapotok kztt: Halmazllapot & fzisllapot:

a) Kristlyos fzis: hossztv rendezettsg kis molekulj anyagnl ez a szilrd halmazllapotnak felel meg b) Amorf fzis: rvid tv rendezettsg / kzeli rendezettsg kis molekulj anyagoknl ez a folykony halmazllapotnak felel meg c) Gz fzis: rendezetlen, kaotikus kis molekulj anyagoknl ez a gz halmazllapotnak felel meg

Fzisllapot & fizikai llapot:

Fizikai llapot defincija: azonos fzisllapoton bell a bels energia nagysga a hmozgs mrtke szerint.

Rszben kristlyos polimerek fizikai llapotai ktfzis rendszer Ezen bell a hmrsklettartomnyokban lv fzisok (lsd lennt!)

A fizikai llapotok rszletes jellemzse: Fizikai llapot: azonos fzisllapoton bell a bels energia nagysga a hmozgs mrtke szerint.

a) Amorf polimerek fizikai llapota: - vegszer llapot T < Tg (Tg vegesedsi hmrsklet)

o szilrd halmazllapot

csak atomi ermozgs

a molekulalncok befagyottak (egymshoz kpest nem mozdulhatnak el)

o kis deformci

kzel lineris

r dominl o rideg, trkeny

- nagyrugalmas / viszkoelasztikus fizikai llapot o Tg < T < Tf (folysi hmrsklet) o Szilrd halmazllapot o Mikro-Brown hmozgs

7

o Nagymrtk deformci, k dominl o Kis szilrdsg

- Viszkzusan folys fizikai llapot o Tf < T < Tb (Tb -bomlsi hmrsklet) o Folykony halmazllapot o Makro-Brown hmozgs

b) Rszben kristlyos polimerek fizikai llapotai

ktfzis rendszer - T < Tg

Kristlyos fzis

Amorf fzis: vegszer llapot rideg + szvs r dominl, nem trkeny

- Tg < T < Tm (Tm - kristlyolvadsi hmrsklet)

Kristlyos fzis

Amorf fzis: viszkoelasztikus llapot rugalmas + szvs r + k , mrskelt deformci tisztn amorf polimerekhez kpest ksleltetett rugalmas alakvltozs rugalmas alakvltozs

- Tm < T < Tb

Kristlyos fzis tmegy amorf fzisba

Egyfzis lesz az anyag

Tm-nl a teljes anyag tmegy mledk llapotba (teht Tm egy folysi hmrskletet is jelent) viszkzusan folys llapot (azonos az amorf polimerek viszkzusan folys llapotval)

Az amorf s a rszben kristlyos termoplasztikus, valamint a trhls polimerek (duromerek s elasztomerek) termomechanikai grbi, a molekulatmeg, a kristlyossg ill. a trhlsrsg hatsa: Molekulatmeg: ennek hatsra az vegesedsi hats vltozik: szlesebb / keskenyebb lesz, vagy eltoldik. Kristlyossg: Az vegesesi hmrsklet az amorf anyagokra, az olvadsi hmrsklet a kristlyos anyagokra hat. gy, egy 100% amorf anyag a Tg-nl esik le s a Tm-nl mr nem vltozik, egy 100% kristlyos anyag pedig a Tg-nl nem vltozik s a Tm-nl esik le. Trhlsrsg: a Tg-n bell mshogy viselkedik az anyag, msmilyen lesz a grbe.

Anyagpldk: Amorf: polisztirol, PVC, polikarbont melegalakts,

Kristlyos: PE, PA, PP, poliszter, PET extrudls, frccsnts

A fizikai llapotok s a feldolgozsi technolgik, ill. a felhasznls sszefggse: [bra]

regeds: Az regedi folyamat minden polimernl ms s mr, de minden esetben elnytelen folyamat, aminek hatsra a tulajdonsgok az ignybevteltl fggetlenl romlanak. Legnagyobb veszlyt az UV sugrzs jelenti. Az regeds hatsra, trs, repeds, elsznezds stb. fordulhat el. Az regeds ellen lehet vdekezni klnbz adalkanyagok segtsgvel, pl. UV stabiliztorral.

8

A POLIMEREK GYRTSTECHNOLGII

A polimerizcis folyamat jellemzi: a polimerizci a mestersges polimerek ellltsra szolgl kmiai folyamat, kiindul anyaga monomerje olyan kismolekulj vegylet, amelyben ketts kts van. A ketts ktsek felszakadnak s a reakcikpes gykk lncszeren, nagy sebessggel sszekapcsoldnak. A folyamat exoterm (hkpz), mellktermk nem kpzdik. Pl. PE, PP, PVC, stb.

A polimerizcis lncreakcik elemi lpsei: 1) inicils: reakcikpes lncindt gyk ltrehozsa (aktv centrum) 2) lncnvekeds: pl. 1000 ezer egysgbl ll molekula 10-2 10-3 sec alatt jn ltre 3) lnczrds

A polimerizcis lncreakcik mveleti megvalstsi mdjai: tmbpolimerizci:

higits nlkli nehz a htse pl. akrilt szemveglencse, PS s PMMA (homogn reakciban), PAN s PP

(heterogn reakciban) oldszeres polimerizi

oldszer pl. benzin tzveszlyes

szuszpenzis (gyngypolimerizci)

10 m tmrj szilrd rszek eloszlatsa vzben pl. kemny PVC, PS

emulzis

1 m tmrj cseppek eloszlatsa vzben pl. lgy PVC

Az LDPE, HDPE, PP, PVC ellltsi technolgiinak sajtossgai, az ellltott anyagok tulajdonsgai s felhasznlsi terletei: A LDPE kis srsg, a HDPE nagy srsg polietiln. HDPE-t Ziegler kataliztorral lltanak el, gy kevesebb elgazs lesz, ami a jobb kristlyosodst, gy nagyobb szilrdsgot segt el. A PP ellltshoz Ziegler-Natta Kataliztrot hasznlnak, hogy izotaktikus (szablyos) szerkezet jjjn ltre. A PVC lgyt nlkl nem feldolgozhat, ezrt a kemny PVC-t maximum 5%-ban lgytjk (gy mszaki polimer jn ltre) szuszerzis eljrssal, a lgy PVC-t maximum 50%-ban lgytjk, emulzis eljrssal.

A polikondenzci, poliaddci folyamatnak jellemzi: a polimerizci a mestersges polimerek ellltsra szolgl kmiai folyamat, kiindul anyaga monomerje olyan kismolekulj vegylet, amelynek legalbb 2 db funkcis csoportja van. A monomerek a funkcis csoportokkal reakci ltal kapcsoldnak ssze, poliaddci esetn mellktermk kilpse nlkl, polikondenzci esetn mellktermk kilpse mellett (pl. ammnia, ssav, vz). A reakci sokkal lassabb, mint a polimerizci, a molekulk szpen egyms utn reaglnak egymssal. Hkzls kell, teht a folyamat endotrem.

9

Anyagpldk: polikondenzci: PET, PA, bakelit poliaddci: epoxi, polimetn

A polimerizci s polikondenzci folyamatnak sszehasonltsa:

Polimerizci exoterm

monomerje olyan kismolekulj vegylet, amelyben ketts kts van

nagy sebessg a reakcikpes gykk lncszeren, sorban egyms utn kapcsoldnak egymshoz nem keletkezik mellktermk

Poliaddci, polikondenzci endoterm

monomerje olyan kismolekulj vegylet, amelynek legalbb 2 db funkcis csoportja van

lass lpcss reakciban kapcsoldnak egymshoz a molekulk polikondenzcinl keletkezik mellktermk

A folyamatok sorn a polimerizcis fok s a konverzi idbeli vltozsa: Poliaddcinl a polimer csak az utols nhny lpsnl lesz elg nagy, teht 100%-ig kell eljutni ahhoz, hogy megfelel anyagot kapjunk. Polimerizcinl mr kb. 40%-nl ksz a polimer.

10

POLIMER MLEDKEK REOLGIJA

A vals polimer mledk, mint nem-Newtoni viszkzus folyadk folysi mechanizmusa: a) a molekulk tmegkzppontjukkal egytt egymshoz kpest elmozdulnak b) a molekulk konformcija megvltozik: kiegyenesednek, ekzben orientldnak ez fgg az ignybevtel tpustl s mrtktl c) a msodlagos, oldals ktsek trendezdnek ez idignyes feladat, akadlyozza a folyst, a viszkozits vltozst okozza s rugalmas effektusokat okoz

A vals polimer mledk folysgrbje, mint a nyrfeszltsg s alakvltozsi sebessg sszefggse:

I. szakasz: Newton folyadkknt viselkedik, = lland

II. szakasz: Struktrviszkzus viselkeds lland (szerkezeti viszkozits)

III. szakasz: Newton folyadkknt viselkedik, = lland

+ [bra]

A folysgrbe lersa klnbz anyagmodellekkel:

Hook: az idelisan rugalmas viselkedst rja le, miszerint az anyagban bredt feszltsg annak deformcijval arnyos, arnyossgi tnyez a G nyr rugalmassgi modulus.

= G

Newton: Az idelisan kplkeny anyagban bredt feszltsg a deformci sebessggel arnyos, arnyossgi tnyez az newtoni viszkozitsi tnyez

= = lland

Ostwald de Waele (hatvny trvny): A polimer mledkek viselkedst mr jobban kzelt

n. hatvnytrvnyt kvet anyagok esetn az mledkben bredt feszltsg a deformcisebessg valamilyen n>0 hatvnyval arnyos:

(k=arnyossgi tnyez, n=folysindex)

Bingham: A polimer mledkek kplkeny alaktsban nem elhanyagolhat a Bingham fle viselkeds, mely szerint ramls csak egy h hatrfeszltsg felett jn ltre, afelett viszont a newtoni viselkeds a jellemz

= h + (h= kezdeti feszltsg), = lland

A vals polimer mledkek viszkozitst befolysol tnyezk: ignybevtel id molekulatmeg

hmrsklet (T fordtottan arnyos a -vel) nyoms

11

A viszkozits grbe s a folysgrbe sszefggse: Mai ismereteink szerint azt mondjuk, hogy a relis (vals) polimer mledk struktrviszkzusan viselkedik. Ennek az a sajtossga, hogy az mledk (extrm) kis ill. (extrm) nagy ignybevtelek tartomnyban newtoni jelleget mutat, a kett kztt, a feldolgozsi technolgik tartomnyban pedig a hatvnytrvnyt kveti (5.10 bra). Az

(5.10) brn lthat fggvnyt folysgrbnek, a belle megszerkeszthet =f(, ) fggvnyt pedig viszkozitsgrbnek (5.11 bra) nevezzk.

5.10 bra: A struktrviszkzus mledk folysgrbje

5.11 bra: A struktrviszkzus mledk viszkozitsgrbje

Az egyes polimer tpusok olvadsi karakterisztikja: [bra]

Newtoni kzeg ramlsa kapillrisban: [bra]

12

A nyrer s az ramlsi sebessg eloszlsa:

A Hagen-Poiseuille sszefggs:

ahol V = trfogatram, R = kapillris sugara, l = kapillris hossza, = newtoni viszkozitsi tnyez

mledkindex (=folysindex): A szabvnyos folysi mutatszm az a grammokban kifejezett anyagmennyisg, amely a vizsglati s anyagszabvnyban elrt hmrsklet s nyoms mellett a szabvnyos mrkszlk kifolynylsn 10 perc alatt kifolyik.

Az ramlsi sebessg eloszlsa a krnyezeti hmrsklet vltozsa esetn, illetve a trgyalt anyagmodellek esetn: lsd. Newtoni kzeg ramlsa kapillrisban [bra]

Vals polimermledk ramlsa "dugszer" csszs, eltrsek a stacioner ramlstl, vghatsok a polimer mledkek kplkeny alaktsa sorn (reolgiai duzzads s cskkentsnek lehetsgei): Polimer mledkek estn a newtoni viselkedstl val eltrs miatt a kapillrist elhagy mledk duzzadst figyelhetjk meg. A jelensget klnbz elmletekkel lehet magyarzni, de abban mindegyik megegyezik, hogy az n. kifolysi duzzads legfontosabb oka az mledk rugalmas viselkedse. Mc.Intosh szerint a kapillrisba belp mledk kzps znjban egy dug csszik (5.41 bra), amely a tengelyben ugyan feszltsgmentes, de a palstjn h nyrfeszltsg bred. Ez a feszltsg a kapillrisban val elre halads sorn relaxldhat, de meg nem sznik, torztja a dugt, s egy rugalmas nyrdeformcit breszt benne. Kilpskor a feszltsg felolddik, a torzult dug visszarugzik, az mledk megduzzad. A gondolatmenet helyessgt ltszik bizonytani az, hogy mindazon hatsok, melyek a nagyobb mrtk relaxcit segtik el, cskkentik a duzzads (Ds/D) mrtkt.

13

gy pl. a kifolysi duzzads cskken: a hmrsklet nvekedsvel a kapillris l hossznak nvekedsvel a tartzkodsi id nvekedsvel az tlagos mltmeg cskkensvel.

14

MANYAGSZER FELDOLGOZSI TECHNOLGIA

Hrom lpse s ltalnos jellemzi hre lgyul s hre nem lgyul polimerek feldolgozsa esetn. HL s HNL anyagok feldolgozsi technolgii. HNL anyagoknl a gyrtstechnolgia s a feldolgozs-technolgia sszefggse! A kt f csoport lesen elvlik a feldolgozsi technolgik tekintetben. Mg a hre lgyulk feldolgozsa egyszer kplkeny alakts (frccsnts, extruzi, kalanderezs, melegen /vkuummal/- formzs stb.) addig a hre nem lgyulk feldolgozsa reaktv technolgia, ahol rendszerint magban a szerszmban, a feldolgozs sorn alaktjuk ki, visszafordthatatlan kmiai reakciban a kvnt srsg trhlt. A hre lgyulk kiemelst az is indokolja, hogy ez a csoport adja a szintetikus polimerek legsikeresebb, legnagyobb volumenben gyrtott hnyadt, a 20. szzad msodik felnek forradalmian j anyagait. A manapsg gyrtott polimerek 8590 %-a hre lgyul. A hre nem lgyul, trhls polimerek kztt viszont ott vannak a legsikeresebbek, a fejlett technikt szolgl n. high-tech alkalmazsokban

kivl szilrdsguk kiemelt hllsguk, ill. a kszs- s feszltsgrelaxci lecskkentsben mutatott

mszaki elnyeik miatt. Nem vletlenl, itt talljuk a legjobb mtrix anyagokat a nagy szilrdsg kompozitokhoz is. Az eltr molekulaszerkezet miatt a hre lgyul s a trhls polimerek ellltsa s feldolgozsa is jelentsen eltr egymstl. Jl megfigyelhetk a klnbsgek a 13.1 s 13.2 brkon, ahol a hre lgyul s a trhls polimerek ellltst hasonltjuk ssze. A trhls polimertermkek gyrtsa kzben kmiai reakci is lejtszdik, ezrt az ilyen termkek ellltst reaktv feldolgozstechniknak nevezzk.

13.1 bra:Hre lgyul manyagok gyrtsnak smja

15

13.2 bra:Hre nem lgyul (trhls) manyagok gyrtsnak smja

16

EXTRZI/EXTRUDLS

Az extrudlssal feldolgozhat anyagok: hre lgyul polimerek

Az extruder felptse: A csiga mrett a hossz/tmr, azaz l/d arnyban 20 krli rtknl talltk optimlisnak.Hre lgyul anyagok esetn ugyanis kell egy bizonyos tartzkodsi id, hogy a polimer teljes mrtkben mledk llapotba kerljn. A kell hmennyisget ftbettekkel biztostjk a hengerfal krl. A ftssel prhuzamosan htsrl is gondoskodni kell a kis hingadozs (feldolgozshoz optimlis hmrsklet) biztostshoz. Az extruzinl alkalmazott hmrsklet alacsonyabb, mint a

frccsntsnl, a hosszabb tartzkodsi id miatt, s az alapanyag viszkozitsa miatt. A ltrejv nyoms is ltalban egy nagysgrenddel kisebb, mint a frccsntsnl.

Az extrudercsiga geometrija: 1) A behz szakasz feladata a szilrd anyag szlltsa a kompresszis szakasz fel. Egycsigs extruderek esetn ennek alapvet felttele, hogy a csiga s polimer kztt kisebb legyen a srlds, mint a henger s a polimer kztt. 2) A kompresszis szakasz ketts funkcival br. Az egyik az anyagnak a megmlesztse, a msik a megfelel nyoms biztostsa az anyag extruderszerszmon trtn tsajtolshoz. A megmls folyamata a melegebb hengerfallal rintkez anyagrszecskkkel kezddik, majd a nyoms s a csigaforgs kvetkeztben a csiga menetrkban cirkulcis ramls jn ltre, amely gyorstja a polimer megmlesztst. A kompresszis zna msik feladatt, a nyoms nvelst alapveten ktfle mdon rik el. Az egyik eset, amikor a csiga magjt nvelik (magprogresszv), a msik eset, amikor a menetemelkedst cskkentik (szgdegresszv). Egy harmadik, m nem elterjedt megolds, amikor a menetszrny szlessgt nvelik meg. Az gy ltrehozott nyoms nemcsak az anyag szerszmon trtn tsajtolshoz szksges, de legtbb esetben ez biztostja az anyagrszecskk kztt lv leveg eltvoltst is. Amennyiben a feldolgozstechnolgia szempontjbl ez nem elg, akkor kln erre a clra kifejlesztett gynevezett gztalant extruder alkalmazsa javasolt. 3) A harmadik szakasz az n. homogenizl, vagy kitol szakasz. Homogenizlsra nemcsak akkor van szksg, ha valamilyen adalkanyagot, vagy erst anyagot kevernk el a polimer anyagban, hanem akkor is, ha tiszta polimert extrudlunk. Ennek az oka, hogy a megmleszts utn a hmrsklet az anyag hengerrel rintkez felletnek (ahol a htads trtnik) kzelben nagyobb, attl tvolabb kisebb. Ha ezt a problmt nem kszbljk ki, az a termk minsgt ronthatja. Ilyen keverelemek nemcsak a csiga vgn, hanem ms szakaszn is elfordulhatnak.

Az extruder feladatai: (lsd. lent)

17

Az extruderben vgbemen folyamatok: Az extruzi a polimerfeldolgozs egyik leghatkonyabb, legjelentsebb technolgija, amelynek sorn a (tipikusan hre lgyul) polimert az extruder kplkeny llapotba hozza, majd a viszkzus mledket homogenizlja, s ha kell, gztalantja, ezutn nyoms al helyezi (komprimlja), adott, vltozatlan keresztmetszet, nyitott szerszmon keresztlsajtolja, a tovbbiakban a kvetberendezsekkel mretllandsgot biztostva lehti, s gy lland keresztmetszet polimertermket gyrt tetszleges hosszsgban, folytonos zemben.

Az extrudlssal gyrthat termkek: csvek, filmek, lemezek; kbelbevonatok; tbbrteg flik (pl. mezgazdasgi); granultumok, tbbszrsen sszetett reges termk.

Az extruder szerszm ltalnos felptse, szakaszai: A polimerek viszkoelasztikus karaktere s klnskppen azok a szablytalan ramlsi jelensgek (pldul a kifolysi duzzads) korltozzk a profilkialakts szabadsgt. A lehtskor az extrudlt termkbe, profilokba befagyott feszltsgek ugyanis ksbb, a tarts ignybevtel sorn helyileg eltr relaxcis jelensgeket, mretvltozst, torzulst, feszltsgi repedezst, korai tnkremenetelt okozhatnak. Ezek j rsze az extruderszerszm tervezse sorn elkerlhet. Az extruder vgre illesztett szerszmok kzs vonsa, hogy az anyagramot a kvetkez szakaszokon tvezetik: tmeneti szakasz, alakad szakasz s simt (vasal) szakasz. Az tmeneti szakasz a kr-keresztmetszet viszkzus anyagram tvezetst biztostja. Az alakad szakasz mr a kvnt adott keresztmetszet kpt alaktja ki. Ezt a keresztmetszetet a kvetkez szakaszban valamelyest mg szkteni rdemes: a profilt ebben a szakaszban stabilizljk: a helyi nyoms enyhe nvelsvel mg kivasaljk. A szerszmbl kilp polimer anyagram mg nem teljesen szilrd. A vgs megszilrduls az extrudert kvet kalibrl egysgben kvetkezik be, amelyben a kvnt mretpontossgot biztostjuk.

A lemezgyrts szerszma:

A szlesrs szerszm: Az alapvet feladatot az jelenti, hogy egy kr-keresztmetszet anyagramot kell egyenletesen, skban szttertennk, akr 2000 mm-nl is szlesebb 15 mm-nl is vastagabb lemezz. Az mledk elszr egy vllfa alak elosztcsatornba jut, majd az egyenletes anyagram megvals-tsban kulcsszerepet jtsz torllc tjba kerl, amely az anyag egyenletes elosztsn tl,

megtrve az anyagramot, homogenizlst is vgez. A szttertett anyagram leginkbb egy delfin vagy egy cpa farkhoz hasonlt. Az anyagram egy llthat ajakon keresztl hagyja el a szerszmot, amely mg egyenletesebb teszi a termk vastagsgt. Az ilyen mdon ellltott lemezt egy hengersoron vezetik keresztl, amely a vgs lemezvastagsg, a felleti rdessg belltst, valamint az anyag htst vgzi.

A fliagyrts szerszma:

18

A csgyrts szerszma: Az mledkram egy krszimmetrikus magot kerl meg, majd a vgs mretre szktve hagyja el a szerszmot.

Csgyrt-szerszm 1, magtart; 2, szerszmhz; 3, mag;

4, csszerszm; 5 kzpontost; 6, kp; 7, ftszalag; 8, menetes csatlakoz az extruderhez

Ezutn kvetkezik a cs kalibrlsa, amely rendszerint vkuum, vagy tlnyomsos levegvel trtn kalibrls lehet. A vkuumkalibrls vzzel httt kalibrlszerszmmal trtnik. A kalibrlban kis furatok, vagy hastkok vezetnek a kalibrl bels felletig, a kplkeny csig, amelyet gy a bels atmoszfrikus nyoms a kalibrl bels falra szort.

A cs kls mretnek kalibrlsa vkuumkalibrlval 1, tske; 2, csszerszm; 3, htvz; 4, tlfoly; 5, vkuumkalibrl

A kalibrls msik lehetsge, ha tlnyomst hozunk ltre a mg kplkeny csben, s azt a kls kalibrl falhoz szortjuk. A srtett leveg bevezetse a szerszm fell trtnik. A vonszolt dug feladata, hogy megtartsa a csben a nyomst. Ha a cs bels mrett kell kalibrlni, akkor a csvet egy hosszabb, httt vonszolt dugn hzzk t.

A cs kls mretnek kalibrlsa bels tlnyomssal a, a csszerszm kilp rsze; b, srtett leveg bevezets; c, httt kalibrl szerszm; d, vonszolt dug

A fliafvs szerszma: A csomagolstechnika leheletvkony tasakjaitl a mezgazdasgi hajtathzak 0,2 mm vastag s akr 16 m szlessg agroflijig a vkony PE filmek nagy rsze tml extruzi technikjval kszl. A tmlfvs technolgijnak elve jl hasznostja a polimerek viszkoelasztikus llapotban megfigyelhet jelents nyjthatsgt s az ezzel egytt

19

megjelen szilrdsgnvekedst. A tmlfvs technolgijt kifejezetten az LDPE tpusokra optimltk, de hasonl mdszerrel fel lehet dolgozni HDPE-t, LLDPE-t.

Tbbrteg flia gyrtsa fliafvssal:

Koextrudls: Az extruzi mint rugalmas gyrtsi rendszer kitn lehetsget ad arra, hogy a gyrtott termkben tbbfle polimer egymst kiegszt tulajdonsgait megjelentsk, rvnyre juttassuk, anlkl, hogy az anyagramokat sszekevernnk. J plda erre a tbbrteg csomagolflik extruzija (8.39 bra). A koextruzi sorn teht tbb extruder anyagramt egyestjk egyetlen szerszmban. gy kszthetnk tbbrteg csvet, lemezt, skflit, st akr tmtprofilokat is magukban foglal, sok reges ablakprofilt, szeglylcet, autipari alkatrszeket s sok ms termket. A koextruzi kitn lehetsget ad arra, hogy a klnfle hre lgyul polimerek eltr gz- gz- s aromatereszt kpessgt (barrier = teresztst gtl) tulajdonsgait a korszer csomagolsi rendszerekben rvnyre juttassuk. Hasonl alapelv a skflia gyrtsban alkalmazott koextruzi is (8.41 bra). A skflik vagy lemezek koextruzijnak is legkltsgesebb eleme a szerszm s a hozz tartoz anyagram-eloszt kzdarab (adapter), amely az eltr reolgiai tulajdonsg anyagramok elosztst, majd a szerszmbl val kilps eltti egyestst kell, hogy biztostsa, kiegyenltett termkminsg mellett.

20

8.41 bra: Tbbrteg skflik koextruzija (oldalnzet): a) extruder b) adapter, c) kzdarab, d) szerszm, e) simthenger-hthengerpr, f) vastagsgmrs, g) hthenger, h) vgks, i) feltekercsels

Az extrudersor elemei s az egyes elemek feladatai: Az extrudlt termkeket gyrt gpsor magas fokon automatizlhat, folytonos zem gyrtrendszer, amely magban foglalja

az elkszt (szrt, mr, kever, adagol, szllt stb.) berendezseket, az extrudert,

a szerszmot, a kalibrl s htegysget s az egyb kvetberendezseket (darabol, tekercsel, konfekcionl, csomagol stb) kiegszt

berendezseket, clgpeket. Az 12 mm-nl is vastagabb (merev) lemezgyrt-sor vzlatt a 8.37 bra mutatja be.

8.37 bra: Lemezgyrt extrudersor a) extruder, b) szlesrs szerszm, c) simt kalander, d) kivezet

hengerpr, e) grgs szllt-ht szakasz, f) lehz hengerpr, g) darabol oll, h) vkuumos lemezemel, i) rakomnykpz robot

21

FRCCSNTS

A frccsntssel feldolgozhat anyagok: hre lgyul polimerek, pl. PP, PE

A csigadugattys frccsntgp f szerkezeti egysgei s ezek feladatai: 1) A gpllvny s hidraulikus rendszer feladata a tbbi egysg rendszerbe foglalsa, azok rezgsmentes kapcsolsnak a megvalstsa. 2) A szerszmzr egysg feladata legegyszerbb esetben a gpvzon rgztett ll szerszmflhez kpest a mozg szerszmfl megfelel mozgatsa, az osztskban trtn nyits-zrs. Amg a befrccsnts alatt a nagy frccsnyomsbl szrmaz erkkel szemben a szerszmot tkletesen zrva kell tartani (a maximlis szerszmzr er a frccsgp egyik alapvet jellemzje), addig a termk adott hmrskletre trtn lehlse utn a szerszmot nyitni kell, hogy a gyrtmny eltvolthat legyen. A szerszmzr egysg lehet mechanikus (knykemels), vagy hidraulikus. 3) A plasztifikl- s frccsegysg a frccsgp legfontosabb egysge, feladata az alapanyag tkletes megmlesztse s a szerszmregbe juttatsa. 4) A vezrlegysg feladata a frccsgp teljes kr kontrolllsa s a kapcsolattarts biztostsa az ember s a gp kztt. 5) A frccsntshez szksg van alakad szerszmra is, de azt nem soroljk a f egysgek kz, mivel az tbb gpen is felhasznlhat, illetve egy gp tbb szerszmmal is zemelhet.

A csigadugatty felptse: A csiga hts szakasza az etet, vagy ms nven behz zna (d=ll), amely a szilrd granultumot az etet tlcsrbl a fvka fel szlltja. A csiga kzps rsze az mleszt, vagy ms nven kompresszis zna (dD), ahol az anyag megolvad, tmrdik s lgtelenedik. A kitol, vagy ms nven homogenizl znban (D=ll) trtnik az mledk homogenizlsa.

A frccsntgp mkdse: Az adagol tlcsrbl az alapanyag (granultum) a gravitci hatsra a csiga etet (behz) znjba kerl. Az anyag szlltsa a csigacscs (fvka) irnyba a csiga forgatsnak hatsra trtnik, mikzben az anyag a (szablyozhatan) fttt hengerfallal val rintkezs s a srlds hatsra folyamatosan melegszik, vgl megolvad. Az mledk j homogenitsa (anyagban s hmrskletben) teht a palstftssel, valamint a csiga geometrijval illetve fordulatszmval szablyozhat. Mivel az mledket gyorsan s jl kell homogenizlni, az egyes technolgiai folyamatoknak megfelelen a csigt geometriailag ltalban 3 szakaszra osztjk. A csiga forgsa kvetkeztben a fvkhoz rkezett polimer mledk nem kerl azonnal a szerszmba. Az anyag szerszmba juttatsnak ugyanis nagy sebessggel kell trtnnie, hogy az mledk llapotban tltse ki a szerszmreget. A plasztifikl aggregt teljestmnyt nem lehet gy belltani, hogy az a j homogenizls mellett a kvnt sebessggel bejuttassa az mledket a szerszmregbe. A plasztifikls s a befrccsnts kztt teht az mledket trolni kell. Ebbl kifolylag a csigadugattys frccsgp csigja axilisan elmozdthat. A fvka irnyba trtn anyagramls kvetkeztben az mledk a csigacscs eltt gylik. Ekkor a csiga mikzben tovbb forog a csigacscs eltt bred torlnyoms hatsra htrafel elmozdul (csigarvidls). Egy meghatrozott, elre bellthat visszafuts utn a kvnt mledkmennyisg a csigacscs eltt felgylemlik. Ekkor a csiga forgsa lell, s ezzel egytt a tovbbi anyagszllts megsznik. A csigahz (frccshenger) szerszm felli vgt a fvka (dzni) zrja le. Ezen a fvkn keresztl jut majd az mledk a szerszmba, de a frccsntsi (befrccsntsi) fzison kvl mskor nem szabad anyagnak kikerlni innt. Ezrt a fvknak legalbb a plasztifiklsi folyamat alatt zrhatnak kell lennie. A befrccsnts a plasztifikl- s frccsegysg msik fontos feladata a csigacscs eltt sszegylt plasztifiklt s homogenizlt mledk bejuttatsa a zrt szerszmba. Ezt nagyon gyorsan kell vgrehajtani, nehogy a hideg szerszmmal rintkez

22

anyag mg id eltt megdermedjen. Mivel az mledknek viszonylag nagy a viszkozitsa, a befrccsntshez nagy nyoms szksges, ezrt a csignak nagy sebessggel s nagy ervel kell elre mozognia. Ezt az axilis mozgst a hidraulikus dugatty biztostja. Termszetesen ezt a folyamatot is szablyozni kell, nehogy a szerszm illetve az mledk tlzott ignybevtelnek legyen kitve. A kitltsi fzis alatt termszetesen gondoskodni kell arrl, nehogy visszafel ramoljon az mledk. Erre szolgl az n. visszaramlsgtl, amely mindaddig megakadlyozza az mledk htrafel trtn ramlst, ameddig a csigacscs eltt nagyobb a nyoms, mint mgtte. (6. bra) A nagy sebessg befrccsntst kveten az mledk a hideg (temperlt) szerszmregben lehl, s ekzben zsugorodik. Az ekkor fellp trfogatcskkenst tovbbi mledkadagolssal mg ptolni kell. Ez az n. utnyoms szakasza, amikor is a csiga mg lassan elre mozog, tovbbi mledket juttat a szerszmba mindaddig, amg ltalban a legszkebb keresztmetszetben meg nem szilrdul az anyag (lepecsteldsi pont). A csigacscs eltt teht a teljes folyamat alatt egy mledk tartalknak kell lennie, s ezen a prnn keresztl addik t a csigadugatty nyomsa. Az utnyoms befejezse utn a csiga forogni kezd, a torlnyoms hatsra axilisan htrafel elmozdul, gy jra kezddik a plasztifikls. A szerszmregben megszilrdult mledket, amely most mr a gyrtmny, a szerszmbl el kell tvoltani. A ksztermk kell merevsgnek elrse utn a szerszm kinylik, a gyrtmny eltvolthat, majd egy adott vrakozsi id utn a szerszm zr, s ksz az j mledk befogadsra. A nyitsi- s zrsi sebessgek a korszer gpeken mr szablyozhatak.

A frccsnts ciklusdiagramja:

A frccsntssel elllthat termkek: Tetszleges alak 3D alkatrszek s termkek.

A frccsnt-szerszmok alaptpusai: A frccsnts legfontosabb gpszerkezeti eleme maga az alakad szerszm. A frccsntszerszm kpezi ki, fogja krl azt a zrt reget, amelybe a forr polimer mledket frccsntjk nagy sebessggel, nagy nyomssal. A frccsntszerszm teht nagyszilrdsg aclbl kszlt, sokfle mozg elemet is tartalmaz, nyithat s igen pontos illesztssel zrhat reges berendezs, clgp (9.8 bra). Egy-egy frccsgpen szerszmcservel igen sokfle polimeralkatrszt gyrthatunk, egy frccsnt gphez teht tbb szerszm tartozhat.

9.8 bra: A frccsnt szerszm mkdsi elve

23

A frccsnt szerszmban lapok kz illesztjk a gyrtand 3D-s alkatrszt, gy hogy azt lehetleg egy megtretlen osztskkal kpzeletben megosztjuk, majd ezen osztsk kt oldaln kpezzk ki az aclszerszm konkv domborulatait, amelyek az reget zrjk, 9.9 bra.

9.9 bra: Szabvnyostott, elre gyrtott ptelemek frccsntszerszm ellltshoz

Az acllapokra bonthat szerszm ptsi elve lehetv teszi azt is, hogy manapsg a szerszmgyrtsban egyre tbb szabvnyostott, elre gyrtott pt elemet alkalmazzunk. A frccsntszerszm fbb rszei a kvetkezk:

bemlcsatorna eloszt csatornk (tbb fszkes szerszm esetn) gt (szalag-gt, thegy-gt, alagt-gt, stb.) hagyomnyos, ill. melegcsatorns bemlrendszerek kidobrendszerek (a ksztermk kilksre a nyitott szerszmbl) ht, ill. temperl rendszerek, a szerszm megkvnt hmrskletnek lland

szinten tartsra. A bemlcsatornn keresztl ramlik t nagy sebessggel a polimer mledk a frccsnt gp fvkjbl a szerszmba. Ez a csatorna tipikusan 2,5 5,0 mm tmrj, a szerszm fel bvl, kpos alak, hogy a beledermed polimeranyag a szerszm nyitsakor a termkkel egytt eltvolthat legyen. A hre lgyul polimer termk csatornamaradka

24

kihlt llapotban termszetesen visszarlhet, jrafeldolgozhat. A frccsnts gyakorlatilag hulladkmentes technolgia. Az eloszt csatornkra tipikusan tbb munkahelyes, tbb fszkes szerszmok esetn van szksg, de az is sokszor elfordul, hogy egy bonyolult trformj alkatrszhez tbb csatornn vezetjk oda az anyagramot. Ezek a csatornk is tipikusan kr-, vagy flkr szelvnyek, indul keresztmetszetk sszegt nem vlasztjuk nagyobbra, mint a bemlcsatorna vgs keresztmetszett. Sokfszkes szerszmban a csatornkat gy kell megtervezni, hogy a polimeranyag minden egyes fszek gtjhoz ugyanabban az idpillanatban, s azonos nyomson rkezzen el. A gt az eloszt csatorna s a tervezett munkadarabot megvalst szerszmreg tallkozsi pontja, a kapu, amelyen t a polimer az regbe lp. Szktett keresztmetszete azt a clt szolglja, hogy a ksztermkrl a csatornamaradkot knnyen, nyomtalanul el lehessen tvoltani. A gt teht ersen leszktett keresztmetszet hozzvezet csatorna, amelyen thaladva a felgyorsul, felmeleged polimer mledk viszkozitsa lecskken. A gt alakja s elhelyezse szerint megklnbztetnk filmszer bemlst, ill. gtat, szalaggtat, thegy-gtat s alagt-gtat. Az alagt-gt (l. 9.11 bra) az alkatrszhez rendszerint oldalirnybl rkez ersen leszktett csatorna, amely olyan ponton van az alkatrszen elhelyezve, hogy a szerszm nyitsakor, az alkatrszkidob erhatsra a lehlt csatornamaradkot maga a szerszm lenyrja, gy nincs szksg sorjzsra. A szerszm ftmegt hteni kell. A 200300 C hmrsklet polimermledk lehtshez a szerszmban ma mr nem elgedhetnk meg egyszer csapvz-htssel. A ksztermk zsugorodsra, marad feszltsgeire, felleti minsgre, ltalban a pontos mrettartsra igen nagy hatssal van a kiegyenltett, temperlt (vagyis azonos hmrsklet htfolyadkkal dolgoz) hts. A szerszmtemperlst kln htkr valstja meg, amelynek keringetst s elklntett visszahtst kln htagregt vgzi.

A frccsnts s frccsntgp sszehasonltsa az extrudlssal ill. az extrderrel: A frccsnts s az extrudls a polimerfeldolgozsi technolgik kt legfontosabb alakadsi eljrsa. Amg azonban az extruzi csak vltozatlan keresztmetszet termket gyrt tetszleges hosszsgban (s ilyen rtelemben az egy- s ktdimenzis termkek eljrsa), addig a frccsntssel

tetszleges alak 3D alkatrszeket s termkeket gyrthatunk, zrt szerszmban trtn formaadssal, nagy nyoms, kis viszkozits polimermledk gyors belvellsvel (injection

molding, Spritzgiessen),

szakaszos zemmdban. Mindkt nagyvolumen eljrsnak, a frccsntsnek s az extruzinak megvan az a nagy elnye, hogy gyakorlatilag hulladkmentes feldolgozst biztost a hre lgyul polimerek plasztikus alakadsa rvn, a termk pedig jra feldolgozhat marad (recycling). Mindkt eljrs rendkvl termelkeny s jl automatizlhat, robotosthat. S br a frccsnts tipikusan szakaszos zem, szemben az extruzi folytonos zemmdjval, igen j termelkenysg azltal, hogy itt mg nagyobb nyrsebessggel dolgozzuk fel, alaktjuk kplkenyen szerkezeti anyagunkat. Az extruzi s a frccsnts polimerfeldolgozsi technolgik egyttesen manapsg a polimerfeldolgozs volumennek jval tbb, mint felt adjk. Pl.: amg a polimermledk tipikus nyomsa az extruderben 1040 MPa, addig a frccsgpben ez a nyoms tipikusan 80120 MPa, st efltti. Hasonlan ltalnos rvny sszefggs, hogy a kisebb viszkozits elrse rdekben a frccsgpben az mledk hmrsklete jelents mrtkben magasabb, mint az extruderben.

25

KALANDEREZS

Kalanderezs alatt azt a polimerfeldolgozsi mveletet rtjk, amelynek sorn a hre lgyul polimerbl kt vagy tbb forg henger kztt flit vagy lemezt lltunk el, illetve valamilyen (tbbnyire textil) hordozra polimer bevonatot ksztnk.

A kalanderezssel feldolgozhat anyagok s elllthat termkek: Kalanderezsre amely a fmfeldolgozsi technolgik kzl a lemezhengerlsre hasonlt, leginkbb az amorf hre lgyul polimerek alkalmasak, amelyeknek szles olvadsi hmrsklettartomnya van, s gy viszonylag szles hmrsklethatrok kztt vannak szvs-kplkeny llapotban. Kalanderezssel elssorban hrzkeny polimer anyagokat, pldul kemny s lgy PVC-t, PVC kopolimereket, tsll polisztirolt, ABS-t, s cellulz-sztereket dolgoznak fel. A kalanderezs ugyanis alacsonyabb hterhelst jelent az alapanyag szmra, mint a hasonl lemeztermkek alternatv gyrtstechnolgija, az extrzi. A kalanderezssel folyamatos zemben vkony filmeket, flikat lltanak el. A gyrthat fliaszlessg tbbnyire 2 s 4 m kztt vltozik, a gyrtsi sebessg elrheti a 100 m/percet is. A kalanderezssel ellltott flik, filmek vastagsga ltalban 30 s 800 m kztt van. Specilis kalanderekkel ennl vastagabb lemezeket is ellltanak, pl. a klnbz PVC-padl flesgeket, hang-s hszigetel manyag taptkat.

A kalander hengerek, a kalanderek felptse: A modern kalanderek legalbb 3, de esetenknt 4 vagy 5 hengerbl llnak. Lgy PVC feldolgozshoz inkbb az F tpust alkalmazzk, mint amilyen a bal oldali brn is lthat. A jobb oldali brn 3 hengeres kalander vzlatos elrendezse lthat. A prhuzamos tengely hengereket stabil

keretszerkezet tartja. A

hengerek kzti tvolsgot nagyon pontosan be lehet

lltani. A hengerek tengelyben az egyik oldalon a

ftkzeg be- s elvezetshez szksges furatokat alaktjk ki, a tengelyek msik oldala a meghajtshoz csatlakozik. Mindegyik hengernek kln, fokozatmentes fordulatszm szablyozssal elltott egyenram motorja van. A 600800 mm tmrj s 24 m hossz kalander-hengereknek egyrszt ellent kell llniuk a rsben fellp igen nagy erknek, msrszt felletknek kemnynek s kopsllnak kell lennie (500550 HB). Ezrt tbbnyire kregntssel ksztik azokat.

A hengerek felleti minsgvel szemben is magasak a kvetelmnyek. A hengereket a j tapads elrshez 0,1 m felleti rdessgre kszrlik, vagy 0,01 m felleti rdessgre polrozzk. PVC feldolgozsnl a korrzis veszly miatt kemnykrmozott hengereket alkalmaznak.

A hengerek kztt nagy nyoms lp fel, ezrt azok kihajlanak. Ezt a kihajlst kompenzlni kell, hogy a flia teljes szlessgben egyenletes vastagsgot lehessen ellltani. A kihajls kompenzlsra hrom mdszer terjedt el: a profilkszrls (bombrozs), a henger tengelyeinek szgellltsa, illetve a visszahajlts ellennyomatkkal.

26

7.3 bra: Kalander hengerek kihajlsnak kompenzlsa: a) szgelllts, b) ellenhajlts

A szgellltsnl az utols eltti henger tengelynek befogst elfordthatan kpezik ki. A henger tengelynek elfordtsval a rs nagysga a henger kt szln nagyobb lesz, mint kzpen, ez fogja kompenzlni a hengerek kihajlst. Az ellenhajltsnl az utols henger tengelyt hidraulika segtsgvel oly mdon deformljk, hogy az az anyagtl szrmaz er okozta kihajlst kompenzlja. Ezzel a kt mdszerrel tbbnyire nem tudjuk a termk kell mretpontossgt biztostani; tovbbi korrekci alkalmazsa is szksges. Ez a korrekci a kt utols henger felletnek meleg llapotban trtn mretre kszrlse, az n. bombrozs (hord vagy bomba alakot kzelts.) Napjainkban ezzel a mdszerrel a termk vastagsgnak kb. 5 m-es mretpontossga rhet el.

mledk ramls a kalander hengerek kztt: A kt henger kzl a polimer a melegebb, a mattabb, vagy a nagyobb kerleti sebessg hengerre tapad fel, s gy kerl a kvetkez hengerprra. Fontos, hogy a hmrsklet egyenletes legyen a henger szlessge, valamint kerlete mentn, mivel nagyobb hmrskletklnbsg a henger egyes terleteinek eltr htgulst, s ezzel egyenetlen fliavastagsgot okoz. A hengereket nyoms alatt lev forr vzzel ftik. A ftkzeg furatait a henger fellettl mintegy 50 mm tvolsgban kpezik ki.

A polimer anyag elksztse kalanderezshez: A kalanderezs sorn a kalander hengerei a polimert az adott formra (flia, film) hozzk. Clszer, ha a kalander hengereinek csak az alakadssal kapcsolatos munkt kell elvgeznik, s a polimer megmlesztse, plasztifiklsa ms mveleti egysgben trtnik. (A kalander tl drga berendezs, ezrt plasztifiklsra ignybe venni nagyon gazdasgtalan megolds.) A kalanderre a megfelel adalkokkal elre sszekevert homogn polimer mledket visznek fel. Ezt a homogn mledket az elplasztikls sorn lltjk el. Az elplasztikls trtnhet a kevers utn szakaszos zemben, klnbz belskeverkkel, vagy folyamatosan, a keverssel egy lpsben, keverextruderrel. A folyamatos elplasztikls elnysebb a ksztermk minsge szempontjbl, mert knnyebben biztosthat az egyenletes mledkminsg, az lland hmrsklet s az mledk azonos termikus s deformcis ellete. A folyamatos elplasztiklst vgz keverextrudereknl nagy gondot fordtanak a polimer homogenizlsra. Az extruder csigjn klnfle kever s gyr elemeket alaktanak ki a homogenizls minl tkletesebb ttelre. A kalander eltt kever hengerszket alkalmaznak. Ez a tovbbi homogenizls mellett pufferknt (kiegyenltknt) is mkdik, valamint a polimer mledkben jelen lev gzok eltvozsra is lehetsget ad. A kever hengerszknl a hengerek kztti rs nem prhuzamos, ezrt az anyag a hengerek egyik vgtl a msikig vndorol. Itt forg kssel egy szalagot levlasztanak, s azt szlltszalag segtsgvel folyamatosan a kalanderre

27

vezetik. A kalanderre adagolt anyag mennyisgnek egyenletesnek kell lennie, klnben a kalander hengerei eltt, a hengerrsnl kpzd szakll (7.4. bra) tlzottan lehlne, ami a flia minsgnek romlst idzn el. A szakllkpzds minden hengerpr eltt szksges, ez biztostja az egyenletes fliavastagsgot.

7.4 bra: Szakllkpzds a kalander hengerei kztt

A kalandersor elemei:

Lgytott s kemny PVC lemezek s flik gyrtsa: (lsd. A polimerek gyrtstechnolgijnl)

Flianemests: prgels, kasrozs, dublrozs, nyjts: 1. Prgels: Egyes alkalmazsoknl a flia fellett mintzattal ltjk el. Ez az eljrs az un. prgels v. barkzs v. dombornyoms. A prgelst a kalandert elhagy flia kismrtk lehlse utn, annak termoplasztikus llapotban vgzik egy httt, mints nyomhenger s gumibevonat ellen henger kztt. 2. Dublrozs: Fliavastagts, pl.: 3 db 0,1 mm-es s 1 db 0,3 mm-es flit sszevasalok. 3. Kasrozs: A kalandersor utols henger prja vgzi. A ragaszt anyagon tvezetett textil/szvet belenyomdik a polimerbe. 4. Nyjts: A flia tulajdonsgainak javtsa vgett csinljk. A molekulk orientldnak a nyjts irnyba. Csak az egyik irnyba lesz ers az anyag.

Extruder Extruder Hengerszk F-kalander

Lehzs

Hthengerek

Tekercsels

28

A FLIAGYRTS ANYAGAI S TECHNOLGII

Anyagai: PVC, PP

Technolgik: extrudls, kalanderezs

HRE LGYUL POLIMEREK KLNLEGES FELDOLGOZSI TECHNOLGII

reges testek gyrtsi technolgii, feldolgozhat anyagok s gyrthat termkek: Az eddig megismert manyagfeldolgoz eljrsokkal nem lehet gazdasgosan palackokat, tartlyokat vagyis reges testeket ellltani. Az ilyen termkek ellltsra tbb mdszert is kifejlesztettek. A leggyakrabban alkalmazott technikk:

extrzis fvs frccsfvs rotcis nts sszepts kt hjbl.

A fvsos technolgival feldolgozhat manyagok vlasztkban napjainkban mg nem szerepelnek ersen tlttt vagy szlersts anyagok, mert ezek folykpessge s mledkszilrdsga nem megfelel. Kis mrtkben tlttt (fknt a folykpessget kevss befolysol tltanyagokkal, pl. talkum, faliszt) manyagok feldolgozsra mr trtntek ksrletek. A kt leggyakrabban hasznlt anyag a HDPE s a PET, ezen kvl PVC-t s PP-t is gyakran dolgoznak fel extrzis vagy frccsfvssal.

Palackfvs extrzis fvssal s frccsfvssal, a kt technolgia sszehasonltsa: Az extrzis fvsnl extrzival csvet ksztenek a polimerbl. A mg meleg, nagyrugalmas llapotban lev csvet (elgyrtmny) kt flbl ll szerszmban, srtett levegvel (ritkbban, degradcira rzkenyebb polimerek esetn nitrogn gzzal) a szerszm falhoz prselik, ahol a manyag felveszi a szerszm alakjt. A leggyakrabban ksztett palackoknl a (tbbnyire csavaros) nyak kikpzse az n. tske segtsgvel trtnik. A 10.1 brn lthat az extrzis fvs vzlata. Mivel az extrudlt cs nincs megtmasztva, a polimer kivlasztsnl a legfontosabb szempont az mledkszilrdsg. A csnek nem szabad elszakadni sajt slya alatt, ugyanakkor kellen rugalmasnak kell lennie ahhoz, hogy a szerszm alakjt felvegye. Extrzis fvssal tipikusan 250 ml s 5000 l kztti reges testeket lehet ellltani. A folyamatosan dolgoz extruderrel mkd technolgikat elszeretettel hasznljk a termikus degradcira rzkeny anyagok, mint a PVC, feldolgozsra. Az extrzis fvssal ellltott termkeknl kevesebb ktttsg van, mint a frccsfvssal ellltottaknl, gy pl. itt knnyen kialakthat a palackon reges foganty. Szintn viszonylag szabad keze van a terveznek ersen nyjtott, vagy lapos alakok kialaktsban. Az extrzis fvs szerszmait gyakran ksztik alumniumbl, gy a szerszm kltsge kb. egyharmada a frccsszerszmnak. Az elgyrtmny tmegt, illetve vastagsgeloszlst viszonylag knnyen lehet vltoztatni, ezrt az extrzis fvst gyakran alkalmazzk prototpus kifejlesztsre.

29

10.1 bra:Extrzis fvs [10.1] balra: cs extrudlsa, kzpen: a cs felfjsa a szerszmban, jobbra:

szerszmnyits s kidobs

Az extrzis fvssal ellltott termk tervezsnl is clszer nhny szablyt betartani. Ilyenek pl. a felfvsi arny, lekerektsi sugarak, a szerszmok geometriai mretei, stb.

A frccsfvsnl a polimermledket egy elgyrtmny szerszmban elhelyezett fm bettre (tske) frccsntik. A mg meleg elgyrtmnyt ezutn a tskvel egytt thelyezik a ksztermknek megfelel alak szerszmba, s a betten keresztl felfjjk, 10.13 bra. Van arra is eljrs, hogy a teljesen lehlt elformt (tske nlkl) egy msik gpen jramelegtve fjjk fel.

10.13 bra:A frccsfvs vzlata [10.1] balra: az elgyrtmny frccsntse s eltvoltsa az elgyrtmny

szerszmbl jobbra: a prsleveg a betten keresztl fjja fel az elgyrtmnyt

A bett segtsgvel a frccsfvsnl a kisebb mledkszilrdsg polimerek is alkalmazhatk, mint pldul ltalnos cl PS vagy PET, amelyeket extrzis fvssal nem lehetne feldolgozni. A technolginak vannak korltai is, pldul frccsfvssal csak tmr fogantyval elltott palackot lehet kszteni, mg az extrzis fvssal reges foganty is kszthet. A frccsfvshoz hasznlt szerszmok ra kb. hromszorosa az extrzis fvsnl hasznltaknak, mert ott alumniumbl kszthetk a szerszmok. Nagy trfogat s nagy tmeg termkek ellltsra is az extrzis fvs alkalmasabb, frccsfvssal

30

leggyakrabban 500 ml-nl kisebb rtartalm palackokat lltanak el. Nagy sorozat, kis trfogat termkeknl a frccsfvs a leggazdasgosabb technolgia. A frccsfvsi technolginl sokkal kevesebb sorja keletkezik, mint az extrzis fvsnl. A palackok nyak-kialaktsa is preczebben oldhat meg, mint az extrzis fvsnl. A pontosan frccsnttt elgyrtmny miatt a ksztermk trfogata is pontosabban tarthat, a nyomstart dtitalos palackok gy kszlnek.

Centrifuglnts: Nagymret (110 m3), zrt s nyitott reges testek ellltsra hasznlt eljrs. Elssorban hre lgyul manyagokat dolgoznak fel ezzel a mdszerrel is, de lehetsges a reaktv (vagyis az alakadssal egyidejleg kmiai reakci is lejtszdik) feldolgozstechnika is. Elnye:

az olcs szerszm s berendezs, a termkek nagyon kis bels feszltsge, a szinte tetszleges (s knnyen vltoztathat) falvastagsg, hegedsi varratmentes termkek kszthetk, a szerszm vagy anyagcsere gyorsan megvalsthat.

A mdszernek van nhny htrnya is: kis falvastagsg termkek (0,75 mm alatt) ksztsre nem alkalmas a fvsos technolgikhoz kpest lass, kis mret termkeknl nem versenykpes nem minden polimer alkalmas rotcis formzsra

A rotcis nts a kvetkez lpsekbl ll: a fthet szerszmba meghatrozott tmeg manyagot helyeznek el granultum,

vagy por formjban, a szerszmot sszezrjk, felmelegtik (a szerszm tpustl fggen lgcirkulcis

kemencben, vagy duplafal szerszm esetn ftkzeget cirkulltatva a szerszm falai kztt), s kt egymsra merleges tengely krl forgatjk (a fordulatszm nem szokta tllpni a 30 fordulat/perc rtket, ltalban 310 ford/perc),

a polimer megolvad, a keletkez mledk a centrifuglis er hatsra egyenletesen eloszlik s felveszi a szerszm alakjt. A folyamat idtartama vltozik a polimer minsgtl s a falvastagsgtl fggen; ltalban 525 perc kztti rtk,

a szerszmot ezutn tovbb forgats mellett lehtik, szintn tpustl fggen htkamrban levegvel, illetve vzpermettel, vagy duplafal szerszmnl megfelel htkzeget cirkulltatva a szerszm falai kztt. A hts idtartama is kb. 1020 perc,

a ksztermket eltvoltjk.,

31

Manyaglemezek melegformzsa, feldolgozhat anyagok s gyrthat termkek: A melegalakts alapveten klnbzik az eddig megismert feldolgozsi technolgiktl, melyeknl a kiindulsi alapanyag granultum vagy por formj volt, s a feldolgozs (alakads) viszkzusan foly (mledk) llapotban trtnt. Ezzel szemben a melegalaktsi eljrsok kzs sajtossga, hogy tbbnyire extrudlssal ellltott hre lgyul polimer lemezeket, flikat (elgyrtmnyokat) alaktunk tovbb, s viszonylag kis erkkel lltjuk el a vgtermket. A folyamat lnyege a kvetkez: A polimer lemezt ltalban sugrz hvel elmelegtjk a kvnt hmrskletre, kilgytjuk, de nem olvasztjuk meg csak alakthat llapotba hozzuk. Ezt kveten ezt a lgy, kis modulusz (kis merevsg) anyagot viszonylag kis ervel a hideg szerszmba (szerszmra) prseljk vagy szvjuk (alakads). A folyamat vgn a szerszmban (szerszmon) lv anyagot tbbnyire leveg rfvssal lehtjk (alakrgzts), s a ksztermk eltvolthat. A mdszer a fmlemezek mlyhzsra hasonlt. A mdszer nagy elnye, hogy a megfelelen kilgytott lemez kis erkkel is nagy mrtkben alakthat, ezltal a szerszm anyagkltsge alacsony. gy pl. egy kemnyfa szerszmmal akr 1000, vagy alumnium szerszmmal tbb 10 000 formzs is megvalsthat. Az eljrs htrnyaknt meg kell emlteni a viszonylag magasabb anyagkltsget, hisz pl. a granultumbl valamilyen technolgival el kell lltani, vagy meg kell vsrolni a formzand, azonos vastagsg, lehetleg feszltsgmentes lemezt. Elmondhat, hogy melegalaktsra az amorf hre lgyul polimereket hasznljuk szvesebben, mint a kristlyosokat, mivel ezek alakthatsgi hmrsklettartomnya szlesebb.

Vkuumformzs: Vkuumformzssal ltalban nagymret, vkonyfal termkeket lltanak el. Alapelve szerint a formzand meleg lemez s a szerszm kztt vkuumot ltestenek, s ez a max. 1 bar nyomsklnbsg alaktja a lgy polimert. A szerszmkialaktstl fggen negatv s pozitv vkuumformzst klnbztetnk meg (11.3 bra). Egy-egy termk elvileg mindkt szerszmmal elllthat, hogy mgis mikor melyiket alkalmazzk, annak eldntsre ismertetnk nhny szempontot:

A termknek mindig a szerszmmal rintkez fellete a pontosabb, gy a pozitv szerszmmal gyrtottnak a bels, a negatvval ellltottnak pedig a kls mrete.

Pozitv szerszmra a termk rzsugorodik, eltvoltsa problms, mg negatv szerszmbl kizsugorodik, teht knnyen eltvolthat.

A pozitv szerszm ellltsa egyszerbb, mivel a kls felleteket kell megmunklni, gy a szerszm olcsbb.

Ezek utn a vkuumformzsos technikk nhny sajtossgt foglaljuk ssze.

32

11.3 bra:A negatv s a pozitv vkuumformzsi eljrsok sszehasonltsa 1) ftelemek, 2) flia, 3)

szerszm, 4) vkuum, 5) vgtermk

Melegts. Az elgyrtmny megfelel hmrskletre trtn melegtse trtnhet az alakt gpen, melegt kemencben vagy kontakt ftlemezek segtsgvel. Vkuumformzs esetn ez tbbnyire a gpen, infravrs hsugrzkkal trtnik, mivel a nagymret, meleg, lgy lemez mozgatsa problematikus. St, azokat a polimereket, amelyeknek a melegalakts hmrskletn minimlis a szilrdsguk (PE, PP), clszer a melegts alatt a formzgpen lgprnval altmasztani. Tekintettel arra, hogy a manyagok rossz hvezetk, a felmelegtst csak viszonylag lassan lehet elvgezni. A tlzottan gyors melegts a felleten krosodst (elsznezdst, hlyagkpzdst) okozhat, mg a lemez belseje mg hideg. Vastagabb lemezek, igen j hszigetel kpessg habflik alaktsra ajnlatos a ktoldali (als-fels) fts alkalmazsa. Ezzel elkerlhet a megengedhetetlen hmrskletklnbsg a lemez kt oldaln. Mg egyszer hangslyozzuk, hogy az alaktand lemez hmrskletnek a fellet minden pontjn azonosnak kell lennie! Ellenkez esetben egyenltlen lesz a hlskor fellp zsugorods, aminek kvetkeztben megengedhetetlen vetemedsek, elhzdsok jnnek ltre. A lemez homogn hmrskleteloszlst az infravrs hsugrzk klnbz (kzpen kisebb, a szls znban nagyobb) teljestmnyre lltsval lehet biztostani.

Elnyjts. A melegalaktsi technolgia lnyegbl kvetkezik, hogy a vkuum bekapcsolsa utn a lgy lemez folyamatosan tlti ki a szerszmreget, vagy feszl r a pozitv szerszmra. Tekintettel arra, hogy a hideg (temperlt) szerszmrsszel rintkez anyag a tovbbiak sorn mr nem nylik, az ilyen egyszer esetekben jelents, nha megengedhetetlen falvastagsg klnbsgek lpnek fel. Ennek elkerlsre klnbz elnyjtsi mdszereket dolgoztak ki (11.4 bra). A 11.4/b brn nagyon jl lthat, hogy mirt kell az alaktand lemezeknek egyenletes vastagsgaknak lenni. Az elfvs fzisban ugyanis bels tlnyomssal nyjtjuk a lemezt. Ha ennek falvastagsga klnbz, a nyoms egyenletes terjedsbl kvetkezen a vkonyabb rszben jobban nylik, extrm esetben kilyukad.

Mlyhzs: A hzformzsok sorn a felmelegtett lemez leszortsra rugz keretet (rncfogt) hasznlnak, aminek kvetkeztben alaktskor a lemez szlei el tudnak csszni, ezltal

33

egyenletesebb falvastagsg termkeket lehet ellltani. A mlyhzst srtett levegvel vagy nyjtblyeggel vgezhetik. A srtett levegs mlyhzsnl (11.6 bra) a krben leszortott, kilgytott lemez alaktst srtett leveg alfvsval oldjk meg. Lthat, hogy ezzel az eljrssal csak egyszer geometrij termkek (pl. nagymret vilgtkupolk) gyrthatk. Htrnya a mdszernek a gyrtmnyok rossz reproduklhatsga, ezrt viszonylag ritkn hasznljk. Ezt a htrnyt azzal lehet kikszblni, hogy a lemez fl egy alakad szerszmot helyeznek, de ez mr a korbban megismert prslgformzshoz vezet.

11.4 bra:Elnyjtsi lehetsgek a) 1. felmelegts, 2. mechanikai elnyjts, 3. vkuumformzs, b) 1.

felmelegts, 2. elnyjts srtett levegvel, 3. mechanikai nyjts, 4. vkuumformzs

34

11.5 bra:Tlnyomsos formzs [11.4]

11.6 bra:Mlyhzs srtett levegvel [11.4]

A blyeggel trtn mlyhzskor (11.7 bra) a lgy lemezt a hztske alaktja a kvnt mrtkig. A termk geometrija eben az esetben is korltozott.

11.7 bra:Mlyhzs blyeggel

Az eddig ismertetett valamennyi eljrsnl fennllt annak a veszlye, hogy a ksztermk falvastagsgban nem kvnatos klnbsgek jnnek ltre. Ennek az az oka, hogy az alakts sorn a lemeznek max. csak az egyik oldala rintkezett merev alakad szerszmfllel, mg a msik oldalon leveg volt. Ezt a htrnyt azzal lehet kikszblni, ha az alaktsra ktoldali merev szerszmot hasznlunk.

35

11.8 bra:Mlyhzs pozitv-negatv szerszmmal

A 11.8 brn vzolt mdszer, melyet akr sajtolsnak is nevezhetnk, a szerszmkltsg jelents nvekedsben is eltr a korbbi technikktl.

Prslgformzs: A tlnyomsos (vagy prslg-) formzs elve megegyezik a vkuumformzssal, azaz az alaktand lemez egyik oldaln tlnyomst alaktunk ki, s ezzel knyszertjk azt pl. a negatv szerszmba. A klnbsg az, hogy a tlnyoms nagyobb lehet 1 bar-nl, ezltal nagyobb alakterket lehet megvalstani. Az eljrs sorn az anyag felmelegtse s a lgtmr zrs megvalstsa jelent nehzsget, hisz a lemezt melegt infravrs hsugrz s a lgtmr zrst is biztost alakad szerszm is az alaktand lemez felett kell, hogy elhelyezkedjk. Mivel mindkett nem lehet egyszerre ott, ezrt a melegt testet (kocsit) a felmelegts utn el kell onnan tvoltani, ezutn a szerszmot a lgy lemez fl (lemezre) vezetni, ltrehozni a lgtmr zrst, s csak ezutn hozhat ltre az alakadshoz szksges tlnyoms. Termszetesen lehet a lemezt is mozgatni, a problmt azonban ez sem oldja meg.

36

TRHLS SZERKEZET POLIMEREK FELDOLGOZSA

Frccssajtols: A frccs-sajtols a korbbi rtelmezs szerint olyan sajtolsi eljrs, amelyben a sajtolanyagot (a mg nem trhls, oligomer anyagot) klnll kamrban, nem a szerszmban mlesztik meg, s onnan juttatjk (akr egyszer dugatty segtsgvel) a szerszmba. Ezt az el-kamrt csigs frccsnt dugatty is kiszolglhatja.

9.20 bra:A frccs-sajtols alapelve [9.11]

9.21 bra:A frccs-sajtols (injection-compression molding) jabb rtelmezse. Fent: mledk befrccsnts kiss nyitott

szerszmba, Lent: szerszmzrs, hts [9.5]

A frccs-sajtols msik, jabb rtelmezse szerint a frccsnt gpbl rkez mledk nem teljesen zrt, hanem kiss nyitott szerszmba rkezik. A teljes kitltshez elgsges polimer anyagot ezutn a szerszm sszezrsval sajtolsnak vetik al. Az gy kszlt termk legnagyobb elnye a hre lgyulk esetn is jl rvnyesl: az utnyoms egyenletesebb (pl. a nagyfellet, krszimmetrikus munkadarabon) s a termk zsugorodsa gy jobban kzbentarthat, kevesebb bels feszltsghez vezet.

37

NAGYSZILRDSG POLIMER KOMPOZITOK

A kompozit fogalma: Polimerkompozitnak nevezzk az olyan sszetett szerkezeti anyagot, ahol a szvs mtrix s a nagy szilrdsg erstanyag kztt kivl adhzis kapcsolat van. A mtrix s az erstanyag szerepe, az egyttdolgozs felttele: Az erstanyag szerepe, hogy biztostsa a megfelel merevsget s szilrdsgot, felvegye a terhelst. A mtrixanyag szerepe, hogy sszefogja a szlktegeket, vdje a szlakat a kls krnyezetei s fizikai behatsoktl ill. a terhels eloszlst, kzvettst biztostson.

Mtrix anyagok: A hre lgyul polimerek (pl. polipropiln) olvaszts alakads hts folyamattal dolgozhatk fel. A folyamat vgn nem jn ltre trhls szerkezet, gy e lpsek reverzibilisek. Hre lgyul polimereket ltalban rvid (1-5mm) szlakhoz hasznlnak mtrixanyagknt, melyeket frccsntssel, vagy extrzival dolgoznak fel. Napjainkban elssorban hre kemnyed gyantkat hasznlnak a nagy teljestmny kompozitok ellltshoz. A hre kemnyed anyagok (pl. epoxi, poliszter, vinilszter, poliimid,) folyadk halmazllapotbl, egy irreverzibilis folyamat vgn, trhls szerkezet szilrd halmazllapotba mennek t. Ha ez megtrtnt, tbb mr nem olvaszthatk meg, habr a hmrsklet vltoztatsa jelentsen befolysolja mechanikai tulajdonsgaikat. Nagy elnyk, hogy szobahmrskleten feldolgozsuk sorn folykonyak s feldolgozsukhoz - ellenttben pl. a frccsntssel - nem szksges nagy nyoms. Elnykre rhat mg az alacsony rfekvsk, azonban nagy htrnyuk, hogy jrahasznostsuk nem megoldott. Az iparban jelenleg a kt leggyakrabban hasznlt hre kemnyed gyanta az epoxi s a teltetlen poliszter gyanta.

Az erstszlak tpusai, tulajdonsgai: termszetes

- nvnyi: minsge fgg az azvi idjrstl, nem egyenletes len (Eurpa) kender sisal (zsia)

- llati: nem elterjedt, nem igazn j - svnyi:

kermia azbeszt (betiltottk, mert mrgez)

mestersges - szerves

PE: knny, nagy szilrdsg, de! nem elterjedt, mert a kompozit legfontosabb kritriumnak, a szl-mtrix minl ersebb hatrfelleti kapcsolatnak, csak klnleges felletkezelsekkel tud megfelelni

PP PA

- szervetlen

vegszl: tmrje 10-14 m (hajszl 1/5-1/10-e), olcs, nagy mennyisgben rendelkezsre ll, UV stabil, vegyszerll, elektromosan szigetel, de! ers koptat hats, nagy srsg, trkeny, alacsony rugalmassgi modulusz

sznszl: alacsony srsg, magas rugalmassgi modulusz, magas szilrdsgi rtkek (a hatszglet egysgekbl felptett lamellk

38

alkotta grafitszerkezetnek ksznheten), alacsony htgulsi egytthat, de! rideg s drga; Zoltex gyrtja Magyarorszgon

bazaltszl: j hszigetel, nagy szilrdsg, j csillaptkpessg, olcs, gyorsan gyrthat, de! nem egyenletes, a szlfejek lnyegesen nagyobb, mint a szl tmrje, akkor gyengti a kompozitot, de ha nem sokkal nagyobb, akkor nem engedi a szlkihzdst, ami elny; jdonsg, fleg a BME-n lltjk el; lvacseppeket szll fjnak

aramid: golyll mellnyek s gumiabroncsokhoz hasznljk; alacsony srsg, magas szilrdsgi rtkek, j dinamikai tulajdonsgok, tsll, hajlkony, lngllsg, de! krnyezeti hatsokkal szembeni gyenge ellenllkpessg (UV s nedvessgrzkenysg) s alacsony nyom szilrdsgi rtkek

Az erstanyagok kiszerelsi formi, polrdiagram: Roving: unidirekcionlis rteg, a szlak egy irnyba llnak, a mechanikai tulajdonsgok egy irnyban kimagaslak; kteg (roving), vagy szalag formban jelenik meg

Szvet: sztt s kttt textlik tartoznak ide, amelyek kt egymsra merleges kitntetett irnnyal rendelkeznek (lteznek multidirekcionlis kelmk is, amelyek 3 irnyban) Paplan: A tr mindhrom irnyban erstanyagot tartalmaznak a tztt kelmk s a rteg vastagsg

irnyban is erstanyagot tartalmaznak, nincs mechanikailag kitntetett irny

A kzi laminls:

Ez a technolgia alacsony kltsgei s szleskr alkalmazhatsga miatt a legelterjedtebb. Prototpus ill., kis sorozatgyrts esetn a leggazdasgosabb. A pozitv vagy negatv szerszm fellett formalevlasztval kell kezelni, hogy a termk a szerszmbl eltvolthat legyen. A

termk kls rtege ltalban egy n. gl rteg, ez a gyantban ds tlttt rteg ll ellen a krnyezeti hatsoknak (idjrs, mechanikai behatsok). Ezt kveten kerlnek felhordsra a termk tehervisel rtegei, erstanyag rtegek kerlnek titatsra grgk, hengerek ill., ecsetek segtsgvel. A legfontosabb, hogy tmr, lgzrvny nlkli falvastagsgot ksztsnk, ehhez nyjt segtsget a leveg kigrgzse a mr timpregnlt rtegekbl. A ksz kompozit lemez akr tbb tz rtegbl is llhat, ehhez legfkppen a megfelel gyanta kivlasztsra kell gyelni (glid, exoterm hcscs). A lamint tartalmazhat jelents erstseket, megvastagtsokat, bordkat, fm-bettet, stb.; valamint felplhet szendvics-szerkezetknt is. A trhlsts az alkalmazott gyantarendszernek megfelelen trtnik ltalban szobahmrskleten, de egyes esetekben emelt hfokon is trtnhet. Utlagos emelt hfok trhlsts a konverzi szempontjbl minden esetben ajnlatos. Ezt kveten a termk mretre vgsa, szlezse ill., utlagos szerelse trtnik.