A Pyron oxidált szál a mőszaki textíliák egyik fontos alapanyaga Tálos Jánosné, Zoltek Rt. Dr. Kerekes Zsuzsa, Ybl Miklós Fıiskola A szakirodalomban és a szakcikkekben egyaránt nagyon sokat foglalkoznak a szénszállal, és alig fordul elı, hogy a szintén jelentıs felhasználású oxidált akrilszálat állítsák a középpontba. Általános, hogy a magyarországi és külföldi felhasználók, az érdeklıdık is sok esetben szénszálként emlegetik az oxidált szálat, és az elnevezés összekeverése mellett a jellemzı tulajdonságokat is közel hasonlónak gondolják, pedig nagyon különbözı anyagokról van szó. Mind az oxidált szál, mind a szénszál poliakrilnitril prekurzor felhasználásával készül. A prekurzor lényegében módosított akrilszál. A Zoltek szénszál termékeihez és a Pyron szálhoz használt kiindulási prekurzor szál gyártástechnológiáját Nyergesújfalun, az akril textilszál gyártási tapasztalatokat felhasználva, továbbfejlesztve dolgoztuk ki. A textilszálhoz használt polimer összetételét, gyártási, szőrési technológiát meg kellett változtatni, hiszen a szénszál és az oxidált szál tulajdonsága nagymértékben függ a prekurzor jellemzıitıl, az oxidáció és a karbonizálás körülményeitıl. Az oxidált szál és a szénszál gyártásának lépései az 1. és 2. ábrán láthatók. A technológiai lépésekbıl kitőnik, hogy az akrilszál oxidálásakor elıször az ún. oxidált akril szál keletkezik. Ebbıl egy további oxidációs folyamatban, amelyet ebben a fázisban már szenesítésnek hívunk, szénszál keletkezik. Az oxidált szál gyártásnál a prekurzor kábelt az oxidációs kemencéken húzzuk át, ahol oxigén jelenlétében, közel 300 o C hıfok fokozatos emelésével játszódik le az oxidációs folyamat, miközben a fehér színő szál színe óaranyon keresztül feketébe megy át. A folyamat végén a kábelre, a tovább feldolgozást segítı preparációt, és nedvességet viszünk, majd dobozba rakjuk le a PYRON kábelt. A szénszál gyártásánál az oxidáció után a folyamatot nem szakítjuk meg a szál lerakásával, hanem egy alacsony, és egy magas hıfokú kemencében, nitrogén atmoszférában elvégezzük a szenesítést, ez után következik a szénszál felületkezelése, ami biztosítja a szál és az erısítendı anyag kémiai kötıdését, majd feltekercseljük a kábelt egy párhuzamos papír csévére.
1. ábra. PYRON szálgyártás
1
2. ábra. PANEX szálgyártás A bemutatott technológia során a molekulaszerkezet változása jól mutatja a prekurzor, az oxidált szál, és a szénszál egymáshoz való viszonyát (3. ábra). A prekurzorban az oxidációs folyamat alatt, hı hatására, oxigén jelenlétében a nitril csoportok hidrogén leadása mellett ciklizálódnak. Az oxidált szál stabil szerkezető, a széntartalma 62 %-ra növekszik, ami mellett 4 % hidrogént, 21% nitrogént és 13% oxigént tartalmaz. Az oxidált szál gyártásánál még nem lép föl átmérı- és súlycsökkenés, csak a molekulaszerkezet átrendezıdése következik be. A szenesítés folyamatában a széntartalom 95 % fölé emelkedik, ez azt jelenti, hogy elsısorban oxigén és nitrogén távozik, súlyveszteség következik be, miközben a szál átmérıje 13 µ-ról 7,2 µ-ra csökken, és kialakul a kristályos molekulaszerkezet.
3. ábra. A molekulaszerkezet átalakulása Az összetételbıl és a szerkezetbıl adódóan az oxidált szál (PYRON) és a szénszál (márkaneve: PANEX) eltérı tulajdonságokkal rendelkezik, amibıl az is következik, hogy a szénszál és az oxidált szál különbözı céllal, különbözı felhasználási területeken alkalmazható.
2
Cikkünk fı témája a PYRON szál. A PYRON szál, hasonlóan az akrilszálhoz, mind kábel, mind vágott szál formában készül, sıt a Zoltek PYRON szálakból készült fonalat és szövetet is gyárt és forgalmaz. Legnagyobb mennyiségben kábelt, kisebb mennyiségben göndörített vágottszálat értékesítünk. A viszonylag kisebb mennyiségő szövet, fonal, kötöttáru egy részét bérmunkában állíttatjuk elı. A PYRON szál tulajdonságait az 1. táblázatban mutatjuk be. Az oxidált szál szilárdsági, mechanikai jellemzıi, ha az akril textilszálhoz hasonlítjuk, kissé gyengébbek, ha a szénszálhoz hasonlítjuk, akkor annak csak töredékét érik el. Nagy különbséget mutat a szál törékenysége, amit legjobban a hurokszilárdsággal tudunk jellemezni. Ez a jellemzı az akrilszálnál 120 mN/tex, az oxidált szálnál 35mN/tex. A szénszál esetében hurokszilárdság olyan kicsi, hogy meg sem lehet mérni. A táblázat adataiból jól látszik, hogy a PYRONT nem erısítı anyagként használják, ellentétben a szénszállal. 1. táblázat. A PYRON szál fizikai tulajdonságai
2. táblázat. LOI értékek
3
Az éghetıségre vonatkozó LOI (Limited Oxigen Index) jellemzıket a 2. táblázat mutatja. A PYRON normál levegıben nem ég, nem olvad, önkioltó. Éghetısége elsısorban a szál sőrőségétıl függ, de függ a kiszerelési formától is. Ez azt jelenti, hogy ha normál sőrőségő (1,37 g/cm3) szálat használunk, de tömör szerkezető terméket gyártunk, akkor az éghetısége a vártnál jobb lesz. 3. táblázat. A PYRON kémiai tulajdonságai
Az oxidált szál éghetıségi tulajdonságai mellett a kémiai ellenálló képessége is jó (3. táblázat). A PYRON elektromosan nem vezetı, antisztatikumokkal a statikus tulajdonságait javítani lehet, hasonló módon, mint más szintetikus szálak esetében. Ezzel szemben a szénszál jó vezetı. Ez a tulajdonság számos alkalmazási területet nyithat meg, de nehezíti is a szál feldolgozását, hiszen pl. a szénszál a motoroknál, számítógépes rendszerekben stb. zárlatot okozhat. Ez a probléma a PYRON szálnál nem jelentkezik. A PYRON, oxidált szál és a PANEX, szénszál összehasonlító jellemzıi a 4. táblázatban láthatók. 4. táblázat. Összehasonlító adatok Tulajdonság C tartalom (%) Hıvel szembeni ellenállás Elektromos tulajdonságok Szilárdság (mPa) Modulusz (GPa) Nyúlás (%)
PYRON 62 Jó hıszigetelı Elektromosan szigetel 260 8,5 20-25
PANEX >95 Jó hıvezetı Elektromosságot vezeti 3800 242 1,5
A PYRON szál alkalmazási területein a szál jó hıállóságát, hıszigetelését és éghetıségi, és vegyi ellenálló, tulajdonságait használják ki: A védıruházat jelenti jelenleg a legnagyobb területet, ahol önállóan, esetleg aluminizálva vagy más bevonattal akcióruhák készítésére használják. Az akcióruhákat ott viselik, ahol a közvetlen lánghatásnak van kitéve az ember. Ebben az esetben a rosszabb kopásállósági, szilárdsági jellemzıknél sokkal fontosabb az éghetetlenséget biztosító 4
összetevı. Ipari védıruházathoz, extrém sportoknál, azaz hosszabb idın keresztül tartó tevékenységhez általában keverékekben kerül felhasználásra. A keverékekben a PYRON biztosítja a hıállóságot, a kisebb arányban használt aramid, vagy csökkent éghetıségő poliészter pedig javítja a szilárdságot, kopásállóságot. Hegesztı takarók is készülnek 100% PYRON szövetbıl. Vannak országok, ahol a szabvány ezen a területen olyan szigorú, hogy csak a magas sőrőségő, szilikonnal bevont PYRON szövet felel meg. A jármőiparban az utastér, és a motortér tőz és hı elleni szigetelésére használják, általában nemszıtt kelmék formájában. Épületekben tőzzáró ajtók, térelválasztókat gyártanak a felhasználásával. A bútoriparban, elsısorban középületek, színházak, szállodák bútorainak a készítéséhez, börtönök, kórházak, szállodák matracainak a gyártásához használják. Szőrıközegként való használatánál jó vegyszerállóságának, hı- és tőzállóságának egyaránt jelentısége van. Tömítések gyártására nagyon széles területen használható: üvegipar, kohászat, gépjármő, gépipar, minden olyan területen, ahol, magas hımérséklet, vagy vegyszer fordul elı, vagy a kettı együtt van jelen. A PYRON szálak jelentıs részét nem eredeti formájában, hanem szenesítés után, lényegében szénszálként használják. A PYRON szálon keresztül történı szénszál elıállítás olyan, a felhasználási igényekhez igazított formák elıállítását teszik lehetıvé, amelyeket a direkt eljárásban gyártott szénszálból a szál törékenysége miatt nem lehetne elıállítani. A legfontosabb ilyen alkalmazási terület a repülıgép fékbetétek területe, ahol kábelként, szövetként, vagy kötött formában használják a betétgyártók technológiájuktól függıen a PYRON anyagot, majd szenesítik. A felhasználás jelentıségét mutatja, hogy a termelésünk több mint a felét ezen a területen értékesítjük. A szenesített nemszıtt textíliát a fentieken kívül magas hımérséklető kemencék szigetelésére használják. A PYRON alkalmazásáról feltételezhetı, hogy sok olyan terület létezik, amire most nem is gondolunk, de amelyek a közeljövıben, vagy a késıbbiekben ismertté válnak. Várható, hogy a PYRON szál speciális tulajdonságai és viszonylag kedvezı árfekvése alapján egyre nagyobb szerepet fog betölteni a mőszaki textíliák területén. A cikk eredeti megjelenési helye: Magyar Textiltechnika LIX. évf. 1. sz. (2006), 9–10. old.
5
