Anyagismeret. Polimer habok. Hab:

Polimer habok gyártása

2

Hab:

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Olyan kétfázisú rendszer, amelyben statisztikus eloszlású, változó méretű

Polimertechnika Tanszék

gázbuborékok találhatóak polimer mátrixban.

Anyagismeret

Szinte az összes hőre lágyuló polimerből lehet habosított terméket készíteni, a legismertebb: PS („Hungarocell”), PE („Polifoam”). Térhálós anyagok közül a legismertebb a PUR hab Anyagismeret

Polimer habok

Budapest 2012. május 11.


3


Habosítás lehet: •

Mechanikai

•

Kémiai

•

Fizikai

4

Hab jellemzői:

•

Buborék inicializálása

•

Buborék növekedése

•

A hab stabilizálása

Anyagismeret

Anyagismeret

Habosodás folyamata:

1

5


6


Polimer anyagok sűrűsége:

Szerkezet szerint:

Társított =0,12 g/cm3

Szerkezeti hab

Szerkezeti hab

=1,1 g/cm3

=0,12 g/cm3

=1,1 g/cm3

=0,2 g/cm3

=0,6 g/cm3

Anyagismeret

Habosított

Anyagismeret

Nem habosított


Nyitott cellás

7


Felhasználási területek:

Zárt cellás

8

Polimer hab termékek gyártása •Extrudálással, •Fröccsöntéssel •Zártszerszámban habosítás

Anyagismeret

Anyagismeret

EPS gyártás •Előhabosítás •Pihentetés •Habosítás

2

10


11

Poliuretánok (PUR)

Mikrohab fröccsöntés

Integrálhabok

Lágy habok

Anyagismeret

Anyagismeret

Elasztomerek

12

Poliuretánok (PUR)

Izocianát

Poliol

(folyékony)

(folyékony)

Kemény

Szálasanyagok Bevonatok

habok

13

Poliuretánok (PUR)

Habosító gép

"A" komponens

"B" komponens

Tárolás

Tárolás

Kondicionálás

Kondicionálás

Adagolás

Adagolás

Habosítószer

Adalékanyagok

(folyékony)

(folyékony, szilárd)

Kész termék (szilárd)

Keverőfej Anyagismeret

Anyagismeret

Keverőfej

Keverés Formába öntés/kitöltés

Szerszám

Reagáltatás Kész termék

3

14

Poliuretánok (PUR)

Poliuretánok (PUR)

Kisnyomású gépek (3-40 bar)

15

Nagynyomású gépek (100-300 bar) •Komponensek

tárolása •Komponensek

kondicionálása Anyagismeret

Anyagismeret

•Adagolás •Homogenizálás •Öblítés

Forrás: Farkas F.: Poliuretánok

Forrás: Farkas F.: Poliuretánok

Poliuretánok (PUR)

16

Poliuretánok (PUR)

A keverőfej „a habosítógép szíve”, a készülő hab minőségének

17

Tömbhabok készítése

a kulcsa. Feladata: a komponensek homogenizálása, a nem

Keverőművel rendelkeznek, a

Lényegében statikus keverők,

kisnyomású habosításoknál

amelyekben a komponensek a

használatos.

nagynyomású anyagáramok

Minden lövés után öblíteni kell, térfogat: 12-300 cm3

kinetikus energiája révén keverednek. Nyomás: 100-300 bar, térfogat: 0,1-10 cm3, kiömlés: akár 400

1.

A folyékony reakciókeverék

2.

Krémesedési zóna

3.

Emelkedési zóna

Anyagismeret

Anyagismeret

oldódó komponensek finom diszpergálása Injektoros keverők Rotációs keverők

kg/min

4

18

Poliuretánok (PUR)

Formahabok készítése

Szerszám

•

formaleválasztó felvitele,

•megfelelő

•

betétek, erősítőanyagok

•temperálhatóság •jó

kondicionálás,

•

formazárás,

•

anyag belövése,

•

formahabok kivétele,

•

szerszám tisztítása.

Lágy formahabok

Szuperlágy hab

Nagyrugalmasságú hab

Poliéter alapú (10%) Speciális hab

Technikai hab

Textilhab

Anyagismeret

Anyagismeret

Tömbhabok

Standard hab (90%)

zárás,

•légteleníthetőség, •szériagyártásra

való alkalmasság (jó

kopásállóság).

21

Poliuretánok (PUR)

Lágy habok

Poliéter alapú (90%)

40-100oC között,

20

Poliuretánok (PUR)

Lágy tömbhabok

szilárdság (8-10 bar),

hőállóság (150-180oC),

•pontos

Anyagismeret

Anyagismeret

elhelyezése, •

19

Poliuretánok (PUR)

1.

bútorkárpit betét,

2.

matracok,

3.

járművek – ülések, szigetelő lemezek,

4.

textilipar – táskabélések, sportcipők,

5.

csomagolóipar,

6.

háztartás – szivacsok, hang és hőszigetelő elemek,

7.

sport, szabadidő – tornaszőnyegek betétje.

Egyéb 10%

Bútoripar 45%

Matrac 25%

Textilipar 5% Járműipar 15%

5

Poliuretánok (PUR)

22

Integrálhabok:

Autóipar

Cipőipar

Olyan habok, amelyekből készített gyártmányok felületén

•spoiler,

•cipőtalpak.

•sárvédő,

Építőipar

•hűtőrács,

•ablakkeretek,

•lökésgátló,

•vízelvezetők,

•oldalcsík,

•díszlécek.

pórusmentes, tömör héj képződik, és a sűrűség a gyártmány magja

Anyagismeret

felé fokozatosan csökken.

Anyagismeret

23

Poliuretánok (PUR)

•sebváltó-gomb, •kalaptartó, •fejtámla.

Poliuretánok (PUR)

Kemény habok

24

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Gyártás: szakaszos+folyamatos

Polimertechnika Tanszék

Anyagismeret

Felhasználás: •épületek

szigetelésére,

Anyagismeret

•hűtéstechnikai •csövek,

szigetelések (hűtőgép),

Térhálós polimerek

tartályok szigetelése.


6

Térhálós polimerek feldolgozása

26

Elasztomer technológiák

Technológiai különbség a hőre lágyuló és a hőre nem lágyuló polimerek feldolgozása között

Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák

Anyagismeret

Hengerszék

Anyagismeret


28



29

Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Gumi feldolgozási technológiák - kalanderezés

Anyagismeret

Zárt belső keverők

Anyagismeret

27

7


30



31


Gumi feldolgozási technológiák – extrudálás QSM extrúder

Gumi feldolgozási technológiák – fröccsöntés

Anyagismeret

Anyagismeret

Maillefer csiga


32



Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Vulkanizálás

Anyagismeret

Vulkanizálás

Anyagismeret

33

8


34


Gumiabroncs: gumi – textil – acél kompozit!

Anyagismeret

Anyagismeret

Vulkanizálás- szakaszos

Vulkanizálás- folyamatos

Gumiabroncsgyártás

35

Gumiabroncsgyártás

36

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék

Anyagismeret

Anyagismeret

Polimer kompozitok


9

39

A szerkezeti anyagok csoportosítása

Polimer kompozitok

40

Anyagismeret

Anyagismeret

A polimer kompozit többfázisú, összetett rendszerből álló szerkezeti anyag, ahol a szívós mátrix és a nagyszilárdságú erősítőanyag között kiváló adhéziós kapcsolat van.

41

Mátrixanyagok

Erősítőanyagok

42

Mátrix anyagok

Kerámia

Anyagismeret

Karbon, üveg vagy félfém tartalmúak

Hőre lágyuló PP PA PEEK stb.

Hőre keményedő Poliészter gyanta Vinilészter gyanta Epoxi gyanta Szilikon gyanta Poliimid gyanta

Fém

Alumínium Titán Magnézium Rézötvözetek stb.

Anyagismeret

Polimer

10

Természetes szálerősítésű gépjármű-alkatrészek

Erősítőanyagok

44

Anyagismeret

Anyagismeret

43

Mercedes S modell

45

Kompozitok erősítőstruktúrái

Erősítőstruktúrák polárdiagramja

46

Különböző szálak 1-dimenziós

2-dimenziós

3-dimenziós Z

Paplan

3D-Szövött

Roving Szövött

X

Y

Fektetett Szalag

Előforma Kötött

Anyagismeret

Anyagismeret

3D-Fonatolt

11

Ortotróp

45° 0° 90°

Anyagismeret

0°

0°

0°

45°

90°

- 45°

90°

90°

90°

90°

90°

- 45°

0°

0°

45°

45°

0°

90°

0°

Irányított szalag (UD/szőtt)

0° 0°

90°

SMC – Sheet Moulding Compound 0°

90°

Szendvics struktúrák – analógia a természettel

90°

BMC – Bulk Moulding Compound

49

50

Maganyagok

Struktúrált mag pl: méhsejt

Anyagismeret

Homogén mag (habok) pl: PVC, PUR, PS vagy fa

Anyagismeret

48

Kváziizotróp

Anyagismeret

Anizotróp

Pre-preg (pre impregnated) – előimpregnátum

47

Erősítőstruktúrák polárdiagramja

12

Szálerősítés

51

Határfelület

A polimer kompozit többfázisú, összetett rendszerből álló szerkezeti anyag, ahol a szívós mátrix és a nagyszilárdságú erősítőanyag között kiváló adhéziós kapcsolat van..

Anyagismeret

Anyagismeret

Mátrix

Szál

52

Határfelület

Vizsgálati módszerek

53

„All” polimer kompozitok

54

Mechanikai vizsgálatok Fragmentációs teszt Akusztikus emisszió Termokamerás vizsgálat

Anyagismeret

Anyagismeret

Csepplehúzás

13

35

1,2

30

20

1,0

Szakító szilárdság (MPa)

PE/Kukoricamaghéj

15

0,8

10

Szakító szilárdság Szakító modulus

5 0

0,6 0,4 0,2

0

10

20

Szakító modulus (GPa)

1,4

25

30

1,6

PE/Búzakorpa

1,4

25

1,2

20

1,0

15

Szakító szilárdság Szakító modulus

10 5

30

0,8 0,6 0,4

0

Töltőtartalom (%)

0,2 0

10

20

30

Töltőtartalom (%)

Anyagismeret

Anyagismeret

56

Szilárdsági tulajdonságok

Szakító modulus (GPa)

55

Szakító szilárdság (MPa)

Mezőgazdasági melléktermékek

• Mezőgazdasági melléktermékek hasznosítása • Alapanyagárcsökkentés • Részben lebomló kompozitok előállítása

A  V

d 2 4  42 d 2 d l l 4

d  l  2

57

Nanokompozitok II.

58

Anyagismeret

Anyagismeret

Nanokompozitok I.

14

59

Hajszál, szénszál, nanorészecske

60

Anyagismeret

Anyagismeret

Nanokompozitok III.

61

Nanocső

Problémák a nanokompozitokkal

62

Aggregátumok !!! Diszpergálás

Anyagismeret

Szakítószilárdság [GPa]

Anyagismeret

Tökéletes hengerré tekert egyetlen atomvastagságú grafitréteg

(„karoszék”, cikk-cakk, királis)

Fizikai keverés

In situ polimerizáció

Felület kémiai módosítása

(SWNT, DWNT, MWNT)

15

63

Hibrid kompozitok – az anyagok szinergiája

64

Hibrid mátrixú struktúra (IPN)

70 – 80 nm

Anyagismeret

Anyagismeret

0

65

Csoportosítás

100

200

300

500 nm

400

Atomerőtér-mikroszkópos felvétel a VE/EP hibridgyanta egymásbahatoló hálószerkezetéről (IPN)

66

Kézi laminálás

1

6 7 8 2

Kompozit technológia Direkt

Kézi laminálás

Indirekt

Szórás

Préselés

SMC / BMC

Anyagismeret

Tekercselés

Liquid Molding

Prepreg / Autokláv

Diaphragma

Extrúzió

Fröccsöntés

2

3

4

5

Anyagismeret

1

Pultrúzió

1 Szerszám 2 Laminát 3 Ecset 4 Görgő

5 Mátrixanyag 6 Formaleválasztó 7 Gelcoat 8 Erősítőrétegek

16

67

Kézi laminálás

Anyagismeret

Anyagismeret

Kézi laminálás

Kajak

Gyártási technológia jellemzői:

Gyártott elem jellemzői:

• Berendezés költség: alacsony

• Geometria: bármely

• Szerszám költség: alacsony

• Méret: bármely

• Munkaerő költség: magas

• Furatok és betétek: lehet

• Alapanyag költség: alacsony

• Vastagodások és bordák: lehet

• Szériahossz: kis, közepes

• Alámetszések: lehet

• Ciklusidő: hosszú

• Felület: egy jó

• Térhálósodás: egyszerű

• Szálak rendezettsége: síkbeli bármely

• Egészségügyi megfontolások: magas

68

• Száltartalom: 0.2-0.3 paplan, 0.5 szövet • Pórus, üreg tartalom: közepes • Mechanikai tulajdonságok: gyenge, közepes • Minőség: gyenge

Szórás Vágókés

69

Szórás

70

Rovingelőfeszítés

Mátrixanyag

Anyagismeret

Anyagismeret

Levegő

17

71











• Szériahossz: közepes





• Szálak rendezettsége: síkbeli random, véges szálhossz


Centrifugál szórás

72

Térhálósító

Gyanta

Keverőfej

Roving

Forgó szerszám

Anyagismeret

Anyagismeret

Szórás

• Száltartalom: 0.2-0.3 paplan • Pórus, üreg tartalom: közepes • Mechanikai tulajdonságok: gyenge

Szórófej

• Minőség: közepes

Szendvicsszerkezet

73

Szendvicsszerkezet

Térhálósított borítólemezre ragasztás (pozitív szerszám) Térhálósított borítólemezre vákuumozás (negatív szerszám)

Anyagismeret

Anyagismeret

Maganyag-felületű szerszámra laminálás











• Szériahossz: kis



• Felület: egy vagy egy sem




74

• Száltartalom: 0.2-0.3 paplan, 0.5 szövet • Pórus, üreg tartalom: közepes • Mechanikai tulajdonságok: közepes • Minőség: gyenge

18

Vákuumzsák - Autokláv

75

Autokláv

Anyagismeret

Anyagismeret

Vákuumzsák

77

Fröccsöntés

78

Anyagismeret

RTM

Anyagismeret

76

Térhálósítás

19

Fröccsöntés Gyártási technológia jellemzői:


• Berendezés költség: magas

• Geometria: egész bonyolult is lehet

• Szerszám költség: magas

80

RTM

• Méret: erősen korlátozott

• Munkaerő költség: közepes


• Alapanyag költség: alacsony • Szériahossz: közepes és hosszú • Ciklusidő: rövid

• Vastagodások és bordák: lehet • Alámetszések: nehéz • Felület: mind jó

• Egészségügyi megfontolások: alacsony

• Szálak rendezettsége: síkbeli orientált, rövidszálas

Anyagismeret

• Térhálósodás: egyszerű Anyagismeret

79

• Száltartalom: kicsi • Pórus, üreg tartalom: alacsony • Mechanikai tulajdonságok: gyenge • Minőség: közepes

81

82

RTM

Anyagismeret

Anyagismeret

RTM





• Szerszám költség: alacsony, közepes



• Furatok és betétek: lehet, furatok másik lépésben


• Vastagodások és bordák: nehéz

• Szériahossz: rövid és közepes

• Alámetszések: nehéz

• Ciklusidő: közepes

• Felület: mind jó


• Szálak rendezettsége: síkbeli bármely, térbeli is lehet


• Száltartalom: akár 0.6 • Pórus, üreg tartalom: alacsony • Mechanikai tulajdonságok: jó • Minőség: jó

20

83

84

VARTM

Anyagismeret

Anyagismeret

VARTM











• Szériahossz: rövid







• Száltartalom: 0.4 • Pórus, üreg tartalom: alacsony • Mechanikai tulajdonságok: jó • Minőség: jó

85

RIM

86

Anyagismeret

Anyagismeret

VARTM

21

87

RIM Gyártott elem jellemzői:




• Méret: közepes


• Furatok és betétek: lehetséges



• Szériahossz: hosszú


• Ciklusidő: rövid




• Egészségügyi megfontolások: közepes

60 - 80°C

Betáplálás

Nyomás

120 - 180°C

120 - 180°C

Melegítés

Térhálósítás

Nyomás

Anyagismeret

Anyagismeret


88

Préselés

• Száltartalom: 0.4 • Pórus, üreg tartalom: közepes • Mechanikai tulajdonságok: közepes

Betáplálás

Szerszám zárás

Térhálósítás

Szerszám nyitás

• Minőség: jó

89

SMC, BMC

Előgyártmány vágás

Kimé rés

Szerszámba helyezés

SMC, BMC

90

Szerszámba helyezés

Nyomás és hő

Anyagismeret

Anyagismeret

F

22

Préselés Gyártási technológia jellemzői:





• Méret: présméret


• Furatok és betétek: vertikális furat nehéz, betét lehet

• Alapanyag költség: közepes • Szériahossz: hosszú

Gyanta



Térhálósít ó

Textil előforma (szőtt, paplan)

Impregnáló fürdő

Vágás

‘Bedolgozás’ Lemez

• Felület: mind jó • Szálak rendezettsége: síkbeli random, véges szálhossz • Száltartalom: 0.1-0.2 BMC, 0.2-0.5 SMC • Pórus, üreg tartalom: közepes

Anyagismeret


92

Lemezgyártás



Anyagismeret

91

• Mechanikai tulajdonságok: gyenge • Minőség: jó

93




• Geometria: korlátozott


• Méret: korlátozott


• Furatok és betétek: nehéz



• Szériahossz: hosszú

• Alámetszések: nem lehet


• Felület: kettő jó



• Egészségügyi megfontolások: közepes

• Száltartalom: 0.2-0.3 • Pórus, üreg tartalom: közepes • Mechanikai tulajdonságok: gyenge

Tekercselés

94

Anyagismeret

Anyagismeret

Lemezgyártás

• Minőség: közepes

23

95

Tekercselés

1

3

2

1 Vezető 2 Impregnáló 3 Lehúzó

Tekercselés

96

4 Ganytafürdő 5 Vezetőszem 6 Mag

4 5 1

2

2

6

3

4

Előfeszítés

Impregnálás

Mag

Közvetlen impregnálás

Tekercselés

97



• Berendezés költség: közepes

• Geometria: zárt konvex




• Furatok és betétek: betét lehet, furat nehéz

• Alapanyag költség: alacsony • Szériahossz: kis, közepes • Ciklusidő: hosszú • Térhálósodás: komplex Anyagismeret

Anyagismeret

Közvetett impregnálás

Fektetés


Pultrúzió

98

• Vastagodások és bordák: nem lehet • Alámetszések: nem lehet • Felület: egy jó (belső) • Szálak rendezettsége: síkbeli orientált • Száltartalom: 0.5-0.6 csavar és polár, 0.6-0.7 gyűrű • Pórus, üreg tartalom: alacsony

Anyagismeret

Anyagismeret

Rovingok

• Mechanikai tulajdonságok: jó • Minőség: jó

24

99

Pultrúzió Gyártási technológia jellemzői:


• Berendezés költség: közepes

• Geometria: egyenes, állandó keresztmetszet

• Munkaerő költség: alacsony • Alapanyag költség: alacsony • Szériahossz: hosszú • Ciklusidő: hosszú • Térhálósodás: komplex • Egészségügyi megfontolások: magas

101

prototípus Pultrúzió

• Méret: bármilyen hosszú

nagy

RTM

• Vastagodások és bordák: hosszirányú bordák

RIM GMT/LFT-préselés SMC, BMC-préselés

• Alámetszések: hosszirányú lehet

Autokláv


• Száltartalom: 0.2-0.5, 0.65 roving

kis széria közepes széria széria

Tekercselés

• Furatok és betétek: hosszirányú lehet

• Szálak rendezettsége: hosszirányú, síkbeli random, orientált, véges v. végtelen szálhossz

102

Technológiai alkalmasság

Vákuumformázás Anyagismeret

• Szerszám költség: közepes

Anyagismeret

100

Pultrúzió

Anyagismeret

Anyagismeret

Pultrúzió

Szórás Kézi laminálás 1

10

100

1.000 10.000 Darabszám

100.000

1.000.000

• Mechanikai tulajdonságok: gyenge, jó • Minőség: közepes

25

103

Motortéri „front” panel

Fröccsöntött PP/GF

Fröccsöntött PA/LGF

105

Szénszálas kerékagy

106

Anyagismeret

Polimerek a motortérben

Anyagismeret

104

Anyagismeret

Anyagismeret

Irodai forgószék

26

107

Gépjármű karosszériák

108

Anyagismeret

Anyagismeret

Hangszerek

Epoxy/CF

Kompozitból készült, 8 m hosszú és széles.

109

Ohio-i vasbeton híd cseréje

Anyagismeret

Anyagismeret

X-47A típusú robotrepülő

110

A vasbeton híd 20 év után tönkrement, a két nagy átmérőjű csővel. Új kompozit híd, 3D GF/hibrid gyanta, hab, 9 cm vastag (vasbeton: 20 cm). Az előre elkészített panelek szerelése 4 órát tartott és 50 évre tervezik.

27

111

20 erőmű, 89 mkWh/év Ma 10%, 2030-ra 50 %! Leállás és nagyjavítás nélkül 20 év!

Epoxy + GF (CF) Zárt PVC hab vagy Balsafa

113

112

Airbus A380 alkatrészeinek szállítása

114

Anyagismeret

Anyagismeret

Airbus A380

Szélsőséges méretek – tervezői szabadság

Anyagismeret

Anyagismeret

Dániai szélerőmű „farm”

(első próbarepülés: 2005.04.27., üzembe helyezés: 2007. nyár) H=73 m, M=24 m, Fesz=80 m

28

115

Airbus A380 összeszerelése

116

Anyagismeret

Anyagismeret


117

Anyagismeret


29

Anyagismeret. Polimer habok. Hab:

Recommend Documents