Alkatrészgyártás II. Alpár Tibor L. Fa- és Papíripari Technológiák Intézet

Alkatrészgyártás II. Alpár Tibor L.

Fa- és Papíripari Technológiák Intézet

Szakkönyvek Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai M!egyetemi Kiadó, Budapest, 2000. Bodor G.; Vas L. M.: Polimer anyagszerkezettan M!egyetemi Kiadó, Budapest, 2000. Schwarz O., Ebeling F.-W., Furth: Kunststoffverarbeitung Vogel Verlag, 2009

2012/2013, 2. szemeszter február 6.

- előadás

február 20.

- előadás

március 6.

- előadás

március 20. - külső előadók: Falk György, Varinex Kft

Mező Péter, Arburg Hungária Kft. április 3.





- gyakorlat (egész napos), Sopron, Fa- és Papíripari Technológiák Intézet, Polimertechnika Laboratórium

április 17.

F#iskolás fesztivál

április 24.

- előadás

Polimerek

A polimerek ismétl#d# egységekb#l, monomerekb#l felépül# nagyméret! molekulák, melyekben az egységeket kémiai kötések kapcsolják össze. Elvileg végtelen sok ismétl#d# egységb#l állhatnak, szemben az oligomerekkel, amelyeket meghatározott számú (10-100) monomer alkot.

Természetes és mesterséges polimerek A polimerek lehetnek természetesek pl. cellulóz, fehérje stb., természetes alapú mesterséges anyagok pl. viszkóz, PLA, stb., vagy a természetben nem el#forduló, mesterségesen létrehozott vegyületekb#l szintetizált polimerek pl. PP, PE, PET, stb.

poli - meros Görög eredet! szavak összetételéb#l: “poli” = sok “meros” = rész A polimer kifejezést el#ször a svéd Jöns Jacob Berzelius alkalmazta 1833-ban, bár kissé eltér# értelemben: azonos empirikus képlettel leírható, de eltér# molekulatömeg! szerves vegyületeket nevezte így.

Kis történelem 1811: Henri Braconnot: cellulóz származékokat hozott létre. 1824: Friedrich Wöhler el#állítja a karbamidot. Kés#bb a XIX. században a vulkanizálással javították a természetes polimer, a gumi tartósságát. 1907: Leo Baekeland megalkotta az els# szintetikus polimert, a bakelitet, fenol és formaldehid precízen ellen#rzött h#mérsékleten és nyomáson való reakciójával.

Kis történelem A polimerek elméletével el#ször az 1920-as években foglalkozott Hermann Staudinger, aki feltételezte, hogy a polimerek kovalens kötéssel kapcsolódó atomok hosszú láncából állnak. Ezért 1922-ben Nóbel díjat kapott. Az ipari elterjedés alapjai: nylon, polietilén, teflon és szilikon. Új feljesztés pl. OLED

Makromolekulás vegyületek Kis molekula-tömeg! anyagok: tiszta állapotban el#állíthatók azonos molekulatömeg! egyedek pl. H2O, NaOH, CH3

Makro-molekulás anyagok: molekulatömeg nem állandó! új tulajdonságok, pl. elaszticitás

Polimerek

A polimerek szerves makromolekulás anyagok: természetes: növényi rostok, fehérjék, stb. mesterséges: celluloid, bakelit, PP, PET, stb.

Polimerek csoportosítása Gyártásuk szerint Feldolgozás szerint Primer szerkezet szerint Feldolgozás szerint

Gyártásuk szerint Polimerizációval (PE, PP, PVC, PS) Polikondenzációval (PA, PET) Poliaddícióval (PUR, EP) Természetes (alapú) polimerek (cellulóz, üveg, bazalt, azbeszt, fehérje)

Feldolgozás szerint h#re lágyuló (termoplaszt): PP, PE, PET, PVC, PLA, stb.

h#re keményed# (duroplaszt): fenol-, karbamid-, melaminformaldehid, MDI, epoxi, stb.

elasztomerek - általában h#re keményed#k: gumi, szilikonkaucsuk, stb.

Primer szerkezet szerint

Homopolimer, azonos monomerekb#l áll a f#lánc (PE, PP, PVC, PS) Kopolimer, keverék (ABS, Poliblend)

Szerkezet szerint lineárisak - pl. cellulóz, elágazóak - pl. poliózok, bizonyos fehérjék, térhálósak - pl. fenoplasztok, elasztomerek, folyadékkristályok

A m!anyagipar nyersanyagai Alap nyersanyag bázisok: szén, k#olaj, földgáz, természetes eredet!

A szén elgázosítás lepárlás cseppfolyósítás

Tőzeg 4-6 mév, 90% víz

Lignit 40-60 mév, 50% víz

Antracit 400-600 mév, 3% víz

A k"olaj, földgáz lepárlás, atmoszférikus lepárlás, vákuumos krakkolás

•Telített szénhidrogének •Aromás szénhidrogének •Gyanták és aszfaltének

Temészetes polimerek

•Növényi és állati eredetű származékok •celluloid, viszkóz, stb. •politejsav, biotenanol alapú PE, stb. •kazein, véralbumin, zselatin, stb.

Polimerek általános jellemzése kis sűrűség (900...2000 kg/m3), kis rugalmassági modulus; hőre lágyuló (0,7...4000 MPa), hőre keményedő (2500...10000 Mpa), kis szakítószilárdság (5...80 MPa), általában nagy nyúlás (100...800 %), kis súrlódási együttható,

nagy hőtágulási együttható, kisebb szilárdság és merevség, elektrosztatikus feltöltődés, kúszási hajlam már 20°C-on is,

jó siklási tulajdonság, kis hővezető képesség, jó elektromos szigetelő, jó ellenállás savakkal, lúgokkal környezeti hőmérsékleten, jó hangszigetelés, rezgés- és zajcsillapítás, könnyű megmunkálhatóság, viszonylag alacsony gyártási ár

nagyobb öregedési hajlam normál környezeti hatásokra, kis kifáradási határ, nagyobb gyúlékonyság

Polimerek tulajdonságai Kötések: molekulán belül, között: kovalens molekulák között: van der Waals, H-híd

Taktikusság Makromolekula szomszédos csomópontjainak sztereokémiai helyzete: izotaktikus: azonos oldalon szündiotaktikus: két oldalon felváltva ataktikus: két oldalon rendezetlenül

Polimerek el"állítása Polimerizáció: telítetlen, szerves monomer molekulák aktiválása, a szabad vegyértékek telítése melléktermék keletkezése nélkül, exoterm láncreakciókban hosszú (>103) láncú kovalens kötések kialakításával, pl.: polietilén (PE), polipropilén (PP), polisztirol (PS).

Polikondenzáció: különböz# típusú monomerek egyesítése láncreakcióban makromolekulává kis molekuláris reakciótermékek (H2O, HCl, NH3, NaCl stb.) keletkezése mellett, pl.: telített poliészter (PET, PBT), poliamid (PA), fenoplaszt (PF).

Poliaddíció: reakcióképes funkciós csoportok egyik monomerb#l egy másikhoz való átrendez#dése melléktermék keletkezése nélkül, pl.: poliuretán (PUR), epoxigyanta (EP), szilikon gyanta (SI).

Polimerizációs reakciók kett#s, hármas kötés

nem szükséges kett#s kötés, melléktermék képz#dik

egyik monomerben kett#s kötés, H vándorlás

Polimerek fázis állapota Kristályos állapot: hosszú távú rendezettség: a rendezett elemek három dimenzióban, nagy távolságban, periódikusan ismétl#dnek

Amorf állapot: közeli rendezettség különbözı fizikai állapotban lehetnek a polimert felépít# molekulák h#mozgásának jellegét#l függ#en szegmens mozgás (mikro-Brown mozgás) üvegesedési h#mérséklet (Tg ): az a hımérséklet, amely felett a szegmens mozgás lehetséges folyási h#mérséklet (Tf): a molekulák egészének mozgása domináló, aminek következtében a polimer folyóssá válik

Polimer típusok Szerkezetük alapján a polimerek lehetnek: amorf, gyengén térhálós, kristályos fázisokkal térhálósodott, er#sen térhálós.

Amorf polimerek Amorf polimerek (plasztomerek, pl. PVC, PS, PC): üvegesedési h#mérsékletük alatt használhatók terhelt szerkezetekben, üvegesedési h#mérsékletük fölött rugalmasan viselkednek, nagyobb h#mérsékleten meglágyulnak és képlékenyen viselkednek.

Gyengén térhálós polimerek Gyengén térhálós polimerek (elasztomerek, pl. PUR, SIL): üvegesedési h#mérsékletük kicsi (-70...-130°C), mechanikai igénybevételre rugalmasan válaszolnak, nincs jellegzetes lágyulásuk és olvadásuk, gumiszer! állapotukat a degradálódásig megtartják, két szomszédos polimer molekulához egyszerre kapcsolódó atomokkal (pl. S) hozhatók létre.

Részben kristályos polimerek Részben kristályos polimerek (plasztomerek pl. PE, PP, POM): üvegesedési h#mérséklet alatt kemények, üvegesedési h#mérséklet fölött jelent#s szilárdság mellett szívósan viselkednek, kristálybomlási h#mérséklet fölött a kristályos részek amorf állapotba mennek át, meglágyulnak és képlékenyen viselkednek.

Er"sen térhálós polimerek Er#sen térhálós polimerek (duromerek pl. PF, MF, UP): melegítéskor nem lágyulnak és nem olvadnak, kemény állapotukat a degradálódásig megtartják.

Polimerek jellemz" h"mérsékletei Üvegesedési h#mérséklet (Tg): amorf szerkezet! lineáris polimereknél az a molekulaszerkezett#l függ# T, amely felett szegmensmozgás lehetséges

Kristályolvadási h#mérséklet (Tkr): az a T, amely felett a kristályos tartomány szegmensmozásai lehetségesek

Olvadási h#mérséklet (To): az a T, amelynél fázisátalakulás történik

Degradálódási h#mérséklet (Td): az a T, amely felett a polimer leromlik, degradálódik

Molekulaközi erők

Jellemző Példa hőmérsékletek

Hőre lágyuló polimerek plasztomerek

Van der Waals poláros H-híd

amorf: Tg,To, Td

amorf: PS, PVC,PMMA,PC

részben kristályos: Tg,Tkr, To, Td

részben kristályos: PE,PP,PTFE,POM,PA

Hőre keményedő polimerek duromerek, duroplasztok

kovalens (sok)

kristályos: Tg, Td

fenol-formaldehid gyanták (fenoplasztok, bakelitok) amin-formaldehid gyanták (aminoplasztok, lágy bakelitok) telítetlen poliészterek epoxi gyanták

Elasztomerek

kovalens (kevés)

amorf: Tg, Td

természetes kaucsuk mesterséges kaucsuk

Termoplasztikus elasztomerek

mikro-

Tg,Tkr, To, Td

PUR

kristályokkal

Gyakorlati polimerek

Polietilén részben kristályos plasztomer etilén homopolimerizációja PE

nyomás: kicsi - közepes – nagy

S!r!ség:

LDPE 0,91 kg/dm3 ~ 50 % krist. hányad HDPE 0,97 kg/dm3 ~ 70 % krist. hányad

Jell. h#m:

Tg ~ -80 ºC (legkisebb a polimerek között) To ~ 140 ºC, Talk ~ -80 - +90 ºC

Szil.:

n#, ha nö a -molekulatömeg, -kristályos hányad -textúrásság, -s!r!ség

Vegysz:

jó, szobah#m.-en nincs oldószere fesz. korr. hajlamos (mech. fesz.+vegyszer)

Egyéb

nem poláros, nem tölt#dik, vízfelv. nem hajlamos, olcsó, áttetsz#, neg. h#tág. együttható

Felh:

csomagolástechnika, épít#ipar, mez#gazdasági fólia, vill. ipar, zsugorkötés

Polipropilén PP

részben kristályos plasztomer propilénb#l polimerizálva etilénnel kopolimerizálva

Taktikusság:

izo (70 % krist.) – szündio – ataktikus

Kristályosság:

molakulatávolság, tömeg, takticitás, elágazottság, h!tési sebesség, alakítás

H#m.:

a PE-hez képest felfelé tolódnak -15 – 0 ºC között ridegedés

Szil.:

szil., rug. mod., kúszásállóság jobb

Egyéb

jó éghet#ség – csepegés – t!z terjedése – égésgátló adalék

Felh:

csomagolástechnika, épít#ipar, labor és konyhafelszerelés, játék, sportszer

Polisztirol PS

amorf plasztomer sztirolból polimerizálva

Taktikusság:

ataktikus – amorf szindiotaktikus - kristályos

H#m.:

80 ºC alatt rideg –szálkás törés

Egyéb

kicsi nyúlás, átlátszóság hátrányos tulajdonságok

Ko-polimerek

ABS – akril-nitril butadién sztirol SAN – sztirol – akrilnitril SB – sztirol – butadién

Cél:

szil. és szív. növelés rideg, szálkás törés megszüntetése

Mód:

elasztomerrel modifikálás, sztirol kopolimerizátum – kompozit

Eljárás:

kopolimerizáció, mech. keverés

Eredmény:

többfázisú felépítés diszperz elasztomer fázis

Polivinilklorid PVC

amorf plasztomer vinilkloridból polimerizálva amorf, poláros, ataktikus er#s mközi er#k – lágyítók kemény PVC ~5 % lágyító lágy PVC ~10-40 % lágyító

H#m.:

80-ról 0 ºC-ra csökkenthet# a Tg

Mechanika:

jó, szívósság elég jó Tg alatt is, képlékenység elég jó a kemény PVC-nél is

Kopolimerek

ütésálló PVC kopolimer mech. keverés, nitril-kaucsuk

Feldolgozás:

az er#s szekunder kötések miatt segédanyagok nélkül nem lehet (lágyítók, csúsztatók)

Egyéb:

vegyszerállóság igen jó, nagyfrek-venciás technikában – polárosság(!)

Alkalmazás:

csomagolás: tartály bélés, palack, épít#ipar: ablak, ajtó keret, tapéta, padló, szigetelések; játékok, hanglemez

Poliamidok PA Nylon

részben kristályos plasztomer poliamid, diamin és dikarbonsav polimerizálva CO és NH csoportok között H-hidak alakulnak ki

H#m.:

-40 és +120 ºC-között jó tulajdonságok

Mechanika:

szil. n# a CH2 csoportok számának csökkenésével

Hátrány:

vízfelvételi hajlam – duzzadás súrl. egyh. – n# a h#mérséklettel

Alkalmazás:

szál (szil., kopásállóság, jó elsztic.), damil, háló, húr, textil, fogaskerék, fólia, csapágy

Plexi PMMA

- polimetil-metakrilát - metakrilsav-metilészter polimerizációjával amorf plasztomer

H#m.:

-40 és +70 ºC-között

Mechanika:

kicsi képlékenység, némileg szívós feszültségkorrózióra hajlamos

Egyéb:

átlátszó, 99 %-os átereszt# képesség, UV sugarakat is átengedi biológiai közömbösség szövetbarát jelleg

Alkalmazás:

optikai eszközök (szerves üveg) ablakok, véd#burkolatok protézisek, csontpótlások

PC

-polikarbonát - difenilol propán és foszgén polikondenzációja, amorf plasztomer - allil-csoportos monomer polimerizációjával duromer

H#m.:

-40 és +130 ºC-között

Mechanika:

nagy szil., üvegszállal fokozható kicsi képlékenység, ütésállóság

Egyéb:

kiváló tulajdonság együttes átlátszóság, szilárdság, rugalmasság, ütésállóság

Alkalmazás:

villamos ipar (szigetel#k, dobozok, világítótestek), biztonságtechnika (maszkok, sisakok, konténerek), épít#ipar (kupolák, csarnokok)

Teflon PTFE

politetrafluor-etilén részben kristályos plasztomer er#s kristályosodási hajlam, lineáris tetrafluor-etilénb#l polimerizálva nem poláros

H#m.:

Tg -70 ºC, To 340 ºC

Feldolgozás:

megolvasztva nem viszkózus csak spec. módszerrel dolgozható fel polimerizáció – por – formára sajtolás hidegen – szinterelés (370-400 ºC) – h!tés – féltermék (rúd, lap, tömb) – forgácsolás – késztermék fóliák: tömbökb#l „hámozással” porextrudálás: profil, kábel bevonat

Egyéb:

nagy s!r!ség (2,4 g/cm3) nagyon vegyszerálló antiadhezív nagy h#m. is fény- és id#járás álló, éghetetlen

Alkalmazás:

csapágyak, h#- és vegyszerálló szerelvények, szigetelés, tömítés, konyhai eszközök, pengék bevonata

PUR

-poliuretán, izocianát és polialkohol reakciójának eredménye lehet: -h#re lágyuló PUR, részben kristályos, -elasztomer PUR, gyengén térhálós -duromer PUR, er#sen térhálós -PUR hab -termoplasztikus elasztomer PUR

H#m.:

-szil., rug. mod. széles határok között, -alacsony h#mérsékleten is szívósak -40, esetenként -200 ºC (!)

Mechanika:

kifáradási ellenállás, kopási ellenállás kiemelked#en jó

Egyéb:

-sokszín!ség, jó szigetel#k -szövetbarát viselkedés a térhálósodott min#ségeknél

Alkalmazás:

-H#re lágyuló PUR: szál, ruhanem! -Elasztomer PUR:energiaelnyel# elemek, rugók, bordásszíjak, sícip#k, terel# pofák -Kemény PUR (duromer): fémalkatrészek védelme, tartály bélelés, konvejor görg#k, csúszó alkatrészek

Elasztomerek

- poliizoprén, polibutadién, SBS Neoprén (poliklorophén), szilikonok -gyengén térhálós szerkezet -vulkanizálás

H#m.:

Tg -50 és -70 ºC-között h#állósági határ 80 és 120 ºC-között

Mechanika:

-kicsi rug. mod., nagy rugalmas nyúlás -képlékeny alakítás kizárt

Egyéb:

polibutadién – gáztömörség kopolimerizáció: poliSztirén-Butadién-Sztirén (SBS) termoplasztikus elasztomer

Alkalmazás:

autógumi, ütköz#elemek, rugók, sportszerek,

Duromerek

-h#re keményed# -reakcióval keményed# -térhálós szerkezet

Feldolgozás:

-sajtoló anyag (por, lap sajtolása f!tött szerszámban) -önt#gyanták (reagens hatására formában térhálósodnak)

Reakció:

-polikondenzáció (fenol-, amin gyanták) -poliaddíció (epoxi gyanták) -polimerizáció els# szakasza: alapanyaggyártó, második szakasz:feldolgozó üzem

Egyéb:

-tölt#, er#sít# anyagok -nincs olvadás csak degradáció

Típusok:

-fenol-formaldehid gyanták, fenoplasztok (bakelitek) -melamin-formaldehid gyanták, aminoplasztok -epoxigyanták -poliésztergyanták -PUR duroplasztok

Baekeland, 1907

Fenoplasztok bakelitek

-fenolok+aldehidek – gyanta jelleg! -makromolekula – két funkciós -térhálós – három funkciós két típus: novolak – rezol

Tulajdonságok:

-jó, ütésállóság kicsi -jó h#állóság, elszenesedés -nem ég, nem csepeg -súrl. együttható csökkenthet# vízzel -olcsó

Egyéb:

-rezol – rezitol – rezit állapot (olvasztható – oldható – oldhatatlan) -köt#anyag, vázanyag, adalékok (fa, üveg, papír, textil, színezék, stb.)

Gyártás:

fenol-form. gyanta (rezol) – #rlés – adalékok – melegítés (rezitol) – lepény – #rlés – sajtolópor

Alkalmazás:

-mag. h#m.-en m!köd# házt. gépek alkatrészei, fék és kuplung betétek, csapágyak, épít#ipari habok, rétegelt lemez, ragasztó

Bakelit lemezek - valójában: PVC + PVAC kopolimer

Aminoplasztok

-karbamid-formaldehid (UF) -melamin-formaldehid (MF)

Tulajdonságok:

-jó, ütésállóság kicsi -rugalmassági modulusz jó -közepes h#állóság, -nem ég, égésgátló -melamin – élelmiszerrel érintkezhet -olcsó, színezhet#

Egyéb:

-fokozatos kondenzáció -tölt#, vázanyagok – kompozit -sajtoló anyag – rétegelt lemez

Alkalmazás:

-doboz, tányér, pohár, tálca, laboráru -nagyfrekvenciás szigetelés -dekorációs lemezek (impregnált papírlemez rétegek, fenolgyatás mag, kemény, fényes, vegyszer- és vízálló)

Epoxigyanták

gy!jt#név – epoxi csoport, addíció alkalmazás els#sorban kompozitként üveg-, szén-, aramid szál

Tulajdonságok:

-kicsi h#állóság max. 130°C -éghet#, csak adalékokkal -nagy szilárdság kompozitként -jó vegyszerállóság, jó tapadás -drága

Egyéb:

-térhálósítás szobah#mérsékleten: keverés térhálósítóval -térhálósítás növelt h#mérsékleten el#re keverés (sajtolóanyagok)

Alkalmazás:

önt#gyanta, beágyazás ragasztó (acél, alumínium) kompozit (hajó, csúszda, tartály, sporteszköz, ) Nyák panel, int. ármakör tokozás

Poliészter

-észter csoport alapanyaggyártás: polikondenzáció térhálósítás: kopolimerizáció (sztirol) -els#sorban kompozit anyag -polieilén-tereftalát (PET), plasztomer -polietilén-naftalát, plasztomer

Duromer:

-jó szilárdság, ütésállóság, kicsi rug. modulusz, -közepes h#állóság (130°C) -felületi gyantaréteg kell a vízfelvétel miatt csövek, tartályok, hullámlemezek, hajótest, lámpatestek, aknafedelek, polimer beton, karosszériaelemek, padlók

Plasztomer: PET

-amorf és kristályos változat (120→ 65 °C) -mechanikai merevség, méretstabilitás, -gázzárás, -PEN – magasabb üvegesedési h#mérséklet m!szál, palackok, fóliák (mez#gazdasági, írásvetít#), billenty!k, magnószalag, fogaskerekek, villamos csatlakozók, szállítószalagok

Polimertechnika Polimer feldolgozás

Technikák El#készítés gépei Száraz keverés Ömledék keverés Granulálás Gyártás

El"készítés I. Keverés

Keverés Szinte minden termék alapanyaga összetett keverékb#l áll. Pl. PVC cs! 6-8-féle adalék. Adalékok: véd# adalékok - valamilyen hatás ellen funkcionális adalékok - valamilyen tulajdonság növelése miatt

Véd"adalékok antioxidánsok - oxidáció ellen stabilizátorok - öregedés ellen antisztatikumok - feltölt!dés ellen t!zvéd# adalékok biostabilizátorok stb.

Funkcionális adalékok lágyítók csúsztatók ütésállóságot javítók er#sít# szálak habosítók térhálósodást indítók

Alapanyagok A polimerek általában: granulátum, por. Adalékok lehetnek: granulátum, por, folyadék, paszta.

Keverési technológiák száraz keverés (dry blend) poroknál ezt követ#en közvetlen adagolás a feldolgozógépbe ömledék keverés, magasabb h#mérsékleten feldolgozógépbe adagolás el#tt granulálás, szemcsézés granulátum szárítása

Keverési módok Diszperzív keverés kohézív, összetartó komponensek méretcsökkenésével együtt járó intenzív keverés - pl. összetapadt festékpor keverése polimer porba fluid mixerrel, Disztributív keverés eloszlató, méretcsökkenéssel nem járó, extenzív keverés - pl. ömledék polimerek keverése ikercsigás extruderben

Keverékek Kompaund (compound): adott célra összeállított keverék (polimerek + adalékok) Blend: polimer-polimer keverékek, amelyek homovagy kopolimerként viselkednek - termodinamikailag kompatibilisek Ötvözet (alloy): termodinamikailag összeférhetetlen polimereknél kompatibilizáló adalékokkal - nagyon intenzív keverési megoldásokkal

Száraz keverés

Száraz keverés Porok, granulátumok keverhet#k gravitációs úton vagy kever# hatású gépelemekkel, mesterkeverékek (masterbatch) készítéséhez Porkever#k alaptípusai: szabadesés elv! buktatott hordó, eltolás elv! kever#k, forgatott lapát forgatott edényben, eltolás és repítés elv! fekv# hengerek, örvénykever# (nagy sebesség! centrifugális)

Buktatott hordó

Eltolás elv! kever"

Jellemző fordulatszám: 0,1-1 m/s

Eltolás-repítés

Nagy sebesség!

Kever berendezések 5

Száraz keverékek kever berendezései

Porok fluidizációs keverése: akár 4000 ford./min 5-10 min alatt 100°C szakaszos Fluid-ágyas örvénykever

csatlakozó h!t#kever#/aprító

Silós kever"k Gravitációs siló Kever berendezések 4

Száraz keverékek kever berendezései Pneumatikus kever# siló

Vándorcsigás siló Függ#leges csigás siló

4

Függ"leges csigás kever"

A keverendő anyagok mérete és sűrűsége közel azonos legyen.

Kúpos kever"k

Vándorcsigás High shear

Ömledék keverés

Ömledék keverés Polimerek és adalékaik megfelel#, homogén keverése csak ömledék állapotban lehetséges. A kever# lehet: szakaszos - Banbury kever# - gumiipar folyamatos - extruder (nem csak kever#, hanem önálló feldolgozógépek is!): egycsigás ikercsigás bolygócsigás

Szakaszos ömledék keverés

Hengerszék Gumiipar, gumiabroncs gyártás F# gépe a hengerszék: két közeli, de nem érintkez# f!tött henger egymással szembe forog eltér# (10%) fordulatszámmal. keverék h#mérséklete: 100-120 °C keverés ideje ~1 óra

Ebb#l fejl#dött ki a kalande-

Hengerszék és zárt kever" 1: hengerpalást 2: kéregöntvény 3: a h!t#víz furatai 4: forgó szakáll 5: keverékpalást 1: fels# kapu (bélyeg) 2: kamrafal 3: kever#kamra 4: rotor 5: h!t#vízcs# 6: alsó kapu

Banbury kever" Bels# keverés, két, egymással szembe forgó f!tött, bütykös hengerrel 8-as keresztmetszet! házban. Fordulatszám alacsony: 1 ford./min A keverés tulajdonképpen dagasztás (kneader). M!ködése szakaszos.

Banbury kever"

Folyamatos ömledék keverés

Egycsigás extruder Az extrudercsiga határozott menetszárny szélesség! csavarorsó, amely jól illesztett f!tött hengerben forog. A keverés jellegét meghatározza a menetemelkedés. Tipikus extrudercsiga: hossza 20-30 x átmér# egy fordulatra es# menetemelkedés = átmér#

Egycsigás extruder Nagy menetemelkedés: csak diszperzív keverés (t Kever berendezések > D) 7

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruder Kis menetemelkedés: disztributív, alapos keverés (t ≤ D)

Kever berendezések

Egycsigás extruder

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek

Hatékonyság növelés csigaprofilokkal, amelyek az anyag-áramlást: lassítják, gyorsítják megtörik, turbulenssé teszik, szakaszosan visszafordítják.

Csiga és hengervégen: üreges anyagátviteli kialakítás

cavity transfer

Kétcsigás extruder Kever#hatás fokozása: kétcsigás (ikercsigás) extruderrel Fekv# 8-as alakú, f!tött házban: egymást nem érint# vagy egymásba hatoló menetszárnyakkal.

Kever berendezések 8

Folytonos ömledék kever berende

Kétcsigás extruder Lehet mindkét esetben:

azonos irányban forgatott (nagyobb nyíró igénybevétel) vagy egymással szemben forgatott (hatékonyabb anyagtovábbítás) csigákkal.

Kever berendezések

Bolygócsigás Folytonos ömledékextruder kever berendezések 4 Bolygócsigá 9

a.f#csiga b.bolygócsigák c.f!tött ház d.beadagolás

Bolygócsigás extruder További hatékonyság növelés. Központi csiga körül további kisebb csigák. A kis csigák központival kényszerkapcsolatban forognak. A kis csigák kényszerkapcsolatban vannak a f!tött házzal is. Kis csigák közti térben a legnagyobb a nyírás.

Ko-knéter Csiga, amely nem csak forog, hanem tengelyirányú oszcilláló mozgást is végez. Menetszárnyai 120°onként megszakítottak, hogy kikerüljék a henger kever" fogait. Igen hatékony ömledékkeverés.

El"készítés II. Granulálás, szárítás

Granulálás A 2-3 mm átmér#j! extrudált szálakat vízfürd#n átvezetve h!tik (szilárdítják), majd szemben forgó késes hengerrel aprítják. A granulátumot szárítani kell a tovább feldolgozás el#tt.

Granulálók Hideg (szál) granulálás

Meleg (die face) granulálás

Aprítás Jellegzetesen az újrahasznosítás gépei. Alacsony fordulatszám. Kemény anyagok #rlése nagy kés szám, plasztikus anyagok #rlése 3-6 kés.

U U

documentation Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Options Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a PLC-intelligent operation PLC provides a number 515 of benefits; specific application U Integrated IMD function U

240

915 1365

640 Integrated REV function Records all stops/blockings during operation for evaluation and documentation 100-46 Twin Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application

Aprítás

REV-function:

Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kW motor option)

U

U U

Model

A

B

100-22

220

410

C

D

100-34

340

520 1065 1830

100-46

460

645 1185 1950

945 1710

500

515 640

REV-function:

Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kW motor option)

100-46 Twin 2100

IMD – Integrated Metal Detection

Integrated safety against metal – The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool.

500

1450 2100

IMD – Integrated Metal Detection

Integrated safety against metal – The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes 1100 the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool. 610

1450

150

1330

1100

610

825

825

150

1330

Osztályozás

Rázó szitás osztályozók Görg"s osztályozók

Rázószita

Rázószita

Görg"s osztályozás

Szárítás Gyakran a fröccsgép adagolója egyben szárító is. A higroszkópos m!anyagokat (PA, PET, PC, PBT) jelent"s nedvességfelvétele miatt, különösen fröccsöntés el"tt szárítani kell. A nem higroszkópos anyagokat is szárítani kell, ha pl. a felületükön pára csapódik le. M!anyagipari szárítók: meleg-leveg"s szárítók, száraz leveg"s szárítók.

Szárítás Meleg levegős szárító fröccsgép adagolóhoz

Szárítás Száraz-levegős szárító

3

1. f!tött anyagtartály 2. anyagszállító 3. harmatpont érzékel# 4. záró szelep 5. f!tés 6. leveg#sz!r# 7. ventilátor 8. váltó 9. aktív abszorpciós tartály 10.regenerálás alatti abszorpciós tartály 11.regeneráló szakasz ventilátora 12.mikrosz!r# 13.f!tés 14.nedves leveg# kifúvása

Adagolók Jellegzetesen kúpos tartályok Problémáik: beboltozódás, “patkánylyuk” kialakulása. Elkerülésük bolygató vagy vibrációs berendezésekkel.

Adagoló berendezések 17

Adagoló tartály kialakítása, pr Problémák:

Adagolók Anyagszállítási szempontból lehetnek: egy vagy két csigás, forgólapátos, egyéb (rezg#, szállítószalagos, forgóasztalos).

Adagolók

Anyagmennyiség kontrollálása szerint: volumetrikus (térfogat szerint), gravimetrikus (tömeg szerint).

Kever"-adagolók

Polimer termékek gyártása

Polimertermékek gyártása Kalanderezés - fólia gyártás Szállítószalagok bevonása Extrúzió Extrúziós fúvás Összetett extrúzió

Fröccsöntés Fröccs fúvás Több komponens! fröccsöntés

Meleg alakítás Préselés Laminálás

Habok Rotációs öntés Porszórás Hegesztés, ragasztás

M!anyag termékek gyártása 2% 3%

6%

5% 6%

36% Extruzió Fúvás Bevonás Por

10%

32%

Fröccsöntés Kalanderezés Préselés Egyéb

Technológiák Eljárás

Jellege

Viszkozitás

Átl. móltömeg

[1/sec]

[Pa.s]

[g/mol]

Folyási mutatósz. [g/10 min]

szakaszos

10

10 000

> 106

0,5

Kalanderezés

folyamatos

102

1 000

105

1

Extruzió

folyamatos

103 - 104

100

105

5

Fröccsöntés

szakaszos

104 - 106

100

104

10

Szálgyártás

folyamatos

> 106

10

103

50

37,5 25,0 12,5

Fr

öc cs ön té Sz s álg yá rtá s

de re zé s Ex tru zió

lás

0

Ka lan

0

50,0

Sa jto

250000

de re z Ex és tru zió Fr öc cs ön té Sz s álg yá rtá s

Fr

öc cs ön té Sz s álg yá rtá s

de re zé s Ex tru zió

Ka lan

Sa jto

lás

0

500000

lás

2500

750000

Ka lan

5000

1000000

Sa jto

Átl. móltömeg [g/mol]

7500

Folyási Index [g/10 min]

Sajtolás

10000 Viszkozitás [Pa.s]

Nyírósebesség

Feldolgozás Extruzió Polimer

Fröccsöntés

T [°C]

P [MPa]

T [°C]

P [MPa]

LDPE (kis sűrűségű polietilén) HDPE (nagy sűrűségű polietilén)

125-135 140-170

10-40 10-40

134-145 200-260

20-50 60-120

PP (polipropilén)

185-240

15-40

200-280

80-150

PS (polisztirén) lPVC (lágy polivinil-klorid) kPVC (kemény polivinil-klorid) ABS (akrilnitril-butacién-sztirol kopolimer) PA (poliamid /nylon/) PMMA (poli(metakrilát)) POM (polioximetilén) CA (cellulóz-acetát) PC (polikarbonát) PTFE (politetraflouretilén)

170-200 15-20 160-240 60-150 155-160 10-20 160-170 80-100 160-180 10-20 170-180 100-150 180-200 15-25 180-220 80-120 250-300 15-25 260-320 70-100 160-180 5-10 180-240 50-100 180-200 5-10 180-230 80-140 190-210 15-25 170-210 100-140 250-300 15-25 270-350 100-140 por szinterezés (ömlesztés) 370-400 °C

Gyártás Kalanderezés

Kalanderezés anyagai Alapanyag: amorf, h"érzékeny, termoplasztikus polimerek, amelyek olvadási h"mérséklet tartománya széles: kemény és lágy PVC, PVC kopolimerek, ütésálló polisztirol, ABS, cellulóz észterek.

Egymással szemben forgó f!tött hengerek között. 30-800 μm vastagságú, akár 4 m széles lemezt, fóliát vagy hordozóra polimer bevonat készíthet". Gyártási sebesség akár 100 m/min is lehet.

Kalander elrendezés I L F Z 3-4-5 henger. I-típus: ritka a nehézkes betáplálás miatt. L-típus: el#nye, hogy a betáplálás alul, az els# fokozatban történik - kemény PVC. F-típus: lágy PVC, mert az L-nél a fóliára lágyító g#zök csapódhatnak le. Z- típus: szövet vagy más hordozó bevonásához.

Kalander

Párhuzamos tengely! hengerek stabil vázban. Hengertávolság precíziós állítása. Hengerek f!tése egyik végr#l, meghajtása másik végen.

Kalander

Minden henger külön, fordulatszám szabályzású, egyenáramú motorral hajtott. Átmér#: 600 - 800 mm Szélesség: 2 - 4 m

Kalanderhengerek

Hengereknek ellen kell állniuk a résben fellép# nagy er#knek: hajlítás, torzió, nyomás.

Ezért: nagy átmér#, kemény (500-550 HB), kopásálló felület, rendszerint köszörülve (0,1 μm érdesség) vagy polírozva (0,01 μm érdesség). Korrózió ellen keménykrómozás (PVC esetén).

Kalanderhengerek Kalanderezés

3

Hengerek között nagy nyomás → kihajlás lép fel. Kalanderhengerek: •

600/800 mm átmér j

•

Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás

Kompenzálásuk: • 2/4 m széles • • •

profilköszörülés (bombírozás), F t közeg be- és elvezetés

Nagy kopásállóságú (500-550 HB) felület (köszörült vagy polírozott) henger tengelyének szögelállítása, Nagy er k lépnek fel a hengerek között: kompenzálni kell!

Kalanderhengerek Szögállítás: utolsó el#tti henger tengelyének befogása elfordítható - elfordítással n# a széleken a rés, kompenzálja a kihajlást. Ellenhajlítás: utolsó henger tengelyét hidraulikusan deformálják. Ezek nem elegend#k - utolsó két hengert melegen méretre köszörülik (hordó alakúra). Így 5 μm pontosság érhet# el.

Kalanderezés 4

Kalanderezés

Kalandersor:

Lépései:

Szakállképz dés a hengerek között

A polimer a m!anyagel#készítés (keverés) plasztikálással • mattabb, folyamatosan extrúderrel - alapos homogenizálás

szakaszosan bels# kever#kkel

•

melegebb melegebb,

•

nagyobb kerületi sebesség

pufferelés, további homogenizálás, legázosítás - hengerszéken g tapad. p hengerre fóliaképzés kalanderen (itt keverni, plasztikálni gazdaságtalan lenne) Prégelés, h!tés, tekercselés

Pufferelés A hengerszéknél a hengerek közötti rés nem párhuzamos - az ömledék a hengerek egyik végét"l a másikig „vándorol”. Forgó késsel egy szalagot leválasztanak, azt szállítószalag segítségével folyamatosan a kalanderre vezetik. A kalanderre adagolt anyag mennyiség állandó legyen, különben a szakáll túlzottan leh!lne - a fólia min"sége romlana.

Kalanderezés

Szakáll képz"désKalandersor: 4

A szakállképz"dés minden hengerpár el"tt szükséges, e az egyenletes fóliavastagság miatt. A polimer a Szakállképz dés a hengerek között mattabb, melegebb, nagyobb kerületi sebesség!

hengerre tapad.

Prégelés, h!tés Fólia felületét mintázattal láthatják el: prégelés v. barkázás: a kalandert elhagyó fólia kismérték! leh!lése után, még termoplasztikus állapotában h!tött, mintás nyomóhenger és gumibevonatú ellen henger között végzik.

H!tés h!t#hengerek során átvezetve A fólia széleit vágó-hengerekkel levágják - hulladékot a kever#egységbe visszavezetik.

Szabályozás, ellen"rzés A kalander utolsó hengereinek egyike felett vastagságmér# készülék: általában β-sugárzó izotópokkal m!ködnek a vastagságmér# jelével az utolsó hengerpár résmérete korrigálható - a fólia vastagsága azonos értéken tartható.

Kalander - Film

PVC receptúrák fóliához Összetevők

Kemény PVC

Lágy PVC

PVC-S vagy -E

100 rész

100 rész

Lágyító

-

50 rész

Stabilizátor

2 rész

1,5 rész

Csúsztató

1,5 rész

0,5 rész

Pigment

2 rész

2 rész

Gyártás Extrúzió

Extrúzió A polimerfeldolgozás lefontosabb, leghatékonyabb technológiája, ahol: képlékeny állapotba hozza, majd a viszkózus ömledéket homogenizálja, ae. legázosítja, majd komprilálja, változatlan keresztmetszet! szerszámon keresztülsajtolja, utána lehűtik, és így állandó keresztmetszet!, folyamatos terméket gyárt. Hulladékmentes technológia.

Extrúzió termékei Fólia Lemez Szál

Extrúzió termékei Cs# Többszörösen összetett üreges termék (ablakprofil)

Felépítés 1. Csiga 2. Plasztifikáló henger 3. Adagoló 4. Hajtó motor 5. Hajtás 6. F!t#szálak 7. H#mérséklet érzékel# 8. Nyomásmér# 9. Tör#tárcsa 10.Nyomásszabályzó szelep

Csiga zónák

Csigazóna

Funkciók

etető v. behúzó

polimer granulátum betáblálása, ömlesztés kezdete

kompressziós

ömlesztés folytatása, befejezése, sűrítés, homogenizálás

homogenizáló, kiszállító

homogenizálás befejezése, kisajtolás megemelt nyomáson

Kompressziós zóna Hossza függ a polimer megömlesztésének idejét#l. Az amorf h#re lágyuló polimerek széles h#mérséklettartományban lágyulnak, olvadnak meg -> hosszabb kompressziós zóna. A kristályos h#re lágyulóknál ez a h#mérséklettartomány sz!kebb -> rövidebb kompressziós zóna.

Czvikovszki (2006)

Extrudercsiga menetes orsó, ritka vágású, nagy menetemelkedés (t ≈ D), hengerben laza illesztéssel (rés = 0,005 D), több szakaszú temperálás (villamos f!tés, és leveg#/ folyadék h!tés)

Plasztifikáló egység 7

Kompresszió

Plasztifikáló egység = csiga + henger

Kompresszió = menetárok térgogatának csökkentése: mag átmér#jének növelése (magprogresszív), Extrúdercsiga részei:

menetemelkedés szögének csökkentése Kompresszió elérhet (=menetárok térfogatának csökke (szögdegresszív), •

Mag átmér jének növekedésével (magprogresszív, ábra)

•

Menetszárny szélesség-növekedéssel

menetszárny szélesség-növekedéssel • Menetemelkedés M t lk dé szögének ö é k csökkenésével ökk é é l (szögdegresszív) ( ö d í )

Ömledékáramlás Csiga szállítóteljesítménye (térfogatáram): ・ ・・・ Ve=Vs-Vt-Vr ・ Ve = az összes (ered#) térfogatáram (pl. cm3/s) ・ Vs = a sodróáram, amely kiszállítási irányú ・ Vt = a torlóáram, amely ellentétes irányú, és ・ Vr = a résáram, a δ illesztési rés következményeként, amely csökkenti a szállítóteljesítményt.

Ömledékáramlás Mivel a δ illesztési rés 2x10-3 D .. 5x10-3 D, és ezt az ömbelék kitölti (tömítés és kenés), ・

a Vr résáram elhanyagolható. A sodró áramlás modelljében az áramlás két síklemez (csigamag ill. a henger bels# felülete) között jön létre annak hatására,

y

v0

hogy az egyik lemez (a csigamag) v0 kerületi sebességgel mozog. Ellenállás ill. nyomáskülönbség nincs az áramlás irányában (nyitott csatorna).

vs(y) h

Ömledékáramlás y

A torló áramlás az extruderben fellép# nyomásnövekedés hatására jön létre, és iránya ellentétes a sodró áramlással.

h

A csigacsatornában kialakuló keveredési folyamat:

Ömledékáramlás A két sebesség viszonyára a csiga ún „a” zártsági foka a jellemz#, ami a torló és a sodró áramlások hányadosa: ・・ a=Vt/Vs 0 érték! zártsági fok esetén nem lenne ellenirányú torlóáram. A jelent#s nyomáskülönbség (10 – 50 bar) miatt azonban a torlóáramot figyelembe kell venni. Kis viszkozitású ömledékkel az extruder hozama kisebb, mint nagyobb viszkozitású anyaggal. Az ömledékviszkozitást az extrúzióban a h#mérsékletviszonyok megváltoztatásával befolyásolhatjuk.

Kompresszió - nyomás P

l

Biztonsági szelep!

nyomás növelés sz!rés homogenizálás

Csiga kever"elemek

Plasztifikáló egység 9

Csiga kever elemei:

9

Csiga kialakítások I. 3 zónás csiga II. magprogresszív csiga 1. behúzó zónában egy-, majd kétmenetes 2. egymenetes, csökkenő menetemelkedésű de konstans menetmélységű 3. egymenetű, rövid kompressziójú 4. egymenetes legázosítós csiga 5. ömledékzónában kétmenetű

Csiga jellemz"i L: csiga hossza L1: behózó zóna hossza L2: kompressziós z. hossza L3: kitoló z. hossza D: csiga átmér" h1: menetárok mélység 1.

• h : menetárok mélység 2. • t: menetemelkedés • e: menetszárny 2

• •

szélessége b: menetszárny távolság φ: mentszány szöge

Különleges csigák, extruderek

ikercsigás oldaladagolóval, ható. Ebben az esetben egy ással, valamint a szükséges va. Az extruder több ilyen az oldaladagoló egységek ben. Az oldaladagolónak a tetsz legesen változtatható sigás el toló egységb l áll, kiépítésben rendelkezik h t

Csiga kialakítások

Gáztalanító csiga:

a magas h#mérséklet mellett zsdamentes acélból készült volumetrikus nedvesség éslapátból egyéb agoló csiga felett elhelyezked kever áll. A VOC gázok rendelhet . A csigát változtatható fordulatszámú távozása miatt, ek teljesítménye 0,3 kW. A fordulatszám vezérlése a

ységgel lehetséges. Amint a jobboldali ábrán látható, a ynek köszönhet en az adagológaratból könnyen

a gáztalanító szakaszon vákuumos legázosító (eltöm#dhet), ikercsigás oldaladagoló.

ítésben 1 db gáztalanító zónával rendelkezik, mely a nnyal rendelkez változat standard kialakításban még kus gáztalanító zónával átalakítható vákuumos Így lehetséges mindkét ztalanítást végezni. szer egy rozsdamentes csonkot tartalmaz, amely van ellátva (lsd. bal oldali er nyitható fed vel, egy el és nyomás-mér vel van egység háza egy gyantamely megakadályozza, hogy a gázelszívás során nek eltömítsék a vákuumpumpa cs vezetékeit. (lsd.

Csiga kialakítások Kever berendezések

7

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek

Különleges kiszállítószakaszú csigák (homogenizáló):

nem maradhatnak szilárd, fel nem olvadt részek, homogenitást növel# kialakítások a csigák kiszállító szakaszában.

Csiga kialakítások Ömledék szétválasztó (Maillefer-) csiga: ömleszt# zónában szétválasztja az ömledéket és a granulátumot - növelhet# a plasztifikáló teljesítmény. Ömleszt# zónában második (elválasztó) menet: menetemelkedése nagyobb, mint a f#meneté, a zóna végére utoléri azt. A kialakított hézagon csak az ömledék jut át. a. kis térfogatú horony ömledékhez, b.

mélyebb a granulátum ömlesztéshez.

Csiga kialakítások

követ en 60 HRC fölött van. Ez h mérséklet-tartományig használha

Moduláris csiga: rendkívül flexibilis, számos anyag feldolgozását teszi lehet#vé: rövidebb, hosszabb kompressziójú, dekompressziós, különféle nyíró-, kever#, különböz# menetprofilú szakaszok.

A kü V m va A K cs és

Moduláris csigaház: könnyen szerelhet#, A teljes ikerfészkes kialakítású cserélhet#, változatos összeállítás (pl. kivitelben készül és a rögzít csa oldaladagolók, legázosítók) kinyitható. Ez a konstrukció könny és a házhoz, mely egyszer síti a tis a csigaház-betétek cseréjét, v kompaundálási-karakterisztika szem

Kétcsigás extruder Keverési hatásfok, szállítóteljesítmény növelése

10

PVC porkeverékek, fa-m!anyag kompozitok Plasztifikáló egység gyártása Csigakialakítások •

Egycsigás gy g kialakítás

•

Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás

Ellentétes irányban •

Gáztalanító extrúdercsiga

Azonos irányban

Kétcsigás extruder a.együttforgó, egymásba hatoló, b.szemben forgó, egymásba hatoló c.szemben forgó, nemegymásba hatoló d.változó menetszárnyak d

Kétcsigás extruder Ellenkez# irányban forgó csigák: egyszer!bb hajtás (egy hajtás + fogaskerék) alacsonyabb nyíróhatás Azonos irányban forgó csigák: nagyobb nyírás, alaposabb keverés

Kétcsigás extruder Csigák illesztése igen szoros. Minél mélyebben nyúlnak egymásba, annál kevesebb anyag juthat át a résen. Az át nem jutott hányad a C alakú részben a csúcs felé kényszerül - kényszeráramlás: kíméletes plasztifikálás, rossz keverés - ezért gyúrótárcsákat iktatnak közbe.

Kétcsigás extruder Az ikercsigás extruderekben igen nagy a nyomás, ezért: az egycsigásokénál lényegesen nagyobb a szállítóteljesítményük (alkalmasak pl. nagy átmér#j! csövek gyártására), a nagy igénybevétel miatt a tengely elvékonyítása helyett a kompressziót az alacsonyabb menetemelkedési szöggel vagy a szélesed# fejszalaggal lehet biztosítani.

Kúpos csiga Szintén a kompresszió növelését szolgálja. Jellegzetesen a száler#sített polimer kompozitok gyártásánál alkalmazzák (pl. WPC)

Extruder szerszámok

Extruder szerszámok Az extruder végén kiáramló ömledéknek elvieg bármilyen keresztmetszet! alakot adhatunk - cs#, lemez, profil, stb. Ömledék viszkoelasztikus ezért alaktartási problémák vannak a “szabálytalan” áramlási jelenségek, pl. kifolyási duzzadás miatt. Leh!léskor ügyelni kell az alaktartészre, a zárványokra nem “fagyhat” a profilba feszültség.

A szerszám szakaszai átmeneti szakasz: kör keresztmetszet! anyagáram átvezetése a kívánt profilhoz közelít# szelvénybe alakadó szakasz - elérni kívánt keresztmetszet simító szakasz - profil sztabilizálása, tömörítése (kisebb keresztmetszet, kissé nagyobb helyi nyomás, mint az alakadó szakaszban) kalibráló egység - méretpontosság biztosítása, végs# sziládulás

Cs"gyártás 1. Tüske-rögzítés, 2. Szerzámház, 3. Tüske (mag), 4. Központosítható szerszámelem - a készül" cs" szigorúan egyenletes falvastagságát biztosítja, 5. Központosító csavar, 6. Torpedó, 7. Szerszám f!t"elem, 8. Extruderhez csatlakozó elem

Termékek: kPVC csatornacsövek, villamos és távközlési kábeleket vezet" csövek, vízvezeték-csövek. Hasonló a HDPE gázcsövek szerszáma is. Cs"átmér" akár 1500 mm, a falvastagság gyakran >25 mm.

Nagy átmér"j! csövek Spirális ömledékelosztás >400 mm poliolefin csövekhez

Összetett profilok A kPVC-b#l mérettartó és viharálló ablakprofil többszörösen összetett üreges (szekrényes) szerkezet: jó mechanikai „tartás”, merevség, h#szigetel# képesség. Szigorúan síkba illeszked# homloklapokat és kifogástalan felületi fényességet kell biztosítani. A bels# felületek alakja, felülete, a bels# bordák vastagsága bizonyos t!réseket megenged.

Összetett profilok Az els# szakasz az extruder kör-keresztmetszet! anyagáramát egy átmeneti szakaszban megosztja, majd egy alakadó szakaszban kialakítja a profil-közeli alakot, végül egy vasaló szakaszban „lesimítja”, végleg megformálja. Ezekben az egymás utáni szakaszokban az anyagáram fokozatosan felgyorsul, a torlónyomás növekszik.

Fóliafúvás

Levegő befúvás

A leheletvékony csomagoló tasakoktól, a mez#gazdasági hajtatóházak 0,2 mm vastag és akár 16 m szélesség! agro-fóliájáig a vékony PE filmek nagyrésze töml# extruzió (fóliafúvás) technikával készül. A vízszintes extruder anyagáramát 90 °-kal elfordítják felfelé.

Fóliafúvás A függ#legesen felfelé kilép# töml#t még a teljes leh!lés el#tt enyhe túlnyomással „felfújjuk”: átmér"jét kétszeresénél nagyobb arányban megnöveljük, az elhúzás sebességének beállításával hasonló arányú hosszirányú nyújtást is alkalmazunk.

Az átmeneti szakasz után a töml# h#mérséklete a polimer kristályos olvadáspont alá kerül, mérete már nem változik. Anyagunk viszonylag alacsony h#mérsékleten alakítható (a PE típusok kristályolvadási h#mérséklete 110–130 °C közötti) s akár egy óriási légbuborékra is – mint „szerszám”magra, bels# nyomás néhány tized bar – felhúzható.

Több réteg! ko-extruzióval

Kábelek bevonása Villamosvezeték szigetel#anyaggal való borítása volt az extruzió egyik legkorábbi technikája: XIX. század közepén - gumi, 1930-as évek óta lPVC, 1950 óta LDPE. Pinolén szerszám: körgy!r! keresztmetszet! bevonat kialakítása adott mag körül úgy, hogy a kiindulási, osztatlan polimeranyagáram f# iránya és a késztermék f# iránya 90 °-ot – zár be. 1000 m/perc-et is meghaladó – gyorsvonat! – sebesség, vékony kábelek gyártásánál már az 50 m/perc extrudálási sebesség is magas nyírósebességet jelent.

Huzal bevonás

Követ" berendezések

Követ" berendezések Kalibrálás - vákuummal, túlnyomással H!tés Különleges lehúzók - gégecs#gyártás Extruder sorok

Kalibrálás Megkívánt t!réshatárok közötti méretre h!tés rögzítjük a kívánt alakot. Cs#gyártás: cs#szerszámából kilép# anyagfolyam nem teljesen szilárd, hanem viszkoelasztikus. Méretpontos leh!tés, kalibrálás vákuummal vagy túlnyomással.

Kalibrálás vákuumban A vákuumkalibrálás a küls# méretet rögzíti a kívánt pontosságban. A szerszámból kilép# cs# gumitömítésen keresztül belép egy csökkentett nyomású tankba Itt vízfürd#be merülve egyre sz!kebb bels# átmér#j! lemezek közt h!l le. Más alkalmazás: bonyolult keresztmetszet! profilok, pl. a PVC ablakprofilok. Itt a „kalibert” a küls# profilnak megfelel# kemény krómozott sima felület! kalibrálószerszám képezi.

Kalibrálás vákuumban 1. cs#szerszám 2. kalibráló lemezek 3. vákuum-tank 4. csatlakozás a vákuumszivattyúhoz 5. h!t#víz bemenet 6. vízelvezetés

Kalibrálás túlnyomáson Nagyméret! csövek méretpontos h!tése bels# túlnyomással történ# kalibrálással. A cs#be a túlnyomás a szerszám fel#l érkezik. A hosszan h!tött szakaszt belül egy tömített dugó zárja le, amelyet a szerszámhoz rögzített sodrony tart meg, vonszol a haladó cs# belsejében (vonszolt dugó). Többüreges profiloknál, amilyen pl. ablakprofil-család, ez a módszer nem alkalmazható.

Kalibrálás túlnyomással 1. tüske (mag) 2. szerszám 3. kalibráló szerszám 4. h!t#fürd# 5. vonszolt dugó 6. tömítés

H!tés Kalibráláskor legtöbbször nem elegend# a h!lés mértéke. Kalibrálás után további h!tés: vízzel vagy leveg#vel. Vastagfalú extrudátum: intenzív h!tés vízfürd#ben vagy zuhanyban. Vékonyfalú extrudátum (fólia, lemez): leveg# áram vagy leveg#befúvás.

Különleges lehúzók A kalibrálás után a síkfelület! termék elvezetését lehúzó hengerpárok a nagyátmér#j! kemény csövek elvezetését rendszerint 6 darab gumifelületekkel érintkez# „hernyótalpas” lehúzó biztosítja - szorosan körülveszik a már leh!lt csövet, kihúzzák azt és továbbítják a termékkel együtt mozgó daraboló vagy feltekercsel# egység alá.

Különleges lehúzók: gégecs"-gyártás Poliolefin vagy kPVC gégecsövek gyártása: A „hernyótalp” elv! lehúzó egység egyúttal kaliberként és melegen formázó szerszámként is szolgál. H#álló gumipofájú hernyótalp egységek konkáv félkör alakúak, és szorosan egymáshoz illeszkednek. A kalibráció bels# túlnyomással történik, amelyet vonszolt dugó tart meg. A félkemény gégecsövek ívben jól hajlíthatók keresztmetszetük lesz!külése nélkül.

Gégecs"gyártás 1. szerszám 2. tüske (mag) 3. s!rített leveg# kilépés 4. vonszolt dugó 5. alakadó lánc

Extruziós gyártósorok

Extruziós gyártósorok folytonos üzem! gyártórendszer, amelynek részei: az el#készít# (szárító, mér#, kever#, adagoló, szállító stb.) berendezések, az extruder, a szerszám, a kalibráló és h!t#egység egyéb követ#berendezések (daraboló, tekercsel#, konfekcionáló, csomagoló stb) kiegészít# berendezések, célgépek.

Lemez extruziós sor

1. extruder

4. görg#sor

2. simítóhengerek

5. lehúzóhengerek

3. szélez#

6. daraboló olló

7. vákuumos rakodó 8. rakatképz#

Fóliafúvó sor 1.extruder 2.vezérlés 3.fólia fúvó szerszám 4.h!t#gy!r! 5.szorítóhengerek 6.tekercsel#

3

Különleges extruziós technikák

Különleges technikák

Extruziós szinterezés Koextruzió Üreges testek gyártása

Extruziós szinterezés Egyes „h#re lágyuló” (nem térhálós) polimerek különleges szerkezetük, vagy igen nagy móltömegük miatt nem dolgozhatók fel extruzióval és fröccsöntéssel. Pl.: adalékok nélküli PVC, cellulóz, acetilcellulóz, a fluorpolimerek (PTFE, „Teflon” és társai) és a különlegesen nagy móltömeg! PE (UHMWPE).

A PTFE csövek, rudak és tömbök gyártása dugattyús extruderrel: Függ"leges rúdsajtoló-gép porból gyárt, a porzsugorítás (szinterezés, porkohászat) elvén terméket. A porrészecskék egyesítése tömbbé nagy nyomás (50..500 bar) és magas h"mérséklet egyidej! alkalmazásával történik.

Extruziós szinterezés Tovább feldolgozásuk forgácsolással: hámozás, marás. stb. Pl.: akár 106 Dalton-os móltömeg! UHMWPE porból szinterezett tömbökb#l készülnek a csíp#protézisek.

A dugattyús szinterez# extruderbe az a) adagolón beadagolt poralakú polimert az e) sajtoló bélyeg ismételten összetömöríti, az f) tüske és a g) f!tött szinterez# extruder cs# közé préseli. A szükséges nyomást a polimer alapanyag és az f) ill. g) elemek közötti nagy súrlódás adja.

Koextruzió Többféle polimer egymást kiegészít# tulajdonságai az ömledék anyagáram keveredése nélkül.

Koextruzió Több extruder anyagáramának egyesítése egy közös szerszámban. Termékei: cs#, lemez, síkfólia, soküreges ablakprofil tömít#profillal együtt, autóalkatrész, palack. Különféle polimerek gáz-, g#z- és aroma átereszt# képességének kihasználása csomagolóanyagokban (barrier képesség = áteresztés gátlása).

Koextruzió Élelmiszer csomagoló fólia sajtokhoz, felvágottakhoz: teljes vastagság: 0,1 mm középs# réteg: jó aromazáró, de nedvességre érzékeny - PA küls#/bels# réteg: jó hegeszthet#ség és vízzárás - PE tapadásközvetít#: ionomer réteg, mivel a PA és a PE nem tapad egymáshoz (akrilsavval módosított poliolefin, amelynek szabad savcsoportjait sóvá alakítják).

Gyártás Fröccsöntés 2000-ben 120 Mt/év m"anyag-feldolgozás 25%-a fröccsöntéssel

Fröccsöntés Tetsz#leges alakú 3D termékek, alkatrészek gyártása zárt szerszámban, nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével, szakaszosan. “Hulladékmentes technológia.”

Szerszámkitöltés Kis ömledékviszkozitás oka, hogy az összetett szerszámteret gyorsan és teljesen kitöltse. Kitöltési id": max. néhány másodperc. Gyártható termék méretei a gép függvényében, akár 50 mg ... 50 kg Anyagok: termoplasztikus polimerek, duromerek, elasztomerek.

Anyagok H#re lágyulók: PE, PP, PS, PVC, PMMA, ABS, POM, stb. Duromerek: fenoplasztok, aminoplasztok, melamin-epoxi kombináció, stb. Elasztomerek: gumik

Termék létrejötte H"re lágyulók: ömledék fröccsöntés - szerszámban lehül Duroplasztok és elasztomerek: reaktív fröccsöntés (RIM) kiinduló anyagok: prepolimerek (pl. szilikon és PU esetén két folyadékból) a térhálósodás magában a fröccsszerszámban relatív kis nyomáson

Alapelve A fröccsöntés alapelve tehát az, hogy a polimer ömledéket, amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba vittünk, nagy sebességgel, sz!k beöml# nyíláson át zárt szerszámba „fecskendezzük”, és ebben a zárt szerszámban a nagy nyomás alatt kih!l# polimerb#l alakul ki a tetsz#legesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag hulladékmentes, képlékeny alakítással, nagy méretpontossággal.

Fröccsgép felépítése Szerszám záró egység

Szerszám felfogó

Szerszám

Adagoló

Vezérlés

Fröccsaggregát

Fröccsönt" gép A csigadugattyús fröccsönt# gép két f# egysége: a hidraulikus záróegység, és a csigás fröccsönt# egység.

Szerszám záró egység Az ömledék igen nagy nyomása nagy felületen érvényesül, Fröccsönt gép részei 0 szerszámzáró egység

így az osztott szerszám részeit összatartó er#,

A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfog (függ leges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízsz vezet oszlop vezeti. Egyes gépeken a szerszámzárás egy nyitott, f alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását hidra vagy (könyökemel s) mechanikus rendszer biztosítja.

amelynek 15-20%-kal meg kell haladnia a szerszámüregben kialakuló er#t, már közepes gépeken is meghaladja a 100 t (106 N) záróer#t.

Szerszám záró egység Álló és mozgó szerszám felfogó lapból áll. A mozgót 4 robusztus vezet# oszlop vezeti. Ezt a gép ciklusonként zárja, majd annak végén nyitja.

16

Mechanikus zárás Mechanikus Zárás

Arburg K záró egység

ARBURG K záróegység

ARBURG K záróegység

17

Hidraulikus zárás

Hidraulikus Zárás

19

Arburg C záró egység

Fröccsönt" egység A fröccsönt# egység a hengerrel a csigadugattyúval és tartozékaival szintén elmozdul minden ciklusban: csatlakozás után rázár a szerszámra, majd a befröccs után elszakad t#le. Zárás oka: megfelel# ömledéknyomás átadás. Eltávolodás oka: a fröccsegység csúcsa f!tött, a szerszám h!tött.

Csiga Hasonló az extruder csigához, de ez tengelyirányú (dugattyú-szer!, hátrafelé irányuló) mozgásra is alkalmas. A visszahúzódó dugattyúmozgás közben a csiga megömleszti és maga elé tolja a polimert. Így nagy nyomás, nagy gyártási sebesség, nagy hatékonyság, nagyfokú automatizáltság valósul meg.

Csiga Jellemz# méretek: átmér#: 20 - 200 mm L/D: 20 (18 - 25) fordulatszáma: 100 - 250 1/ min

Kever"elemek Adalékok, f#leg színez# anyagok elkeverésére szolgálnak. A keverés lehet: diszperzív (részecskék méretének csökkentése) disztributív (részecskék egyenletes eloszlatása)

A kever# mozgása szerint lehet: dinamikus (együttforog a csigával és így kever), statikus (álló, zegzugos kialakításával az ömledéket folyamatos irányváltoztatásra kényszeríti)

Dinamikus kever"elemek Fröccsegység Dinamikus kever elemek, fejek

Fröccsegység Dinamikus kever elemek, fejek

48

49

Statikus kever"elemek Frö Fröccsegysé ccsegység Statikus kever elemek, fejek

50

Az anyag keveredése statikus kever ben

Fröccsegység Statikus kever elemek, fejek

Folyásnyomok

A beömlés helye

A kever elem alkalmazásának hatása (nem mindig ilyen egyértelm integrálható Kever) fúvóka,

(Forrás:Sulzer)

Fúvókába statikus kever elem

statikus

keverés A kever beépítve a fúvókába

A kever fúvóka felszerelve a fröccshengerre

Forrás:Sulzer Chemtech

Fröccs ciklus 1.szerszám záródik 2.fröccsaggregát rázár a szerszámra 3.befröccsöntés - a csiga dugattyúmozgásával, majd nyomásfokozás 4.h!tés, közben a csiga forgómozgással hátrafelé mozog és plasztifikál (megömleszit és maga elé tolja a következ# adagot) 5.fröccsegység visszahúzódik, elszakad a szerszámtól 6.szerszám nyit, alkatrészt kidob

A fröccsöntés folyamata Zárás

Befröccs

H!tés

Kidobás

Ciklusid" A mozgáselemek id"szükségletét jól jellemzi példaként egy tipikus, igényes fröccstermék, egy PC (polikarbonát)-ból készült CD lemez fröccsöntésének részadatai: szerszámzárás, aggregát zárás

befröccsöntés utónyomás h!tés szerszámnyitás (+ beöml"csövek levágása) a kész CD kiemelése (robottal) Összes ciklusidő:

0,84 sec 0,22 sec 0,25 sec 2,22 sec 0,73 sec 0,74 sec 5,00 sec

Fröccsöntés folyamata 1. A jóval olvadási h"mérséklet fölé melegített ömledék kitöltötte a

szerszámüreget, csiga megkezdi az utónyomást. 2.-3. Ömledéken a nyomás n", míg a h"mérséklet alig csökken. 3. Eléri a max. nyomást, gép átkapcsol nyomástartásra. 3-4. Átkapcsolás miatt némi nyomásvesztés, megkezd"dik a h!lés. 4-5. Ömledék h!l, nyomás közel állandó. 5. Angus (gát) megszilárdul, szerszámot

lezárja, a túlnyomás lecsökken. 6. Atmoszférikus a nyomás, termék

mérete = szerszám mérete. 6-7. Izobár h!lés, zsugorodás. 7. Szerszám nyit, terméket kidob. 7-8. További zsugorodás és izobár h!lés.

Ciklusid" összetev"i

Szárazfutási idő – gyártó adattáblázata (Euromap 6 szerint mérve, mindig egy el#írt mozgási úton), a fröccsönt#gép m!anyag nélkül végrehajtott ciklusideje, csak tisztán a gépmozgások. Befröccsöntési idő – általában a csiga mozgási sebessége 100-180 mm/s. A gyártó adattáblázatában a fröccsöntési teljesítményt [cm3/s] és a csigaátmér#t találjuk [mm], az adagolási út ismeretében számítható a befröccsöntés ideje. Hűtési idő – plasztikálási id# – a fröccsönt#gépen a maradék h!lési id#t állítjuk be, ami a tényleges h!lési id# és az utónyomási id# különbsége. A maradék h!lési id#be bele KELL férnie a plasztikálási id#nek.

Ciklusid" összetev"i Késztermék eltávolítási ideje – szünetid#nek is nevezik, nagyságát úgy kell megválasztani, hogy a termék biztonsággal el tudja hagyni a szerszámot és ne záródjon a szerszámlapok közé. Tehát a kidobás és a termékkiesés vagy termékkivétel (kézzel vagy robottal) együttes ideje. Nagysága általában 0,3 -1,0 másodperc között van. Mellékmozgások ideje – ez alatt a szerszám-mozgásokkal nem párhuzamosan lefutó magmozgásokat és a robotok különleges m!veleteit – pl. betétek behelyezése a szerszámba – értjük. El#fordul, hogy nincsenek ilyen m!veletek, ekkor nem számít bele a ciklusid#be.

Záróer" A maximális F er#, amelyet a polimer ömledék kifejt a szerszám zárósíkján F = Pcav . A ahol Pcav: a tényleges ömledéknyomás a szerszámüregben (cavity), tipikusan 30...150 MPa A: a szerszám osztósíkjára vetített felülete a munkadarabnak. Az „A” felület kvázi a munkadarab árnyéka, amelyet az osztósíkra mer#legesen megvilágítottunk. Az erre mer#leges bels# felület nem növeli a szükséges záróer#t, az ott keletkez# er#k nem a szerszámnyitás irányában hatnak.

Befröccsöntési id"

tbefröccs: befröccsöntési id# [s] D : csigaátmér# [mm] L : beállított adagolási úthossz [mm] L < Lmax (gyártói adattáblázatból) Pfröccs : fröccsöntési teljesítmény [cm3/s]

H!tési id" t = h!tési id# [s] s = falvastagság [mm] aeff = effektív h#vezetési tényez# [mm2/s] Töml = anyagh#mérséklet [°C] Tszersz = szerszám h#mérséklet [°C] Tkidobás = max. kidobási h#mérséklet a termék közepén [°C]

Plasztikálási id" Tényleges h!tési id# ≥ utónyomási id# + plasztikálási id# Maradék h!tési id# = Tényleges h!tési id# – utónyomási id# Maradék h!tési id# ≥ plasztikálási id#

tplaszt = plasztikálási id# [s] D = csigaátmér# [cm] L = beállított adagolási úthossz [cm], L < Lmax (gyártó adattáblázatából) Ka = Kihozatali tényez# [g/cm3] Pplaszt = plasztikálási teljesítmény [g/s]

Fröccsszerszámok

Fröccsönt" szerszámok Alakadó szerszám, amelynek zárt üregébe a polimer ömledéket nagy sebességgel és nyomással befröccsöntjük. Nagyszilárdságú acélból készül, mozgó elemeket is tartalmazó, nyitható, nagy pontossággal zárható üreges berendezés. A szerszámok az adott fröccsönt#gépen cserélhet#ek.

Alapfelépítés A szerszámban lapok közé illesztjük a gyártandó 3D-s alkatrészt, úgy hogy azt lehet#leg egy megtöretlen osztósíkkal képzeletben megosztjuk, és ezen osztósík két oldalán képezzük ki az acélszerszám konkáv domborulatait (A-B lapok), amelyek az üreget zárják. Czvikovszky

Szerszám A fröccsönt#szerszám f#bb részei: beöml#csatorna elosztó csatornák (több fészkes szerszám esetén) gát (szalag-gát, t!hegy-gát, alagút-gát, stb.) hagyományos, ill. melegcsatornás beöml#rendszerek kidobórendszerek (a késztermék kilökésére a nyitott szerszámból) h!t#, ill. temperáló rendszerek, a szerszám megkívánt h#mérsékletének állandó szinten tartására.

Polimer haladása Beöml# Elosztó csatorna

Gát

Termék (4 db)

Beöml"csatorna A beöml#csatornán keresztül ramlik át nagy sebességgel a polimer ömledék a fröccsönt# gép fúvókájából a szerszámba. Átmér#je: 2,5..5,0 mm, A szerszám felé b#vül#, kúpos alakú, hogy a beledermed# polimeranyag a szerszám nyitásakor a termékkel együtt eltávolítható legyen. A h#re lágyuló polimer termék csatornamaradéka kih!lt állapotban vissza#rölhet#, újrafeldolgozható.

Elosztó csatornák Az elosztó csatornákra több munkahelyes, azaz több fészkes szerszámok esetén van szükség, vagy bonyolult térformájú alkatrészhez több csatornán vezetjük oda az anyagáramot. Kör-, vagy félkör szelvény!ek, Induló keresztmetszetük összege < a beöml"csatorna végs" keresztmetszete. Sokfészkes szerszámban a csatornákat úgy kell megtervezni, hogy a polimeranyag minden egyes fészek gátjához ugyanabban az id"pillanatban, és azonos nyomáson érkezzen el!

Elosztó rendszerek

Elosztóredszerek

37

Elosztóredszerek

Gát A gát az elosztó csatorna és a tervezett munkadarabot megvalósító szerszámüreg találkozási pontja. Keresztmetszete sz!kített, hogy a késztermékr#l a csatornamaradékot könnyen, nyomtalanul el lehessen távolítani. Er#sen lesz!kített keresztmetszet! bevezet# csatorna, amelyen áthaladva a felgyorsuló, felmeleged# polimer ömledék viszkozitása lecsökken. A gát alakja és elhelyezése szerint lehet filmszer! beömlés, ill. gát, szalaggát, t!hegy-gát, alagút-gát.

F!tött csatorna Szerszám h!tés A több munkahelyes, „többfészkes” szerszámokban a szerszámnak azt a lapját amely az elosztócsatornát foglalja magában, f!tik, hogy a polimeranyag ne dermedjen be. A szerszámot h!teni kell: csapvíz-h!tés (nem ad pontos termékméreteket) temperált h!tés: a késztermék zsugorodására, maradó feszültségeire, felületi min#ségére, általában a pontos mérettartásra igen nagy hatással van a kiegyenlített, temperált h!tés.

Tervezési szempontok Meg kell tervezni: a szerszámkitöltés során az áramló ömledék útját, az elosztó csatornák, gátak elhelyezését, az anyag várható orientációját, az ömledéknyomás csökkentését az egyes szerszámrészekben, az összehegedési helyeket, vonalakat a munkadarabban (az esetleges akadályokat, oszlopokat megkerül# és egyesül# anyagáramok találkozási pontjánál), a zsugorodást, a kidobó rudak felfekvési helyét a munkadarabon,

Tervezési szempontok Továbbá: az alámetszések kialakításához szükséges mechanizmusokat, a csavarmenetek, egyéb üregek kialakításához és kiszabadításához (kiforgatásához) szükséges mechanizmusokat, az optimális szilárdsági mutatók eléréséhez szükséges er#sítéseket (bordák, támaszok), a szerszám h!t#körét, h#mérséklet-temperálásának módját, magát a folyamatirányítást, a fröccsöntési ciklus részének id#beli programozását.

Különleges fröccsöntési technikák

Két(több)komponens! fröccsöntés A kétkomponens! fröccsöntés két Kétkomponens fröccsöntés alaptípusa: 2F (két szín, egymás mellett), 2K (két komponens egymás alatt, szendvicsszer!en)

5

2F fröccsöntés 2F eljárásban (2 Farben) a kétféle polimert egymás mellé fröccsöntik két elhatárolt szerszámfélben, egymás után. További mozgó alkatrész! szerszámra, mivel a második anyag térfelét az els# lépésben zárva kell tartani. pl. két különböz# szín! akrilát polimert a gépkocsik stop-lámpájának burkolataként

2K fröccsöntés

Eljárási változatok – Szendvics fröccsöntési eljárás

24

A 2K eljárás: el#ször A anyaggal kezdi meg a szerszámüreg kitöltését, majd átkapcsolva B anyaggal fejezi azt be, és az utónyomás során újra A anyaggal pecsételi le a „szendvics” szerkezet! terméket.

2K fröccsöntés

a) a (sötét) borítóanyag befröccsöntése, b) a (világos) maganyag befröccsöntése, c) teljes kitöltés a (világos) maganyaggal, d) utánnyomás a (sötét) borítóanyaggal

2K fröccsöntés

Másik megoldás, szerszám mozgatásával: el#ször A komponens fröccsöntése, szerszám nyit, átfordul a másik aggregáthoz B komponens fröccsöntése.

2K fröccsöntés A 2K fröccsöntés rétegeloszlását befolyásoló f#bb tényez#k: a viszkozitások aránya (ηB / ηA) a viszkozitásarányok átlagos szintje a fenti két adatból kapott viszonyszám a szimultán id#fázis (két anyag egyidej! áramlásának) hossza, az anyagáram viszonya az átfed# szimultánfázisban, anyagmennyiségek, anyagsebességek, h#mérséklet, szerszám h#mérséklet, szerszámgeometria (folyási úthossz, falvastagság- különbségek) stb.

Gázzal hajtott fröccsöntés Vastag falú és változó falvastagságú termékek fröccsöntése nehezen oldható meg „beszívódások”, felületi besüllyedések nélkül. Megoldás: gázbefúvásos fröccsöntés.

Hasonlíthatjuk a kétkomponens! (2K) szendvics fröccsöntéshez is, amelyben a „mag” a légbuborék. Hasonló még a hab-magú 2K fröccsöntés, amelynek során a helyben felhabosodó bels# mag „buborékja” fejti ki a gáznyomást.

Gázzal hajtott fröccsöntés A gázbefúvásos eljárás el#nyei: a zsugorodás csökkentése, kisebb az ömledéknyomás, nagyobb alkatrész gyártható az adott gépen, súlycsökkentés, anyag megtakarítás, költség-hatékonyság, ciklusid# csökkentés: a leghosszabb rész-id#, a h!tés lerövidül, min#ségi javulás: beszívódás mentes felület.

Veszély: a hajtógáznak sokkal kisebb a viszkozitása, mint a polimerömledéké, ez váratlan elvékonyodásokhoz, akár gáz-áttörésekhez (kilyukadáshoz) vezethet.

A fröccs-sajtolás másik, 3 újabb 3 értelmezése szerint a fröccsönt gépb l érkez ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé nyitott szerszámba érkezik. A teljes kitöltéshez elégséges polimer anyagot ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Az így készült termék legnagyobb A fröccs-sajtolás soránela nye fröccsönt#gépb#l a h re lágyulók eseténérkez# is jól ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé nyitott érvényesül: az utónyomás egyenletesebb szerszámba érkezik. (pl. a nagyfelület , körszimmetrikus munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobbanpolimer kézbentartható, kevesebb A teljes kitöltéshez elégséges anyagot bels feszültséghez vezet.

Fröccs sajtolás

ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. El#nye: az utónyomás egyenletesebb (pl. a nagyfelület!, körszimmetrikus munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézbentartható, kevesebb bels# feszültséget eredményez.

Gyártás Üreges testek gyártása

Üreges testek gyártása Kalanderezéssel, extruzióval, fröccsöntéssel nem lehet gazdaságosan palackokat, tartályokat (üreges testeket) gyártani -> a leggyakrabban alkalmazott technikák: extrúziós fúvás fröccsfúvás rotációs öntés összeépítés két héjból.

Jelent"ségük Fúvással 2 millió tonna/ év feletti h#re lágyuló polimer dolgoznak fel: csomagolóanyaggá (flakonok, stb.) leggyakrabban HDPE-b#l és PET-b#l, es#sorban élelmiszeriparnak. HDPE+PET a teljes felhasznált polimer mennyiség 90 %-a. Gyakori alapanyagok még a PVC és a PP-t

Újabban különféle m!szaki m!anyagok feldolgozása: járm!ipar: üreges lökhárítók, kocsiülések váza, üzemanyagtartályok.

Technikák Extrúziós fúvásnál a h#re lágyuló m!anyagból extrudált cs#-darabot, (amely még nem h!lt le) behelyezik az alakadó szerszámba, és a cs#be vezetett s!rített leveg#vel a nagyrugalmas állapotban lev# csövet nekipréselik a szerszám falának. A fröccsfúvásnál a polimerb#l el#ször el#formát fröccsöntenek, és ezt helyezik el a végs# alakot adó szerszámban, ahol felfújják. Mindkét eljárásnál a felfúvás után a polimert hagyják leh!lni a temperált szerszámban, csak utána veszik ki.

Technikák Rotációs öntésnél f!thet# szerszámban helyezik el a h#re lágyuló m!anyag granulátumot vagy port, a szerszámot felmelegítik, és közben két egymásra mer#leges tengely körül forgatják. A megöml# polimer a centrifugális er# hatására belülr#l bevonja a szerszám falát. Zárt termékek is gyárthatók. Összeépítésnél két – fröccsöntéssel vagy vákuumformázással készített – héj-részt építenek össze. Különböz# anyagú héj-részeket is összeépíthet#k.

Extruziós fúvás

Extrúziós fúvás Els# léspésben extrúzióval csövet készítenek. Utána a még meleg, nagyrugalmas állapotban lev# csövet (el#gyártmány) két félb#l álló szerszámban, s!rített leveg#vel (degradációra érzékenyebb polimerek esetén nitrogén gázzal) a szerszám falához préselik A m!anyag felveszi a szerszám alakját, és visszah!l. A palackoknál a csavaros nyak kialakítása ún. tüske segítségével történik.

Technika jellemz"i Mivel az extrudált cs# nincs megtámasztva fontos az ömledékszilárdság: a cs# nem szakadhat el saját súlyától, de eléggé rugalmasnak kell lennie, hogy felvegye a szerszám alakját.

Gyártható méretek: 250 ml ... 5000 l. Folyamatosan dolgozó extruderrel készülnek a termikus degradációra érzékeny anyagokbó (pl. PVC) termékek. Tágabb alaklehet#ségek, mint fröccsfúvásnál, pl.: üreges fogantyú, er#sen nyújtott, vagy lapos alakok

Szerszámai gyakran alumíniumból - költsége a harmada a fröccsszerszáménak.

Tervezési kérdések Felfúvási arány: max. 4:1. Kedvez#: lekerekített formák, kúpos felületek. Kedvez#tlen: nagyobb lapos felületek (deformálódnak, eltorzulnak), éles sarkok (elvékonyodnak). A kiemelked# vonalak sugara legalább 1,5 mm legyen különben az el#gyártmány nem tudja kitölteni az alakot, a bezárt leveg# beégést okozhat.

Folyamatos extruziós fúvás Az el#gyártmány csövet olyan kis sebességgel extrudálják, amely megfelel a fúvás, h!tés és eltávolítás sebességének. A fúvószerszám nem közvetlenül az extruder alatt van: kisebb (kb. 1 l-ig) termékeknél a szerszámot mozgatják, nagyobb terméknél az el#gyártmányt leválasztják, és azt viszik a formázószerszámhoz. I) függőlegesen II) oladalirányban 1) extruder fej 2) cső 3) fúvószerszám

1) extruder fej 2) fúvószerszám 3) cső 4) lecsípő fogó

Megoldások Emelt szerszámos

Több szerszámos, karusszeles

Váltószerszámos

Szakaszos extruziós fúvás Az el#gyártmány csövet az el#z# termék eltávolítása után közvetlenül az extruder szerszám alatt elhelyezett, nem mozgatott formaadó szerszámba extrudálják. A teljes folyamat, a felfúvás, leh!tés, és késztermék eltávolítás mind ebben a szerszámban történik.

Programozható falvastagság A modern gépeken (szakaszos/ folyamatos) a cs# el#gyártmány falvastagsága programozható: az extruder csigafordulatszámának változtatásával, a szerszám résméretét programozottan változtató szerkezeti egységgel.

Az el#gyártmányon vékonyabbvastagabb gy!r!k alakíthatók ki, a késztermék falvastagság igényének szerint. El#nyei: jobbak a késztermék mechanikai tulajdonságai csökken a tömeg, és így aköltség.

Extrúziós nyújtó fúvás 1. Cs# extrudálása 2. Els# fázis: alcsó vég összenyomása és lehegesztése, az el#forma kalibrálása és felfúvása

3. El#forma áthelyezése a második szerszámba 4. El#forma nyújtása és felfúvása a végs# alakra 5. Késztermék eltávolítása

Fröccsfúvás

Fröccsfúvás A polimerömledéket egy el#gyártmány szerszámban elhelyezett fém betétre (tüske) fröccsöntik. Ezután a még meleg el#gyártmányt a tüskével együtt áthelyezik a készterméknek megfelel# alakú szerszámba. Az el#gyártmányt itt a betéten keresztül felfújják.

Fröccsfúvás

Fröccsfúvás

Technika jellemz"i Előny: Kisebb ömledékszilárdságú polimerek is alkalmazhatók (pl. általános célú PS vagy PET). Kevesebb sorja keletkezik, mint az extrúziós fúvásnál. A palackok nyak-kialakítása precízebben oldható meg. A pontosan fröccsöntött el#gyártmány miatt a késztermék térfogata is pontosabban tartható -> nyomástartó üdít#italos palackok.

Hátrány: Csak tömör fogantyúval ellátott palackok gyárthatók. A ára kb. 3x extrúziós fúvásnál használtakénak. 500 ml-nél kisebb !rtartalmú palackok gyérthatók gazdaságosan.

Tervezési kérdések Két szerszám: el#gyártmányhoz és késztermékhez. Ideális el#gyártmány hossz/átmér# (L/D) viszonya ≦10:1. Így a tüske még nem hajlik ki túlzottan a fröccsnyomás hatására -> egyenletes falvastagság és h#mérsékleteloszlás. Nagyobb L/D viszony esetén a tüske kihajlását csúszógy!r!kkel kell megakadályozni.

Ideális el#gyártmány palack méretarány (a felfúvási arány) ≦3:1. Nagyobb felfúvási aránynál az el#gyártmány felfúvás közben hajlamos kilengeni -> egyenetlen falvastagság.

Ideális el#gyártmány falvastagság 2..5 mm között van. A polimer zsugorodása a szerszámüreg kismérték! növelésével kompenzálható. Poliolefineknél a formazsugor 1,6..2,0%.

Hotfill

Fröccsfúvás forró szerszámba -> feszültségmentes termék. Megn# a kristályosodási h#mérséklet, és lehet#vé teszi a pasztörizálást vagy a forró töltést deformáció nélkül. H!tött leveg# befúvás nyitás el#tt -> kell# h!tés, nincs deformáció.

Stretch blow

Optimalizálható: alak, fúvási paraméterek, fal vastagsága és eloszlása és a palack használhatósága (töltöttségi kapacitás összenyomódási/ kiöntési jellemzők).

Rotációs öntés

Rotációs öntés Nagyméret! (1–10 m3), zárt és nyitott üreges testek. Előnye: az olcsó szerszám és berendezés, a termékek nagyon kis bels# feszültsége, a szinte tetsz#leges (és könnyen változtatható) falvastagság, hegedési varratmentes termékek készíthet#k, a szerszám – vagy anyagcsere gyorsan megvalósítható.

Hátránya: kis falvastagságú termékek (0,75 mm alatt) nem gyárthatók a fúvásos technológiákhoz képest lassú, kis méret! termékeknél nem versenyképes nem minden polimer alkalmas rotációs formázásra

Anyagai LLDPE, LDPE, HDPE PP, rPP PVC (por, folyadék) PA6 PC

Evárások az anyagokkal szemben: Termikus stabilitás Poríthatóság Részecske méret-eloszlás Térfogatsúly Szinterezhet#ség

Lépései A f!thet# szerszámba meghatározott tömeg! polimert helyeznek el granulátum, vagy por formájában. A szerszámot összezárják, felmelegítik (légcirkulációs kemencében, vagy duplafalú szerszám esetén f!t#közeget cirkuláltatva a szerszám falai között), és két egymásra mer#leges tengely körül forgatják (fordulatszám 3–10 ford/perc). A polimer megömlik, a centrifugális er# hatására egyenletesen eloszlik és felveszi a szerszám alakját. A folyamat id#tartama a polimer min#ségét#l és a falvastagságtól függ#en 5–25 perc. A szerszámot tovább forgatás mellett leh!tik, h!t#kamrában leveg#vel, illetve vízpermettel, vagy duplafalú szerszámnál megfelel# h!t#közeget cirkuláltatva a szerszám falai között. A h!tés ideje kb. 10–20 perc. A készterméket eltávolítják.

Rotációs öntés 33

Rotációs öntés m ködési elve

BME Polimertechnika Tanszék

Biaxiális rotáció

Gyártás Melegalakítás

Melegalakítás Els# sorban extrudált, h#re lágyuló polimer lemezeket, fóliákat (el#gyártmányokat - prepeg) alakítunk tovább, és viszonylag kis er#kkel állítjuk el# a végterméket. Folyamata: a polimer lemezt – általában sugárzó h#vel – el#melegítjük a szükséges h#mérsékletre, a lemez kilágyul, de nem olvad meg, csak alakítható, a lágy, kis moduluszú (kis merevség!) anyagot kis er#vel a hideg szerszámba (szerszámra) préseljük vagy szívjuk (alakadás) végül a szerszámban (szerszámon) lév# anyagot ált. leveg#vel leh!tjük (alakrögzítés), és a késztermék eltávolítható.

Melegalakítás Vákuumformázás negatív pozitív Túlnyomásos h#formázás Mélyhúzás

Vákuumformázás

Vákuumformázás Kritikus a formázandó lemez megfelel# h#mérsékletének biztosítása. Lényeges különbség az amorf és a kristályos polimerek között. Amorf hőre lágyuló polimerek: A legnagyobb alakítást a maximális nyúlás tartományában lehet elérni, de nagy lesz a gyártmányban a bels# feszültség Ha magasabb h#mérsékleten, a nyúlás leszálló tartományában alakítunk, a termék kevésbé lesz feszültséges. Az amorf h#re lágyuló polimereket alakíthatósági h#mérséklettartománya szélesebb.

Vákuumformázás Kristályos szerkezetű termoplasztok: Csak a nagyon sz!k kristályosodási h#mérséklettartományban alakíthatóak. E felett a h#mérséklet-tartomány felett az anyag megömlik, alatta pedig a kristályos fázis gátolja az alakíthatóságot. A szükséges h#fokot akár több m2-es, rossz h#vezet# képesség! lemez teljes felületén, homogén-eloszlásban kell biztosítani! A melegalakítás mértékét#l függ#en orientálódik a termék nyújtás irányban. Ha a gyors h!tés következtében a szerkezet nem tud dezorientálódni, a gyártmányunk anizotróp, repedésérzékeny lesz.

Amorf polimerek Melegalakítási Polimer hőmérséklettartomány [C°] PS

95..135

ABS

100..150

PMMA

130..170

PC

150..210

PVC

90..150

Kristályos polimerek Melegalakítási Polimer hőmérséklettartomány [C°] LDPE

105..107

HDPE

130..135

PP

160..164

POM

164-167

Vákuumformázás technológiája nagyméret!, vékonyfalú termékek a formázandó meleg lemez és a szerszám között vákuum -> a max. 1 bar nyomáskülönbség alakítja a lágy polimert szerszámkialakítástól függ#en: negatív és pozitív vákuumformázás A terméknek mindig a szerszámmal érintkez# felülete a pontosabb: pozitív szerszámmal a bels#, negatívval a küls# mérete.

Vákuumformázás Negatív

1) f!t#elemek, 2) fólia, 3) szerszám,

Pozitív

4) vákuum, 5) végtermék

Vákuumformázás

Melegítés Az alakítandó lemez h#mérsékletének a felület minden pontján azonosnak kell lennie! Különben egyenl#tlen h!léskor a zsugorodás, a termék vetemedik.

Történhet az alakító gépen, melegít# kemencében vagy kontakt f!t#lemezekkel. Vákuumformázás esetén általában a gépen, infravörös h#sugárzókkal, mivel a nagyméret!, meleg, lágy lemez mozgatása nehézkes.

Melegítés Azokat a polimereket, amelyeknek a melegalakítás h#mérsékletén minimális a szilárdságuk (PE, PP), a melegítés során a formázógépen légpárnával alá kell támasztani. A m!anyagok rossz h#vezet#k -> lassú felmelegítést igényel. Gyors melegítés -> a felületen károsodást (elszínez#dést, hólyagképz#dést) okozhat, a lemez belseje még „hideg”. Vastagabb lemezek, jó h#szigetel# képesség! habfóliák alakítására kétoldali f!tést alkalmaznak.

El"nyújtás A lágy lemez folyamatosan tölti ki a szerszámüreget, vagy feszül rá a pozitív szerszámra. Mivel a hideg (temperált) szerszámrésszel érintkez# anyag már nem nyúlik, jelent#s falvastagság különbségek adódhatnak. Elkerülése: különböz# el#nyújtási módszerekkel. Az alakítandó lemezeknek egyenletes vastagságúaknak kell lenniük, mert az el#fúvás fázisában bels# túlnyomással nyújtják a lemezt. Ha itt a falvastagság változó, a nyomás egyenletes terjedéséb#l következ#en a vékonyabb részben jobban nyúlik, adott esetben kilyukad.

El"nyújtás a) változat: 1. felmelegítés, 2. mechanikai el#nyújtás, 3. vákuumformázás, b) változat: 1. felmelegítés, 2. el#nyújtás s!rített leveg#vel, 3. mechanikai nyújtás, 4. vákuumformázás

Túlnyomásos h"formázás Elve megegyezik a vákuumformázással: az alakítandó lemez egyik oldalán túlnyomást alakítunk ki, és ezzel kényszerítjük azt szerszámba/szerszámra. A különbség: a túlnyomás nagyobb lehet 1 bar-nál, ezáltal nagyobb alakítóer#ket lehet megvalósítani. A h#sugárzót és a szerszámot a lemez felett váltani kell.

Mélyhúzás A felmelegített lemez leszorítása rugózó kerettel, így alakításkor a lemez szélei el tudnak csúszni -> egyenletesebb falvastagság. A mélyhúzást s!rített leveg#vel vagy nyújtóbélyeggel történhet. Hátrány a gyártmányok rossz reprodukálhatósága - ritkán alkalmazott módszer. Megoldás: a lemez fölé egy alakadó szerszámot helyeznek, de ez már a megfelel préslégformázásnak.

Mélyhúzás módszerei

pozitív/negatív szerszámmal s!rített leveg#s

bélyeges

Gyártás Illesztések

Illesztések Oldható kötések mechanikai köt#elemekkel meneszt#csavaros kötések bepattanó kötések

Nem oldható kötések hegesztés ragasztás

Mechanikai köt"elemek

Meneszt"csavaros kötés A kötés szilárdságát fefolyásolja: a csavar geometriája a polimer anyag mechanikai tulajdonságai a csavart befogadó „szem”, vagy tubus kialakítás. Jellegzetes tubusok: hengeres (enyhén kúpos), hosszú, bordázott, hengeres/ kúpos és parabola-alakú

Tubusok Hengeres forma: fels# részén feszültségmentesít# furat csak a fels# harmadában fordul el# kihasasodás kis igénybevétel

Hosszú tubus: feszültségmentesít# furat nélküli tubusnál a kihasasodás a tubus fels# részén tubus alsó része torzióra van igénybevéve fels# részének igénybevétele feszültségmentesít# furattal, a torziós igénybevétel bordák kialakításával csökkenthet#

Bordázott kialakítás: csak kihasasodés lehetséges torziós igénybevétel nincs

Tubusok Hengeres/kúpos forma: fels#, vékonyabb hengeres tubusrészben er#teljesebb az igénybevétel és a kihasasodás, a nagyobb falvastagságú alsó behúzó részben kisebb a kihasasodás

Parabola alak: jelent#sen csökkenti az alsó behúzó zóna terhelését a kis falvastagságú fels# zóna túlterheltté válik fels# részben a tehermentesít# furat ellenére a csavarfej alatt jelent#s deformációnak van kitéve a tubus.

Csavarok Optimális csavarkialakítás feltételei: a tubus kismérték! radiális deformációja, kis behajtási nyomaték, nagy túlhúzási nyomaték, nagy menetszárnyfedés, kis toleranciatartomány.

Lemezcsavarok nem megfelel#ek Fához, polimerhez gyártott csavarok megfelel#ek Szabvány szerint min. 10x újrabehajtás el#írt

Csavarok Hőre lágyulókhoz: a) 30 °-os menetszárnyú csavar, b) kétbekezdés! csavar, c) feszít#lemez csavar, d) csavar polimerekhez

Duromerekhez: asszimetrikus menetprofil

Bepattanó kötések H#r lágyulóknál alkalmazott, olcsó kötéstípus. Méretezésénél ügyelni kell a feszültséggy!jt# helyek elkerülésére. Legnagyobb igénybevétel a bepattanó kötés horga, vagy egyéb formájú eleme, és az alkatrész találkozásánál. Megfelel# lekerekítési sugarat kell alkalmazni.

Hegesztés

Hegesztés H#relágyuló m!anyagok hegesztése: ugyanabból az anyagból készült másik alkatrésszel jól hegeszthetjük: képlékeny/megömlesztett állapotba hozott szerkezeti anyagot megfelel# h#mérsékleten, megfelel# nyomással, rövid, de megfelel# ideig kapcsolatba hozzuk

A kötés fizikai úton, h#közléssel és képlékeny alakítással jön létre. A kötés a polimer láncok, az eredeti határfelületen túl érvényesül# diffúziójával jön létre. A hegesztend# h#relágyuló polimert kell#en folyékony ömledék állapotba kell hozni. Elasztomerek, duromerek (térhálós polimerek) nem hegeszthet#k. Különböz# anyagú h#relágyulók összehegesztésének, keverhet#ségének termodinamikai korlátai vannak.

Hegesztés min"sége A hegesztett kötések min#sége, vagyis a nagy molekulatömeg! polimerek határfelületén létrejöv# kötés szilárdsága nemcsak az anyagok nedvesítését#l (adhézió) függ, hanem a molekulaláncoknak a határfelületen végbemen# öndiffúziójától is (kohézió). A hegesztést jellemezhetjük a jósági fokkal: hegesztett varrat szilárdsága / alapanyag szilárdsága

duzzadás

diffúzió

Hegesztés technológiái Hegesztési technológia alapkövetelményei: összeférhető molekulaszerkezetük legyen megfelel# viszkózus és rugalmas fizikai állapotot biztosító hőmérséklet megfelel# nyomás és annak ideje a hegesztend# felületek molekuláris közelségének biztosításához a hegesztett kötések lehűtése

Hegesztési technológiák a h#átadás módja szerint: h#vezetéses hegesztés mechanikai súrlódásos hegesztés sugárzásos hegesztés

Forrógázas hegesztés Els#sorban vastagfalú, nagyméret! alkatrészek hegesztésére. A polimerek pálcás hegesztésénél a hegesztend# felületeknek csak a küls# rétegei olvadnak meg és a pálca anyaga sem egyezik meg a hegesztend# darabokéval. kemény polimer

lágy polimer

Forrógázas, extruziós hegesztés Nagy térfogatú varratok esetén. 6-8 mm vastagság felett. Kis méret! extrúderben megömlesztik a hozaganyagot, és az extrúdercsiga préseli be a forró gáz által el#melegített varrattérbe. A hozaganyag és a két hegesztend# anyag közötti nyomást teflon simítósaru biztosítja. Kézi eljárás.

F!t"elemes hegesztés Fűtőékes hegesztés: fém betétekkel, ékekkel, bordákkal két fél megömlesztése és összenyomása pl. fóliák átlapolt hegesztése

kézi



automatikus

F!t"elemes hegesztés Tükörhegesztés: Vastagfalú cs#vezetékek (gázcsövek, vízcsövek) hegesztésére Az összehegesztend# cs#végeket mindkét oldalán sima felület! f!tött tárcsához (a „tükörhöz”) szorítják. A megfelel#en felmelegített cs#végeket a tárcsa eltávolítása után egymáshoz szorítják és nyomás alatt leh!tik. A hegesztés min#ségét befolyásolja: a hegesztend# csövekben lev# orientáció mértéke, és esetleges eltérései, a cs# küls# és bels# palástjában meglév# bels# feszültségek, a hegesztend# csövek anyagának, kristályosságának, kristályszerkezetének különböz#sége, a cs#végek felületének párhuzamossága.

F!t"elemes hegesztés Tükörhegesztés: Leggyakrabban csövek, üzemanyagtartályok, akkumulátorok, stb. hegesztésére. Nagy méret- és formaskálán alkalmazható, de nagy ciklusid#vel.

F!t"elemes hegesztés Fűtőszál-betétes hegesztés (elektrofúziós): Elektromos ellenállás huzalt vagy hálót fektetnek a két hegesztend# felület közé. A vezet#re egyenáramot, vagy kis frekvenciájú váltóáramot vezetnek -> h# fejl#dik. Áram megszüntetésével, a felületi nyomás fenntartásával a kötés megszilárdul. De a f!t#elem a kötésben marad!

Dörzshegesztés Rotációs dörzshegesztés: Az egyik munkadarab gyors forgó mozgást (50...150 m/s) végez, míg a másik, rögzített alkatrészhez nyomják 1..2 MPa nyomással. A hegesztéshez szükséges h#mérsékletet a felületek között fellép# súrlódási h# biztosítja. Ömledék állapot elérése után a forgó mozgást megállítják, állandó nyomás alatt hagyják leh!lni. El#nye: egyszer! berendezés, jól szabályozható technológia.

Dörzshegesztés Rotációs dörzshegesztés:

Dörzshegesztés Vibrációs hegesztés: A h# kicsi, transzlációs elmozdulásokkal jön létre a két egymáshoz szorított, súrlódó felület között. Nem forgásszimetrikus termékek hegesztése. Kétféle mozgástípus: egytengely! lineáris mozgás két tengely menti lineáris mozgás (ellipszis pálya menti) kombinációja.

120-300 Hz frekvenciájú, 0,75...5 mm amplitúdójú mozgás. Kritikus: az összenyomó er# és a hegesztési id#.

ek

15

Dörzshegesztés

elmozdulásokkal hozza létre a két

Vibrációs hegesztés:

em forgásszimetrikus termékek

ytengely lineáris mozgás és a két

nti) kombinációja kombinációja. 120-300 120 300 Hz

l. Összenyomó er és a hegesztési id

Dörzshegesztés Hang hegesztés: Hegesztés 10 kHz-es hanggal: a vibrációs dörzshegesztést#l annyiban tér el az eljárás, hogy itt a kötési felületeket nem csúsztatják el egymáson, hanem a hegesztend# anyag felületét gyors nyomásváltozásnak teszik ki. A 10 000 rezgés/másodperc körüli frekvencia kedvez#, de a hallható tartományba esik -> különleges zajvédelem.

Dörzshegesztés Utraangos hegesztés: Hallható tartományon kívüli (20–40 kHz) frekvenciák használata. A molekuláris súrlódás miatt jön létre a h#fejl#dés. A polimerben gyorsan csökken# ultrahang intenzitás miatt a legmagasabb h#mérséklet a polimer anyagában, a felülett#l kissé beljebb keletkezik. Erre már az ultrahangos hegesztéssel összekötend# alkatrészek tervezéskor gondolni kell.

Pneumatikus henger Jelátalakító Konverter Erősítő

Szonotróda Kürt Vezérlőberendezés

Műanyag Üllő

chanikai súrlódásos hegesztés

Szonotróda kialakítások

notróda

Akusztikus test: 3 f kialakítás létezik

Lépcsős

Egyenes

Exponenciális

Anyaga lehet (+ kopásálló bevonatok pl.: Nikkel): •Alumínium •Titán •Edzett

acél

Dörzshegesztés Ultrahangos hegesztés paraméterei: Összeszorító er# (széles spektrumban) Hegesztési id# (általában <1 s) H!lés közbeni összeszorító er# Amplitúdó Ultrahangos hegesztő vezérlése: Energia Abszolút út Relatív út Id#

záró kötések

20 hegesztési g él variációk

Dörzshegesztés

sztés

Ultrahangos - felületkialakítások ermék tervezésénél ki kellhegesztés alakítani a megfelel g

felület, élek, átfedés a célszer érdes .

esztési él variációk

Érdesített felület

Túlfedéses ú edéses illesztés es tés

Sugárzásos hegesztés Alapja, hogy az elektromágneses hullámok az anyagban történ# elnyel#dés után h#vé alakulnak. Az elekromágneses hullámokat frekvenciájukkal (f) vagy hullámhosszukkal (λ) jellemezhetjük. Nagyfrekvenciás hegesztés: a poláris polimerek molekulái váltakozó elektromágneses er#térben rezgésbe hozhatóak (27,12 MHz). A magas dielektromos veszteségi tényez#vel rendelkez# anyagoknál (lPVC, TPU, ABS, PA) bels# súrlódás lép fel, az energia egy része h#vé alakul. A berendezés gyakorlatilag két kondenzátorlemezb#l áll. A fels# (elektróda) biztosítja a megfelel# összeszorító er#t és a varratprofilt, alsó lemez a présasztal. Vékony lemezek és fóliák hegeszthet#k. Díszít#varratok is kialakíthatóak.

Anyaggal záró kötések

Nagyfrekvenciás hegesztés

Sugárzásos hegesztés

Po olimerek feldolgozása

•

Nagyfrekvenciás gy hegesztés g

24

Indukciós hegesztés Az induktor (2...5 MHz) által gerjesztett elektromágneses mez# fizikai tulajdonságait használják ki. Megoldásai: Köztes darab ferromágneses szemcséj! polimer blend, amely a nagy frekvenciájú, váltakozó mágneses térben felmelegszik – kialakul a kötés. Fémhálót fektetnek az összehegesztend# felületek közé, amely felmelegszik. Szénszál alapú szövetet alkalmaznak, ahol a csomópontoknál örvényáram keletkezik, így h# képz#dik a szénszál ellenállása következtében. Autóipar: szénszál-er#sítés! kompozitoknál.

Mikrohullámú hegesztés Az anyagok dielektromos tulajdonságát használja, aszerint, hogy mekkora részét nyel el a belép# energiának (2,45 GHz). Módszerei: Közvetlen melegítés poláros szerkezet! anyagok esetén. A mikrohullámokat fém terel#lemezek segítségével vezetik a hegesztend# helyre. Közvetett melegítés apoláros szerkezet! anyagoknál. Nagy dielektromos veszteségi tényez#j! anyagot helyeznek a két összehegesztend# felület közé.

Lézeres hegesztés Lézersugár a hegesztend# anyag felületéhez érve: reflektálódik, abszorbeálódik, transzmittál.

Az elnyel#dés nagyban függ az alkalmazott hullámhossztól (Pl.: PC) és a tölt#anyagoktól. Módjai: Direkt lézeres hegesztés: a tompahegesztés esetén vagy vékony lemezeknél Lézeres transzmissziós hegesztés: hegesztend# felületeket hegesztés el#tt összeillesztik, átlapolt kötést létrehozva. A lézersugár érkezése felüli anyag a lézer számára átereszt#, amíg az alsó anyag abszorbeálja. Az átereszt# anyag a h#átadás útján melegszik. Kulcskérdés az anyag átereszt# / abszorpciós képességében rejlik.

zerek melegítési g módja j alapján pj megkülönböztetünk: g •

Lézeres hegesztés

Direkt lézeres hegesztés: a tompahegesztés esetén vagy vékony lemezeknél

Közvetlen

29

Transzparens

Ragasztás

Ragasztás Két szilárd test összeer#sítése ragasztó segítségével, ahol az összeer#sített részek anyaga nem feltétlenül azonos. Kötések szilárdságát a ragasztandó anyagok, valamint a ragasztó bels# szilárdsága, kohéziója, és a ragasztandó anyag – ragasztó határfelületén fellép# er#hatások, az adhézió adja. Jó a ragasztás, ha a tönkremenetel nem a ragasztási határfelületen történik.

Ragasztási elméletek Mechanikai kapcsolódás Diffúziós elmélet Fizikai adszorpció elmélete (vdW, H) Kémiai kötések elmélete (szilán, izocianát) Sav-bázis elmélet Gyenge határréteg elmélet

kémiai+ fizikai+mechanikai fizikai+mechanikai

Ragasztók csoportosítása A ragasztókat csoportosíthatjuk: kémiai szerkezetük, fizikai tulajdonságaik, kötésmódjuk, a velük ragasztható anyagok szerint.

Kémiai szerkezet szerint A ragaszók rendszerint: nagymolekulájú anyagok, polimerek, a ragasztandó anyagot jól nedvesítik, és azzal (többnyire) másodlagos kötéseket alakítanak ki. Lehetnek természetes (kaucsuk alapú ragasztók, ásványi szurkok, bitumenek) és mesterséges polimer alapúak.

Szintetikus ragasztók A szintetikus polimer alapú ragasztók közül a gépiparban a legfontosabbak: Epoxigyanták, társított epoxigyanták Poliészterek: alkid– és allilgyanták Poliuretánok Fenoplasztok, aminoplasztok Akril– és metakrilsavészterek Ciánakrilátok („pillanatragasztók”) Vinilszármazékok Poliamid alapú ragasztók Szilikongyanták

Nagyon magas h#mérsékleteknek (>400–500 °C) kitett ragasztott kötéseket szervetlen (kerámia) alapú ragasztóanyagokkal.

Fizaikai tulajdonság szerint Folyékony ragasztók: monomerek, oligomerek, oldatok, diszperziók. A diszperziók többnyire vízben finoman eloszlatott ragasztóanyag-szuszpenziók, egyes esetekben kolloid oldatok. A kötést a diszpergált részecskék (1–500 μm) koagulálása (kicsapódása) hozza létre.

Fizikai tulajdonság szerint A szilárd (olvadék) ragasztók szobah#mérsékleten szilárd anyagok, megolvasztva, majd újból leh!tve hozzák létre a kötést. A reaktív ragasztóknál a h# kémiai változást is okoz. A szilárd ragasztók különleges csoportja a hordozóra felvitt tartósan tapadó, nyomás-érzékeny ragasztók, amelyek nyomás hatására hozzák létre a kötést (PSA = Pressure sensitive adhesives). A ragasztópaszták kenhet#, gittszer! anyagok, a nagymennyiség! tölt#anyag miatt nagy a viszkozitásuk.

Kötés módja szerint A kémiai reakció nélkül köt# ragasztók: hidegen köt#, tartósan tapadó ragasztó - valójában nem is köt, csak nedvesít. oldószer (vagy diszpergálószer) elpárolgással köt# ragasztók. melegen köt# ragasztók (hot melt) csak olvadék (ömledék) állapotban nedvesítik a ragasztandó felületet. A kötés a ragasztó leh!lésével jön létre. Ebbe a csoportba lineáris polimerek tartoznak.

Kötés módja szerint A kémiai reakcióval köt# ragasztók: polimerizációval, a poliaddícióval vagy polikondenzációval köt# ragasztók. A polikondenzációs típusnál (pl. fenoplasztok) biztosítani kell a melléktermék eltávozását. A legtöbb esetben a viszonylag nagymérték! zsugorodás (kivétel: epoxigyanták) miatt nyomás alkalmazása szükséges.

Ragasztás technológiája szerint A kötésben résztvev# elemek szerint: homogén kötések: a ragasztandó anyagok között csak a ragasztóréteg található, inhomogén kötések: a ragasztórétegben még valamilyen er#sít#anyag (pl. üvegszövet) is van, kombinált kötések: a ragasztás mellett más (pl. szegecselés, csavarozás) kötést is alkalmaznak.

Technológiai lépések Ragasztandó felületek kezelése Ragasztó el#készítése Ragasztó felvitele a ragasztandó felületekre Ragasztandó részek összeillesztése, rögzítése Ragasztó kikeményítése Utóm!veletek

Ragasztandó felületek kezelése A ragasztott kötés szilárdságát jelent#sen befolyásolja a felületek megfelel# el#készítése. A felületkezelés lehet: a felület tisztítása és a megfelel# érdesség kialakítása (zsír– és egyéb szennyez#dések eltávolítása, csiszolás, szemcseszórás), vegyszeres kezelés a megfelel# oxidréteg kialakításához (Al), koronakisülés poliolefinek (PE, PP) felületi energiájának növelésére,

Minél kisebb a ragasztandó anyag felületi energiája (minél kevésbé nedvesíti a ragasztó), annál bonyolultabb, költségesebb el#készítést igényel.

Ragasztó el"készítése Ragasztó típusától függ: Kétkomponens! ragasztóknál a komponensek kimérését és összekeverése. Diszperziós ragasztóknál a kiülepedett rész felkeverése, viszkozitás beállítása. Oldószeres ragasztóknál esetleges hígítás. Ide tartozik a tölt#anyag bekeverés m!velete is.

Ragasztó felvitele Manuálisan vagy gépi úton. A kötésszilárdság függ a felhordás módjától is. Folyékony ragasztók felhordása: kenéssel, mártással, szórással vagy hengerléssel történik. A szilárd ragasztókat szórással, megömlesztéssel, vagy egyszer!en ráhelyezéssel.

Munkadarabok illesztése A ragasztandó darabokat a rögzítés el#tt össze kell illeszteni. Ez a gyorsan köt# ragasztóknál jelenthet nehézséget. Nagy alkatrészeket néhány csavarral lehet rögzíteni. Egyes ragasztók (pl. fenolgyanták) igénylik a nagy (1 MPa körüli) nyomást, h#mérsékletet. Nagyobb alkatrészekhez a nagyméret", drága illeszt!készülék miatt nem célszer" használni.

Ragasztó kikeményedése Oldószeres vagy diszperziós ragasztók kikeményedése az oldószer, illetve a víz elpárolgását jelenti. Biztosítani kell a szükséges id#t az oldószer elpárolgásához (ún. nyitott id#). Ömledékragasztóknál a kötés a leh!lés után jön létre. A reaktív ragasztók kikeményedését a h#mérséklet és az id# befolyásolja. Pl. UF: 100°C, 2 min Érvényes a van’t Hoff szabály: a reakció sebessége kb. 10 fokonként megduplázódik.

Utóm!veletek Reaktív ragasztóknál utólagos h#kezeléssel a kötésszilárdság jelent#sen növelhet#. Nem kell#en víz– vagy klímaálló ragasztók (pl. UF) esetén a ragasztóréteg szélét véd#réteggel (festékkel, lakkal) látják el. A munkadarab felületére került felesleges ragasztóréteg eltávolítása.

Polimerek ragaszthatósága Hőre lágyuló ABS

LCP

PC

PE

PET

PP

Hőre keményedő PS

lPVC kPVC TPU

EP

MF

PF

Elasztomerek UP

NBR

PU

SBR

Ciánakrilát Epoxi Akril PUR Kontakt MS Szilikon

Nagyon jó

Jó

Közepes

Részben

Nem

TPE

Polimer kompozitok

Mi a kompozit? A kompozitok olyan összetett anyagok, amelyek két vagy több különböző szerkezetű és makro-, mikrovagy nanoméretekben elkülönülő anyagkombinációkból épülnek fel a hasznos tulajdonságok kiemelése és a káros tulajdonságok csökkentése céljából, mivel a kompozitok alapanyaga az erősítő fázis segítségével ér el jobb tulajdonságokat. Az alapanyagot mátrixnak, a többi elemet pedig második (vagy erősítő) fázis(ok)nak nevezzük.

Kompozit Tervezett tulajdonságú, többfázisú, összetett (több anyagból álló szerkezeti anyag), amely er#sít#anyag(ok)ból és beágyazó anyagból (mátrix) áll. Rendszerint nagy szilárdságú és rugalmassági tényet#j! száler#sít# és kisebb szilárdságú. ám szívós mátrixból.

Szál er"sítés Er#sít#anyag jellemz#en szálas anyag: egy irányban jelent#s szilárdság növekedés. Száler#sítés indokai: méret-hatás, fajlagos felület növelése, hajlékonyság.

Méret-hatás Az er#sít# anyag tönkremenetelét a szerkezeti hibahelyek indítják. Ha ezek számának valószín!sége egy vizsgált térfogatban adott, akkor a vizsgált térfogatú anyagból a leghatékonyabb er#sítést akkor érjük el, ha a lehet# legkisebb keresztmetszet! szálat képezzük bel#le. Üveg- és szénszálak szilárdsága az átmér# csökkenésével n#!

Fajlafos felület A fajlagos felület növelése a kompozit tulajdonságait alapvet#en befolyásoló határfelületen meghatározó jelent#ség!. A rövid szálak l/d (karcsúság) aránya kiemelt jelent#ség!.

Hajlékonyság A vékony szál, mint rúd merevségének reciproka, a hajlékonyság a szál átmér#jének 4-ik hatványával fordítottan arányos. A vékony üveg- vagy szénszálak hajlékonysága (szemben az üvegrúd/-pálca törékenységével) lehet#vé teszi bonyolult térformájú idomok gyártását.

Er"sít" szálak Üvegszál Szénszál (karbonszál) Aramid szál Polietilén szál Fémszálak (pl. acélsodrony abroncsban) Farost/cellulóz

Üvegszál Szilikát vegyület: SiO2 + fémoxidok kovalens és ionos kötéssel - kvázi polimer. Az ömledékb#l 103 nagyságrend! elemi szálbó álló köteg húzható. Elemi szálak átmér#je ~10 μm. Feleületkezelést igényel: feldolgozás alatti védelem (írezés) biztosítani kell a mátrixanyaggal való határfelületi kapcsolódást (pl. epoxivegyületekkel, szilánokkal)

Üvegszál

Karbonszál A legnagyobb szén-szén köt#er# a legnagyobb rendezettség mellett a gyémántban van. A szénszálakhoz a szén grafitos szerkezetét hasznosítjuk: a hatszöglet! egységekb#l felépített lamellák síkjának irányában rendkívül magas szilárdság. Karbonszál átmér#je: 7-8 μm Egy köteg 40 000 elemi szálat tartalmaz

Gyártása Alapanyaga (el#terméke) többféle polimerszál lehet - ezt úgy kell elszenesíteni (karbonizálni majd grafitosítani), hogy közben ne égjen el és ne olvadjon meg, és kialakuljon a kívánt szénszerkezet. Jellegzetes alapanyagai: poliakrilnitrit (PAN) - Zoltek Zrt. Nyergesújfalu regenerált cellulóz (viszkóz) kátrány alapú szál.

Karbonszál

Aramid szál Aromás poliamid szálak nagyfokú orientáció (nyújtás) rvén nyerik el nagy szilárdságukat. Para-kötéssel kapcsolódó aramidok: 3000 MPa feletti szakítószilárdság 60-120 GPa húzó modulusz s!r!ség: csak 1,44 g/cm3 pl. Kevlar, Twaron, Technora Meta- kötéssel kapcsolódó aramidok: pl. NOMEX szálakból epoxi vagy fenol köt#anyaggal papírvékony lemez készíthet# - jellegletesen méhszejtes felhaszálás.

Kevlar

Polietilén szál Nagy molekulatömeg! (106 Dalton - UHMWPE) géles oldatból nagymérték! orientáció (nyújtás) révén gyártják: HOPE (highly oriented polyethylene). Tömegre vonatkoztaott szilárdsága meghaladja az acélét. Hátránya: rossz h#állóság (140°C-on olvad) rossz ragaszthatóság, köt#dés.

Farost/cellulóz Rövid szálak alkalmazása. Fa-m!anyag kompozitok (WPC) Lebomló biopolimerek (PLA) Cellulóz Természetes fa Természetes gyapot Poliózok Technikai cellulózok Regenerált cellulózok

Átlagos DP 8000 – 10000 14000 – 15000 80 – 200 600 – 2000 200 – 900

WPC

Prototípus gyártás

Prototípus Gyorsított termékfejlesztés - prototípus gyártás (rapid prototyping). Prototípus: a termék els# darabja, az “#sminta”, amelynek alapján a sorozatgyártás elindul. Dönt#en meghatározza a gyártmány sikerét, és a gyártási eljárás, a technológia eredményességét, termelékenységét. Prototípusok alapjai a különbözó minták, modellek.

Modellekt"l a mintáig Arányos modell: egy új termék kicsinyített mása – nem részletes, lényegében a küls" forma arányait tükrözi. Ergonómiai modell: már fontos részleteket bemutat a kezelhet"ség, használhatóság értékelése céljából. Tervezési modell: küllemében már teljesen megfelel a sorozatgyártásól kikerül" mintának - a vev", a gyártó, a beszállító, stb. véleményének gyors figyelembevételéhez. Funkciós modell: a legfontosabb funkciók (mechanikai, használati tulajdonságok, szerelhet"ség, szervizmunka lehet"sége, stb.) értékeléséhez. Prototipus: már csaknem teljesen megegyezik a (els") mintával. Lehet"vé teszi a gyártószerszám el"állítását. Minta: már a sorozatgyártásból származik - referenciadarabként a min"ségbiztosítást szolgálja, a továbbfejlesztés bázisa.

Modellek célja Az alkatrész megformálása, a termék m!szaki tervezése, megalkotása (creative engineering), a megvalósíthatóság, a gyárthatóság (feasibility, manufacturability) felmérése, a m!köd#képesség (functionality) értékelése, a termék felhasználói, piaci fogadtatásának el#zetes értékelése (marketing).

Linear engineering Termék koncepcionális megalkotása

Terv vázlat

Részletes terv(rajz)

Prototípus (korábban manuálisan)

Prototípus vizsgálata, tesztelése

Gyártószerszám tervei

Szerszám gyártása

Gyártásti technológia

Sorozatgyártás

A prototipus el#állításának id#szükséglete fontos m!szaki - gazdasági tényez#!

Gyors prototípusgyártás!

Simultaneous engineering Alapelve nemcsak lerövidíteni, hanem egymásba tolja ezeket a korábban szigorúan egymás utáni lépéseket, és újtípusú visszacsatolásokat is kívánatossá és lehet#vé tesz. A lerövidített utat egyidej!, párhuzamos lépésekb#l összeálló termékfejlesztés (simultaneous engineering) oldja meg.

Czvikovszky

M!anyagipar el"nye A polimer alkatrész/végtermék alapötlete már ötletcsíra formájában is 3D képben virtualizálható, és gyorsított eljárással prototípussá alakítható. Rapid prototyping: már a „nulladik közelítés” változatában is kézzelfogható termékmintát ad majd sokoldalú vizsgálattal, teszteléssel többszöri iterációs lépésben megismételhet# és így tökéletesíthet# a modell. A szimultán termékfejlesztés tette szükségessé, és a számítógépes terméktervezés tette lehet#vé.

Virtual prototyping

Valós modellek helyett el#bb: Szoftveres tervezés Szoftveres szimuláció Virtuális iteráció

Prototípus gyártási technológiák Számítógéppel vezérelt forgácsolás Lézer sztereo litográfia Szelektív lézer szinterezés 3D nyomtatás Ömledékrétegezés Réteges fotopolimerizáció Réteges kivágás és felépítés

Számítógéppel vezérelt forgácsolás

Forgácsolásra alkalmas polimerek: poliamidok, a poliolefinek közül a HDPE és a PP, a fluorpolimerek, a poliakrilátok és poliacetátok. A komplex geometriájú alkatrészek megmunkálásához egyre gyakrabban integrálják a CAD-CNC rendszert CAD/ CAM munkaállomással. Relatív lassú, nem minden polimernél alkalmazható.

Lézer sztereolitográfia Forgácsolás ellentettje: sugárzással inicializált polimeriácó felépítjük rétegekb#l a prototípust. A sugárzás (UV, gamma, lézer) a kétfunkciós monomereket/oligomereket láncpolimerré, a háromfunkciós monomereket/oligomereket térhálóssá alakítják.

A lézer-sztereolitográfiában a számítógéppel vezérelt lézersugár a nagy pontossággal kirajzolt rétegben sugárzással iniciált térhálós polimerizációval építi fel a 3D alkatrészt. Alapanyaga: folyékony oligomer, tipikusan epoxi-akrilát, vagy uretán-akrilát, térhálósodásra alkalmas kett#s kötésekkel.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Lézer (pl. HeCd) - 40 - 400 mW Fókuszáló lencsék Tükör HeNe lézer vastagság mérésre Simító lemez Alaplemez mozgató Folyékony polimer gyanta Alaplemez Kész modell

Lézer sztereolitográfia A lézersugár mintegy 500 mm/s sebességgel rajzolva felépíti az 0,1–0,3 mm vastag els# réteget, majd az alaplemez egy lépcs#vel (újabb 0,1 – 0,3 mm-el) lejjebb merül, és a lézersugár újabb réteget térhálósítva felépíti a prototipus újabb rétegét. A berendezés f# részei: megvilágító (a LASER egység), folyadékfürd# a mozgatható alaplemezzel és újrabevonó berendezéssel (re-coating unit), a folyamatirányító computer, utókezel# berendezés: h#kezel#, UV-kezel#, tisztító, (ultrahangos), üvegpor-szóró felületkezel# stb.

Szelektív lézer szinterezés Hasonlít a lézerlitográfiára, de: mozgó asztalra lézersugár építi fel rétegenként a m!anyagdarabot, de nem folyadékot polimerizál, hanem kész (h#re lágyuló) polimer por-szemcséket olvaszt össze ehhez jóval nagyobb, tipikusan 50 W teljesítmény! CO2 lézert használ. Alapanyag: h#re lágyuló polimer por - PA, PC, ABS , PVC, fémpor, köt#anyaggal bevonatolt kerámia porok. A lézersugár 1000 mm/s sebességgel pásztáz, egy 25 mm magas bonyolult alkatrészt prototípusa <1 óra alatt kész.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

CO2 lézer fókuszáló lencsék tükör szinterezetlen por modell terít#henger alaplemez adagoló tartályok

Minden réteg „összeolvasztása” után a félkész alkatrészt újabb porréteggel borítanak be, a pásztázott lézersugárral ráolvasztják a következ# réteget. A rárétegezés hengerrel történik. El#nye, hogy itt nem kell a készül# alkatrészt a folytonosan süllyed# alaplemezhez kötni - a félkész prototípus megül a nem-összeolvasztott, tömörített polimer-por ágyazatban.

3D nyomtatás Szintén poralakú alapanyagból a „tintasugaras” nyomtató egységhez hasonló számítógép-vezérelt nyomtatófej m!ködik. Ez apró cseppenként köt#anyagot lövell a poralakú alapanyagra, így készíti el rétegenként a prototípust. Az eljárást korábban f#leg kerámiára alkalmazták: Al2O3, Al-SiO2, a köt#anyag is SiO2 tartalmú, a rétegvastagság: 0,18 mm. A tintasugaras „ágyú” sebessége 0,1 - 20 m/sec.

1. porfelvitel az el#z# rétegekre 2. köt#anyag elhelyezése a modell metszetén 3. porfürd# süllyesztése

PolyJet technológia PolyJet-Technologie von Objet werden modernste Photopolymer-Materialien in ultradünnen Schichten (16µ) so lange schichtweise auf eine Bauplattform gejettet, bis das Teil fertig gestellt ist. Die intuitive Objet Studio™Software verwaltet den Vorgang. Jede Photopolymer-Schicht wird sofort nach dem Jetten mit UV-Licht gehärtet; so werden vollständig gehärtete Modelle erstellt, die ohne Nachhärten sofort verwendet werden können. Das gelartige Trägermaterial, das speziell für komplizierte Geometrien angelegt ist, kann von Hand oder mit einem Wasserstrahl entfernt werden.

Ömledékrétegezés Az ömledékrétegezésnél (FDM) a megömlesztett anyagot célzottan elhelyezve építik fel a pontos méret! prototípust. Alkalmas közvetlen 3D megformálásra, de m!ködtethet# 2D üzemmódban is. 1. ömledék állapotba hozott anyag, 2. megszilárdulás kezdete 3. megszilárdult állapot 4. hevített FDM fej 5. modell 6. anyagadagolás 7. mozgó asztal

1,25 mm átmér#j! h#relágyuló polimer szállal 0,025 – 1,25 mm rétegvastagság. A 380 mm/s sebességgel mozgó ömledék-sugár - 0,125 mm pontosság.

Réteges fotopolimerizáció Maszk segítségével építi fel a rétegeket, UV-iniciált fotopolimerizáció révén. A „maszkot” elektrosztatikus töltés formájában üveglemezre viszik fel, majd a lézer-nyomtatás alapelvét alkalmazva a „toner”-rel el#hívják. A megvilágítás után az üveglemezt megtisztítva ugyanaz a lemez kész a következ# réteg felvitelére. A „holt” tereket viasszal töltik ki - a folyamat végén forró oldószerrel eltávolítaják. kb. 100 réteg rakható fel 1 óra alatt (15 mm)

1. UV lámpa 2. polimer bevezetés 3. polimer elvezetés 4. viasz elvezetés 5. h!t#lap a viasz megszilárdításához 6. marófej a viaszréteg marásához 7. asztal 8. viasztömb belsejében a modellel 9. maszk 10.elektrosztatikus feltöltés, maszk létrehozás, maszk törlés 11.maszkhordozó

Réteges kivágás és felépítés A CAD-del tervezett rétegeket a lézer-plotter papírból, m!anyagfilmb#l, vagy fémlemezb#l kivágja és megfelel# köt#anyaggal egymásra halmozza. A vágáshoz CO2 lézer (25–50 W). A rétegvastagság min. 0,05 mm. Az „építés” sebessége tipikusan 100 réteg/h.

Gyors prototípusgyártás

3D technika

pontról pontra

diszkrét

teljes felület

folytonos

2D rétegfelépítés

pontról pontra

diszkrét

folytonos

teljes réteg

titanic.nyme.hu/~atibor/ATL [email protected] 20 532 1187