Polimer kompozitok technológiája Kidolgozott felkészülést segítő kérdések Megjegyzés: vannak olyan kérdések amik szorosan kapcsolódnak egymáshoz, ezeket egyben dolgoztam ki (pl. 8-9-15). Források: Saját előadásjegyzet Szabó Zsófia Polimer kompozitok 2 előadásjegyzete Dr. Kovács József Gábor "Szálerősített fröccsöntés" előadási diái Dr. Kovács József Gábor "Fröccsöntött termékek tervezése és szimulációja" című PhD értekezése Dr. Tábi Tamás: Fröccsöntött termékek vetemedésének jellemzése újfajta módszerrel Wikipédia Egyéb internetes források 1. Ismertesse a polimer kompozit definícióját! A polimer kompozit olyan többfázisú, összetett anyag, ami nagyszilárdságú erősítőanyagból, valamint szívós mátrixból áll, és e két összetevő között kiváló adhéziós kapcsolat van. 2. Sorolja fel a polimer kompozitoknál alkalmazott leggyakoribb hőre lágyuló mátrixokat! Jellemezze tulajdonságaikat! 1. PE 2. PP: erősebb mint a PE, de korlátozott a hidegállósága és a ragaszthatósága 3. PA 4. POM 5. PET 6. PVC 7. PS 8. ABS 9. PMMA 10. PC HL és HK mátrixok tulajdonságainak összehasonlítása Tulajdonság húzás, hajlítás, nyomás ütésálló kúszás kémiai ellenállóképesség vízfelvétel éghetőség újrahasznosíthatóság szálak impregnálása félkésztermék stabilitása előkészületi költségek
Hőre lágyuló mátrix jó jó közepes jó, közepes jó jó közepes közepes, gyenge jó jó, közepes
Hőre keményedő mátrix jó közepes jó közepes, gyenge közepes közepes, gyenge gyenge közepes közepes közepes, gyenge
3. Sorolja fel a polimer kompozitoknál alkalmazott leggyakoribb hőre keményedő mátrixokat! Jellemezze tulajdonságaikat! 1. Epoxigyanta: ◦ jó tapadás ◦ kicsi zsugorodás (lassú, lépcsős reakció miatt) ◦ kiváló vegyszer- és hőállóság ◦ higiénikus feldolgozást igényel ◦ repülőgépek, elektrotechnika, csövek, tartályok, pultrudált profilok, gépburkolatok ◦ ez a legjobb mechanikai tulajdonságú gyanta ◦ drága 2. UP (telítetlen poliésztergyanta): ◦ hőálló ◦ vegyszerálló ◦ nagy a zsugorodása (0,5-1,5%), adalékokkal csökkenthető ◦ autóipar, hajótestek ◦ olcsó ◦ jó mechanikai tulajdonságok ◦ korlátoltan tárolható, mert a gélesedés magától beindul 3. Vinilésztergyanta (EP+PES): ◦ árban és tulajdonságaiban az EP és az UP között áll ◦ UP-nél jobb mechanikai tulajdonságok, vegyszerállóság és hőállóság 4. PUR 4. Jellemezze az erősítőanyagokat formájuk szerint! Miért a szál- és a korong alakú erősítés a legjobb? Szál, korong vagy gömb alakú erősítőanyagok léteznek. 1. Szál: szálerősített kompozitok 2. Korong: nanokompozitokban 3. Gömb: töltött rendszerekben, pl. UV-állóságot biztosít, de a mechanikai tulajdonságokat nem változtatja A Egy erősítőanyag akkor erősít jól, ha az hányados nagy. Korong és szál esetén: V A 2⋅r⋅π⋅l+2⋅r 2⋅π 2 2 = = + Vékony szál esetén r << l, korong esetén r >> l, ezen esetekben V r l r 2⋅π⋅l nagy az erősítés. A 4⋅r 2⋅π 3 = = Gömb esetén: V 4 3 r ⋅r ⋅π 3 Az A/V viszony a szálnál és korongnál a legnagyobb, ezért ezek erősítenek a legjobban.
5. Ismertesse az erősítőszálak csoportosítását! Természetes szálak: 1. növényi (nád, len, kender, sizar, farost) 2. ásványi (azbeszt – jó tulajdonságok, hőálló, rezgéscsillapító) 3. állati (pókselyem) Előnyei: újrahasznosítható, olcsó, kis sűrűségű, könnyű. Hátrányai: tulajdonságai nem tervezhetőek, érzékenyek a nedvességre Mesterséges szálak: 1. szerves (szénszál, PoliAkrilNitril, PET, PE, PA) ◦ szénszál: 7-8 mikrométer, jó szilárdsági és mechanikai, kopási és súrlódási tulajdonságok, szélkerekeknél használják 2. szervetlen (üvegszál, bazalt) ◦ üvegszál: 10-14 mikrométer, szitán áthúzzák majd nyújtják, nehezebb mint a szén, kevésbé szilárd, de olcsóbb 6. Ismertesse a leggyakoribb erősítőstruktúrákat! Hasonlítsa össze őket mechanikai tulajdonságaik szerint! 1 dimenziós: vágott szál, roving, szalag 2 dimenziós: paplan, szövött kelme, kötött kelme, fektetett kelme 3 dimenziós: szövött, fonatolt, előforma 1. 2. 3. 4. 5.
Elemi szál: hossza bármekkora lehet, átmérője kb 10 mikrométer Roving (szálköteg): többezer elemi szálból áll, pl. a 40k-s rovingban 40.000 elemi szál van Irányított (UD – unidirekcionális, egyirányú) kelme, csak ebben az egy irányban erősít jól Szövet (2D-s): 2 kitüntetett iránya van, ezekben az irányokban erősít a legjobban Kötött kelme: egymásba hurkolt rovingokból áll, rugalmas, nagy deformativitás (alakváltozóképesség) jellemzi 6. Paplan: az elemi szálak véletlenszerűen vannak elhelyezkedve, minden irányban erősít egy kicsit 7. Fektetett kelme: a rovingokat nem keresztezik, hanem cérnával fogják össze 8. Szövött: pl. bársony, pár mm-es vastagság 9. Fonatolt: pl. cipőfűző 10. Előforma: előre legyártott 7. Mutassa be a polimer kompozitok leggyakoribb tönkremeneteli formáit! A tönkremenetelhez szükséges erő szerinti felsorolás, kezdve a legkisebb erőszükségletűvel. 1. Mátrixtépődés: a mátrix törik el 2. Szálkihúzódás: a mátrix és a szál közti adhézió rossz, így a szál kihúzódik 3. Szálelválás (delamináció): a mátrixban a repedés az egyes szálrétegek között megy végig 4. Szálszakadás: elszakad a szál
8. Ismertesse a szál-mátrix határfelületi adhézió jelentőségét! Milyen módszerekkel növelhető az adhézió? 9. Írja fel a Kelly-Tyson összefüggést! Írja fel a betűk jelentését! 15. Milyen módszerekkel mérhetjük a szál-mátrix határfelületi adhézió erősségét? A szál és a mátrix közti határfelületi adhézió tartja fenn a kapcsolatot a szál és a mátrix között, ez adja a kompozit lényegét. Az erős adhéziós kötés feltétlenül szükséges a kompozitokhoz. A szálmátrix aránynál sokkal fontosabb a szál és a mátrix közötti jó adhéziós kapcsolat. A határfelületi nyírószilárdság növelhető kétarcú anyag közbeiktatásával, vagy adhéziónövelő anyag hozzákeverésével. A Kelly-Tyson összefüggés: lc σ f = d f 2τ
vagyis
kritikus szálhossz elemi szál szakítószilárdsága = elemi szál átmérője 2⋅határfelületi nyírószilárdság
Kritikus szálhossz: a szálnak az a hossza, ami alatt a szál nem tud eltörni. Minél jobb a kapcsolat a szál és a mátrix között (τ nagy), az lc annál kisebb lehet. A τ-t a csepplehúzás módszerével határozzák meg: 1 db szálra 1 csepp mátrixot tesznek, majd F F villával lehúzzák, és a τ= = képletet használják, ahol F a lehúzáshoz szükséges erő, A A 2r⋅π⋅D a szál és a csepp érintkezési felülete, r a szál sugara, D pedig a csepp átmérője. Előtte ismert volt σ és df, így a három értékből a kritikus szálhossz már meghatározható.
D
Fröccsöntésnél nem baj ha töredezik a szál, mert a szálat és a granulátumot együtt extrudálják. Az adhézió mérésének módszerei Kvantitatív vizsgálatok: • Csepplehúzás • Mechanikai vizsgálat: kész kompozit szakítása • Fragmentációs vizsgálat: átlátszó mátrixból készült szakító-próbatestbe egy elemi szálat teszünk, és szakítógépen elkezdjük szakítani. A szál elkezd töredezni, de egy adott erő után nem tud tovább törni, mert a szálak már olyan rövidek, hogy a határfelületi adhézió nem képes őket eltépni. Ekkor lemérjük a kritikus szálhosszt, és ezzel számolunk a Kelly-Tyson képlet segítségével. • Szálszakáll-vizsgálat: ez egy bonyolult vizsgálat. Normál próbatestet szakítunk, és az ekkor kiálló szálakat vizsgáljuk. Kvalitatív vizsgálatok: • Akusztikus emisszió: a tönkremenetelét minden anyag jelzi, ez hanggal jár. Az emberi fül nem hallja a 20 Hz alatti hangokat, ezért ezt műszerrel kell mérni. A nagy hanghatás a szál kihúzódását, súrlódását jelzi. • Infravörös thermokamera: hasonló az akusztikus emisszióhoz. Lapszerű, egyik oldalán bemetszett próbatestet végigrepesztünk. Ennek következtében a szál is végigreped, ekkor hő keletkezik. A repedéstől nagyobb hő keletkezik mint a szál kihúzódásától. Ahol nagy a
•
súrlódás, ott energiafelhalmozódás jön létre, és a képen vörösebb színnel jelenik meg. Mikroszkópos vizsgálat: látjuk hogy a szál hozzá van-e tapadva a mátrixhoz.
Ezek közül csak a csepplehúzás ad számszerű értéket, a többi csak összehasonlításra jó. 10. Ismertesse az izotróp, az anizotróp és az ortotróp anyagok jellemzőit! Izotróp: nincs kitüntetett irány, minden irányban ugyanannyira erősít. Anizotróp: a szálak irányának nincs kitüntetett szimmetriasíkja, például három, nem ortotróp irányban állnak Ortoróp: az anyag egymással 90°-ot bezáró irányok mentén erősít jobban, a szálak merőlegesek egymásra. 11. Mit nevezünk mérnöki konstansoknak? Azok a konstansok, amiket közvetlenül mérünk egytengelyű szakítóvizsgálattal, nyomóvizsgálattal, vagy tiszta nyírási vizsgálattal. Ezeket unidirekcionális és laminált kompozitoknál is használhatjuk. Számértékük az iránytól függő tulajdonságokat mutatja, ilyen például a Poisson-tényező ( ν ) és a rugalmassági modulus (E). 12. Ismertesse a keverékszabályt! v v =üreghányad −ez nagyjából 0 v f =szálhányad =1−v m v m=mátrixhányad =1−v f 1. Sűrűségre:
ρC =ρ f⋅v f +ρm⋅(1−v f )
C – kompozit f – szál m – mátrix
2. Rugalmassági moduluszra:
E 1=E f⋅v f +E m⋅(1−v f )
3. Fordított keverékszabály:
1 1 1 =v f⋅ +(1−v f )⋅ E2 Ef Em
E b (2 )=√ v f⋅E f +(1−√ v f )⋅E m 4. Módosított keverékszabály: Eb(2) a homogenizált réteg rugalmassági modulusza.
13. Mit nevezünk rétegrendnek? Írja fel a különböző típusú rétegrendek jelölési módjait! A rétegrend információt ad arról, hogy a készítendő laminált kompozit termék hány réteg erősítőanyagot tartalmaz, és ezek milyen szöget zárnak be a főirányokkal, valamint milyen sorrendben követik egymást. Jelölés [0/0/0/90/90/45] – ez 3 db. 0°-os, 2 db. 90°-os, és 1 db. 45°-os rétegből áll. Az ismétlődő, egymás melletti, azonos szögű rétegeket alsó index-szel jelöljük: [03/902/45] Ha a rétegrend szimmetrikus, pl. [45/45/0/0/45/45], akkor azt így jelöljük: [45 2/0]S – az S a szimmetriát jelöli. Rétegrendek típusai: A. Kiegyensúlyozott: minden + szögű réteghez tartozik egy – szögű réteg. pl. [45/-30/-45/30], vagy [45/0/90/-45]S (a 0°-os és a 90°-os rétegek egymás + és – szögű rétegeinek tekinthetők). B. Keresztirányú (cross ply): csak 0 és 90 fokos rétegek vannak benne pl. [02/902] C. Azonos szögű (angle ply): csak egyetlen adott szög + és – változatai vannak benne pl. [305/-305] D. π/4-es kváziizotróp: 0, 45, 90 és 135 fokos rétegek, azonos számban és szerkezetben pl. [02/452/902/1352]S E. π/3-as kváziizotróp: 0, 60 és 120 fokos rétegek, azonos számban és szerkezetben pl. [02/602/1202]S F. Ortotróp: derékszöget bezáró (+/-), párban lévő rétegek (kvázi szövet). pl. [±45 f / 0/ 90] Az „f“ betű a 45 mellett azt jelöli, hogy ez szövet. 10%-os szabály 1. Minimum 3 irányt kell alkalmazni. 2. Minimum 15° eltérés legyen az irányok között. 3. Egy-egy irányban legalább a szálak 10-10%-a álljon. 14. Írja fel egy szimmetrikus rétegrendű kompozit lemez jellemzőit!
?
Polimer kompozit gyártástechnológiák
16. Csoportosítsa a polimer kompozitok gyártástechnológiáit az alkalmazott mátrix szerint! Hőre keményedő mátrixú: 1. Kézi laminálás 2. Kézi szórás 3. Injektálás 4. Sajtolás 5. Lemezgyártás 6. Pultrúzió 7. Tekercselés 8. Centrifugálszórás 9. BMC 10. SMC Hőre lágyuló mátrixú: 1. Sajtolás 2. Vákuumformázás 3. Extrúzió 4. Fröccsöntés 17. Csoportosítsa a térhálós mátrixú polimer kompozitok gyártástechnológiáit a jellemző termékek szerint! Bármiféle termékhez jó: 1. Kézi laminálás 2. Szórás 3. Injektálás 4. Sajtolás 5. BMC 6. SMC Termékspecifikus: 1. Lemezgyártás (építőipari szigetelések, lemezek) 2. Pultrúzió (átjátszóantenna, olajfúrótorony kikötőhuzaljai) 3. Tekercslés (forgásszimmetrikus termékek, vasúti kocsik) 4. Centrifugálszórás (körszimmetrikus termékek)
18. Csoportosítsa a térhálós mátrixú polimer kompozitok gyártástechnológiáit a szerszám típusa szerint! Szerszám Felépítés szerint
Kézi Lemezg Tekerc Centrifugáls Szórás Injektálás Sajtolás Pultrúzió BMC SMC laminálás yártás selés zórás
Egyoldali merev
+
+
+ +
Kétoldali merev
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
Profilos
+
Forgásszimmetrikus
+
Körszimmetrikus
+
Görgősor Hő szerint
+
Fűtött Hideg
+
+
+
+
+
+
+
+
Anyag szerint Bármi Fém
+
+
+
+ +
Fa Kompozit Fólia
+
19. Melyek a nedves és száraz kompozit gyártási technológiák? Nedves technológiák: 1. Kézi laminálás 2. Kézi szórás 3. RTM (injektálás) 4. Sajtolás 5. Lemezgyártás 6. Pultrúzió 7. Tekercselés 8. Centrifugálszórás Száraz technológiák: 1. BMC 2. SMC
+
20. Részletesen ismertesse kézi laminálás technológiáját! Mátrix típusa: HK (hőre keményedő) Erősítőanyag fajtája: 1D/2D/3D
Narancssárga: gyanta (mátrix) Kék: erősítőanyag Technológia leírása: • Szerszám felületelőkészítése, tisztítása • A szerszámba fektetjük az erősítőanyagot • Ráöntjük a gyantát, eldolgozzuk (pl. ecset), kigörgőzzük (légzárványok eltávolítása) • A térhálósodás után eltávolítjuk a szerszámból • Nyomás nélküli, szakaszos technológia • Kis sorozatszámú gyártás Előnye: • olcsó • egyszerű Hátránya: • nagy élőmunka-igény • csak kis sorozathoz jó • a minőség nem reprodukálható • nyitott technológia, ezért sztirol szabadul fel Jellemző terméktípus: minden Szerszám: egyoldali merev szerszám, bármilyen anyagból lehet, mivel csak alakot ad
21. Részletesen ismertesse a szórás technológiáját! Mátrix típusa: HK Erősítőanyag fajtája: 1D
Technológia leírása: • Ugyanaz mint a kézi laminálásnál, csak az anyagot a szerszámra fújjuk • A szórópisztolyban pneumatikus rovingvágó és gyantaszóró van • Az anyagok a szórópisztolyon kívül találkoznak • Utána ki kell görgőzni • Szakaszos technológia Előnye: • a szál-mátrix arányt könnyen be lehet állítani • a termék könnyebben reprodukálható • a szerkezete homogénebb Hátránya: • a termék minősége nagyban függ az embertől • nyitott technológia, ezért sztirolelszívás kell • drágább • nagy élőmunka-igény Jellemző terméktípus: • nagy, lapszerű termékek, héjak • néha csőhöz is használják Szerszám: egyoldali merev, bármilyen anyagból
22. Részletesen ismertesse az injektálás (RTM) technológiáját! RTM = Resin Transfer Molding Mátrix típusa: HK Erősítőanyag fajtája: 2D/3D (az 1D-set kiszívná)
Technológia leírása: • Formaleválasztóval kezeljük a szerszámot • Belefektetjük az erősítőanyagot • Vákuumzsákot (piros) húzunk a szerszámra, a széleinél gyurmaszerű anyaggal zárjuk le • Vákuumcsapda (ez egy tartály, amibe akkor kerül gyanta, ha a szálakat már teljesen átitatta – megvédi a szivattyút attól hogy gyanta kerüljön bele) és szivattyú segítségével a gyantát átszvjuk/átnyomjuk az erősítőanyagon, a vákuumzsák szelepén keresztül • Szakaszos technológia Előnye: • nem túl drága • könnyen reprodukálható • nagyobb (45%) erősítőanyag-tartalom • zárt technológia, nincs sztirolszivárgás Hátránya: • sok hulladék keletkezik • túl nagy szoborfelületekre nem jó Jellemző terméktípus: nagy, lapszerű termékek, ritkán cső Szerszám: egyoldali merev szerszám
23. Részletesen ismertesse a hőre keményedő sajtolás technológiáját! Mátrix típusa: HK Erősítőanyag fajtája: 2D/3D
Technológia leírása: • Belefektetjük az erősítőanyagot • A 2 szerszámfél közti rést gyurmaszerű anyaggal zárjuk le • Középen beömlik a gyanta (vákuumszívás) • A szerszámfeleket összezárjuk, fűtjük – ettől térhálósodik ki Előnye: • a termék mindkét oldala jó minőségű • könnyen reprodukálható termék • nagy sorozat gyártására is alkalmas • gyorsabb mint az előző 3 technológia • zárt technológia Hátránya: • a szerszám és az energia nagyon drága Jellemző terméktípus: héj, lap, ritkán cső Szerszám: kétoldali merev fűthető fémszerszám AZ ELSŐ NÉGY TECHNOLÓGIÁVAL BÁRMILYEN TERMÉKET EL LEHET KÉSZÍTENI
24. Részletesen ismertesse a lemezgyártás technológiáját! Mátrix típusa: HK Erősítőanyag fajtája: 1D (néha 2D/3D)
Technológia leírása: • Fóliára (zölddel) teszik a gyantát, rá a vágott szálat, arra pedig megint fóliát • Egy szalagon vezetik be a kemencébe • A kemence görgősorán átvezetik • Levágják • Tárolják • Folyamatos technológia • Fontos a sebesség és a szerszámhossz Előnye: • egyenletes vastagságú, jól reprodukálható termék • állandó minőség Hátránya: • drága • a kemence hője csak elindítja a térhálósodást, az a tárolás során megy végbe • nyitott technológia, sztirolpárolgás Jellemző terméktípus: építőipari hő- és hangszigetelők Szerszám: FIFO (First In, First Out – amelyik lemez először került a kemencébe, azt lehet a tárolás után először eladni), alakadó profilok
25. Részletesen ismertesse a pultrúzió technológiáját! Mátrix típusa: HK
Erősítőanyag fajtája: 1D Technológia leírása: • Több rovingot összefogunk • Gyantafürdőn átvezetjük (közvetett vagy közvetlen módon) • Átvezetjük a fűtött profilszerszámon • A felesleges gyantát a végén lehúzzuk • A térhálósodás a szerszámban megy végbe • A termékre ráhúzhatunk kívülről egy vékony szövetet, így további erősítést adhatunk (más irányokban is) • 70-80%-os száltartalom • Számít a sebesség és a szerszámhossz Előnye: • Közvetlen: teljesen átimpregnálja a rovingokat • Közvetett: kevesebb gyanta kell, de ha túl gyors a henger, elégtelen lesz az átimpregnálás • 1 irányban hatalmas szilárdságú termék Hátránya: • nagy a szerszámköltség • csak 1 irányba erősít jól, gyenge a keresztirányú szilárdsága Jellemző termék: • telefon átjátszóantennák és olajfúrótornyok kikötése huzalokkal • 1D profilos termékek, a villamosiparban sokat használják Szerszám: két félből álló fűtött profilszerszám
26. Részletesen ismertesse a tekercselés technológiáját! Mátrix típusa: HK Erősítőanyag fajtája: 1D
Technológia leírása: • A mag forgó mozgást végez • Az alternáló mozgást végző gyantafürdőn keresztül tekercseljük az erősítőanyagot a magra • A mag felületkezelve van • Az a probléma, hogy rázsugorodik a magra, ezért kúpos/összeomló mag kell (a szerszám szegmensekből áll, elcsavarással csökkenteni lehet az átmérőjét, és le lehet róla húzni a terméket) Előny: • a tekercselési szöggel változtatni lehet a szilárdsági tulajdonságokat, a teherbírást Hátrány: • a termék rázsugorodik a magra • drága a mag Jellemző termék: forgásszimmetrikus termékek, vasúti kocsik Szerszám: fa, kompozit, fém (ritka)
27. Részletesen ismertesse a centrifugál öntés technológiáját! Mátrix típusa: HK
Erősítőanyag fajtája: 1D Technológia leírása: • Forgó, üreges szerszám, fűtött • Alternáló szórófejből jön az anyag • Kisebb igénybevételhez jó • Szakaszos technológia Előny: • egyenletes falvastagságú, homogén, reprodukálható termékek • kizsugorodik a termék a szerszámból • a centrifugális erő kinyomja a légzárványokat Hátrány: • csak körszimmetrikus termékekhez jó • vágott szálak miatt nem jó nagy igénybevételhez Jellemző termék: körszimmetrikus termékek, szennyvízcső, rudak Szerszám: fűthető, üreges fémszerszám
28. Részletesen ismertesse az SMC és BMC technológiákat! BMC (Bulk Mould Compound) „Savanyúkáposzta-konzisztenciájú előtermék“ Mátrix: HK Erősítőanyag: 1D
Technológia: • Az üvegszálat 5-10 cm-esre vágjuk, összekeverjük a gyorsítóval és a por formájú gyantával • -5-10°C-on hűtve tároljuk, max. fél évig, mert kitérhálósodik (a hűtés csak lassítja) • A szerszámba beleteszzük az előterméket, összezárjuk, fűtjük • Szakaszos technológia Előny: • reprodukálható • nincs folyékony gyanta • nincs sztirolpárolgás • gyors, pontos Hátrány: • drága (a szerszámfűtés miatt is) • hűteni kell hogy ne térhálósodjon ki • nem folyik szét a szerszámban, így nem tölti ki már az elején Jellemző termék: bármi Szerszám: fűtött, kétoldali merev fémszerszám
SMC (Sheet Mould Compound) Mátrix: HK Erősítőanyag fajtája: 2D/3D
Technológia leírása: • Az előterméket szőnyegszerű lapra teszik (előformában erősítőanyag, rajta gyantapor és gyorsító) • A szőnyeget összetekerik, lehűtik -5-10°C-ra • Alkalmazáskor kivágják (tetszőleges méretűre szabható), beteszik a szerszámba, rásimítják, majd kitérhálósítják • A többi ugyanaz mint a BMC-nél • Szakaszos technológia Előnye: • reprodukálható • nincs sztirolpárolgás Hátrány: • drága (a szerszámfűtés miatt is) • hűteni kell hogy ne térhálósodjon ki Jellemző termék: bármi Szerszám: fűtött, kétoldali merev fémszerszám EZEK VOLTAK A HŐRE KEMÉNYEDŐ MÁTRIXÚ TECHNOLÓGIÁK
29. Ismertesse a hőre lágyuló sajtolás technológiáját! Milyen típusú kiindulóanyagok alkalmazhatók? Mátrix: hőre lágyuló Erősítés: 1D/2D/3D
Technológia leírása: • A HL mátrixot és a szálakat összekeverjük, majd a szerszámba tesszük • 2-3 mm vastag acélkeret van a szerszámban, közé kell önteni az alapanyagot, de 5-10%-al többet kell beleönteni, mivel zsugorodik • A szerszámot összezárjuk • A termék nyomás és hőmérséklet hatására jön létre • Préselés közben szellőztetés kell (többször kinyitják a szerszámot) Alkalmazott kiinduló (mátrix-) anyagok: 1. Oldószeres (régen, már nem használják) 2. Por 3. Granulátum (porból gyártják, ezzel és a porral nem lehet homogén terméket gyártani) 4. Szálformátumú (kártolással csinálják, az erősítőszálat és a mátrixszálat paplanná alakítják, így az homogénebb lesz, és a szál is jobban impregnálódik) 5. Paplan 6. Szövet Előnye: • aránylag egyszerű és olcsó • nincs áramlás
• nem károsodnak a szálak Hátránya: • lassú • a szálak nehezen impregnálódnak át Jellemző termék: lemezszerű termékek Szerszám: kétoldali, merev, fűtött fémszerszám 30. Részletesen ismertesse az extrudálás technológiáját! Mátrix: HL Erősítés: 1D
Szál+mátrixgranulátum
Itt is adagolhatják a vágott szálakat Technológia leírása: • Folyamatos technológia • Mátrixot és vágott szálat töltenek bele • A szerszám többféle lehet • A speciális extrudereknél a szerszámnál adagolják be a szálakat (3-10 mm-esek), így nem kopik a csiga Előnye: • gyors • automatizálható • reprodukálható • jól beállítható szál-mátrix arány Hátránya: • drága • töredezik a szál • a szálak koptatják a csigát és a szerszámot Jellemző termék: profilok, lemezszerű, Szerszám: acél profilszerszám
31. Ismertese a szálerősített fröccsöntés technológiáját! Mátrix: HL Erősítés: 1D
Szál+mátrixgranulátum
Technológia leírása: • A granulátum és vágott szál keverékét a gépbe tesszük • Megömlesztjük • Befröccsöntjük a szerszámba, ahol lehűl • A szerszámfal mellett a szálak az áramlás irányába állnak, az anyag közepén arra merőlegesen, a kettő között összevissza • A kanyarodó szerszámban a sarkokon lehetnek olyan helyek ahol nincs szál-mátrix • mm nagyszágrendű termékek is gyárthatók Előnye: • nagy termelékenység és gyorsaság • legpontosabb és legprecízebb technológia, a termékek 50%-a így készül Hátránya: • drága a szerszám • nagyon roncsolódnak a szálak, valamint a csiga és a szerszám is Jellemző termék: térben erősen tagolt 3D-s termékek, nagy sorozathoz jó, bármit lehet fröccsönteni Szerszám: kétoldali, temperált, merev fémszerszám
32. Ismertesse a termékjellemzőket fröccsöntéses gyártás esetén (orientáció, mag-héj effektus, összecsapási vonalak, stb.) A szerszámfal mellett a szálak az áramlás irányába állnak, az anyag közepén arra merőlegesen, a kettő között összevissza.
Fröccsöntött termékekben az ömledék áramlásának köszönhetően minden esetben kialakul egy ún. mag-héj szerkezet, ami jelentősen befolyásolja az orientációs viszonyokat. Ennek köszönhetően a héjrétegben az áramlással párhuzamos a rendezettség, amíg a magban egy kevésbé rendezett állapot alakul ki. Az ebből adódó zsugorodásbeli irányfüggésekre jelentős hatása van az alapanyagnak is. Ha az áramló anyag megkerül egy magot a szerszámban, a többfelé osztódott anyag a mag után újra egyesülni próbál, vagyis összecsap. Ekkor azonban nem lesz olyan szál az összecsapási fronton, ami áthatolna az egyik anyagrészből a másikba, így ezen a fronton jelentősen gyengébb lesz az anyag. Minél nagyobb a száltartalom, az összecsapás miatt annál kisebb lesz a termék szilárdsága. Az összecsapási fronton kizárólag a mátrix tartja össze a terméket.
33. Ismertesse a gyártási paraméterek (fröccsnyomás, hűtés) hatását a kialakult termék tulajdonságaira! A fröccsnyomás a gátnál magasabb, ezért ott kisebb lesz a zsugorodás, mint a gáttól távolabb. Minél nagyobb az utónyomás, a zsugorodás mértéke annál kisebbé válik. A hűtés hatására az anyag vetemedhet, feszültségek keletkezhetnek benne. A szerszámmal érintkező külső része az anyagnak hamarabb megszilárdul mint a belső, ez okozza a problémákat.
34. Milyen hatással van a szálerősítés a fröccsöntött termék zsugorodására? A szálerősítés nélküli polimereknél a hosszirányú és keresztirányú zsugorodás nagyjából egyforma mértékű. Minél távolabb vagyunk a szerszám gátjától, annál nagyobb a zsugorodás. A szálerősítés hatására a zsugorodás nagymértékben lecsökken mindkét irányban (az erősítetlen eset 20-40%-ára PP+üvegszál esetében), de a hosszirányú (fröccsöntés irányú) zsugorodás kisebb lesz (kb. fele) a keresztirányúnak. A szálerősítésnél szegregációt lehet alkalmazni – ekkor a gáttól távolabb több szálat helyezünk el, így csökkentve az ott eredetileg nagyobb mértékű zsugorodást. Ez a hatás azonban nem érvényesül elhanyagolható méretű szálaknál. A falvastagság növekedésével a zsugorodás is nő, de ásványok hozzáadásával javítható.
35. Ismertesse a polimer kompozitok újrahasznosításának különböző módszereit! Hőre keményedő mátrixú kompozitok Ezekkel nem sok mindent lehet csinálni. A legjobb ha ledaráljuk őket, és fűtőanyagnak használjuk, ugyanis a fűtőértéke jó, olyan mint egy közepes minőségű kőszéné. Használhatjuk még töltőanyagként, valamint útalapba is lehet tenni a jó hangszigetelő és rezgéscsillapító tulajdonságai miatt. Hőre lágyuló mátrixú kompozitok Ledaráljuk őket, és a granulátumot fröccsöntéshez vagy extrudáláshoz használjuk. Mivel ezt már egyszer használták, az ismételt hősokktól csökken az erőssége, ezért 10-30%-ban keverik az új granulátumhoz az előbbi technológiáknál. A probléma ezzel az, hogy mikor ledaráljuk, tovább tördeljük a szálakat.
Készítette: Füzesi Tamás Sok sikert a vizsgán!
