POLIMERTECHNIKA TANSZÉK
Dr Morlin Bálint
Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI 2016. március 22.
Rövid áttekintés Nyersanyagok gyarmatokról Európába felhasználhatatlan kaucsuk. (kecsua: ca-huchu kau: fa, ucsu: könnyezni „fák könnye” ). 1516 De Orbe Novo A kaucsuk a hevea brasiliensis kérgét bevágva tejszerű nedv tűz és füst - rugalmas anyag (termék előbb ragacsos, majd kemény) 1770 Priestley fedezte fel, radírozásra használta. „rubber” 1791 Samuel Peal szövetek vízhatlanítása 1820 Thomas Hancock hengerszék rugalmas kötözőanyagok, kesztyűk
1
Rövid áttekintés 1823-ban Charles Mackintosh benzol, két szövetréteg közé -keményedik
1839-ben Charles Goodyear (vaskereskedő) kén és ólomfehér véletlenül túlhevítve
Vulkanizáció
(kaucsuk térhálósítása, kénnel) Kaucsuk jellemzői: Nagy molekulatömegű rugalmas láncmolekulák: 500.000– 2.000.000 kristályos és amorf részek molekulatömeg-eloszlása széles magas a látszólagos viszkozitása Üvegesedési hőmérséklete alacsony (-73 oC fok) kristályosodási hőmérséklete 28 oC dekrisztallizálás Elasztomer: szobahőmérséklet körül legalább 100%-os nyújtásig reverzibilisen deformálható polimer
Alapfogalmak Kaucsuk: különböző trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag, illetve térhálósítható elasztomer (szintetikus-természetes) Térhálósítás: -lineáris polimereket -kismolekulájú anyagok hozzáadásával -térhálós rendszerré alakítják
TÉRHÁLÓSÍTOTT KAUCSUK = GUMI
2
A természetes kaucsuk szerkezete A természetes kaucsuk szerkezetének fő tömege
1-4 cisz-polizoprén
A természetes kaucsuk termelése Hevea brasiliensis Dél-Amerika, Délkelet-Ázsia Afrika egyenlítői vidékei.
A természetes kaucsuk-latex Kaucsuk szénhidrogén Fehérjék Gyanták, zsírsavak Cukrok és egyéb szerves anyagok Ásványi anyagok Víz
% 32,0 – 41,0 2,0 – 2,7 0,5 – 3,4 1,0 – 4,2 0,3 – 0,7 52,0 – 60,0
3
A természetes kaucsuk termelése
A természetes kaucsuk termelése Koagulálás Koaguláló kádban, kiemelhető válaszfalakon Higítás 15-20%-ra pH-beállítás ecetsav vagy hangyasav pH 4,8-5,1 koagulálás (izoelektromos pont) A sebesség a latex hőmérsékletének emelésével (28-35 oC) gyorsítható
4
A természetes kaucsuk termelése RSS típusok (Ribbed Smoked Sheets) RSS 1x RSS 1-5
kimosás hengerszékeken, bordázás, 2-4 napig tartó füstölés 45-60 C fokon száraz, tiszta, egyenletes füstölés, hólyagszennyeződés-mentes, hibátlan csomagolás minőségi sor a fenti szempontokra
Krepp típusok (crepe: palacsinta) Pale Crepe latexhez nátriumhidrogénszulfit adagolása, a koagulátum kimosása hengerszéken, szárítás 45 C fokon 5-12 napig.) Brown Crepe
kiindulás „hulladék-koagulumból, mosás, szárítás
TSR típusok (Tough Rubber Sheath)
koagulumok aprítása, morzsázása, erős mosás, intenzív levegőáramban történő szárítás, bálázás
A vulkanizációs görbe
5
A természetes kaucsuk felhasználási területei Abroncsgyártás 65-70 % Mártott technológiák 10-12 % Műszaki gumicikk gyártás 12-14 %
Latextechnológiák
A természetes latex kezelése ►
Tartósítás mikroorganizmusok hatásának megszüntetése stabilizálás ammónia (olcsó, jól szállítható, könnyen eltávolítható, kellemetlen szag)
►
Besűrítés 60-68% szárazanyagtartalomra feleslegesen szállítandó víz eltávolítása - elpárologtatás (folyamatos eljárás, fekvő hengerben) - lefölözés (ülepítési eljárás, a sűrűségkülönbségen alapul) - centrifugálás (folyamatos lefölözés)
6
Latextechnológiák
A természetes latex előkészítése gyártáshoz Ammónia-mentesítés
„kifúvatás”, és/vagy semlegesítés (60-70 C fokon, állandó keveréssel,
és/vagy formaldehid oldat adagolás)
Szűrés
Segédanyagok: Szilárd anyagok előkészítése (20-60% diszperziók golyósmalom) Folyadékok előkészítése
(olajszerű fázisok emulgeálószerekkel)
Oldatkészítés
(vizes oldat)
Latextechnológiák
A latexkeverék összetevői Előkészített latex Vulkanizáló szerek
(kén, kéndonorok, fémoxidok)
Aktivátorok
(cinkoxid, kalciumoxid, magnéziumoxid) keresztkötések száma
Gyorsítók
(ditiokarbamátok, tiuramok) sebesség
Öregedésgátlók Lágyítók Töltőanyagok
(kémiai gyökfogók, viaszok) (hidegállóság növelésére) (kaolin, kréta, titándioxid, gyanták)
7
Latextechnológiák
A koaguláció előidézése A koaguláció: a kaucsukrészecskék felületén lévő adszorpciós réteg (hidrátburok) megszüntetése Koagulációs hatású eljárások
pH = 4,7
izoelektromos pont
-
savak adagolása (leggyakoribb) fémsók adagolása (kisózás) szerves folyadékok hőhatások mechanikai hatások (keverés, szivattyúzás, habverés) - elektromos egyenáram
a rendszer nem stabil részecskék között nincs taszító erő
Latextechnológiák Gyártási eljárások Mártás Közvetlen mártás (koagulens nélkül)
(óvszer, műtőkesztyű)
(formahőmérséklet 40-50 C fok, többszöri mártás) Formák: üveg vagy porcelán
Koagulenses mártás (formahőmérséklet 60 C fok, előbb koagulensbe, majd latexbe mártva) Formák: rendszerint porcelán
Termoszenzibilis mártás (formahőmérséklet 70-80 C fok, latexbe retarderek adagolása) Formák: alumínium
(ipari-,és háztartási kesztyűk, ballonok, egészségügyi termékek)
(vastag falú termékek, pl. csizmák)
8
Latextechnológiák Gyártási eljárások Öntés Üreges termékek előállítására használatos. (Labdák, babafejek, színházi kellékek, műtárgy utánzatok)
Álló, vagy mozgó öntőformába betöltött latexkeveréket koaguláltatják és térhálósítják. „Álló” forma, meghatározott mennyiség beadagolása Gipszformákban Könnyűfémformákban
(olcsó, de sérülékeny) (vízadszorpció-fémionok) (drágább, tartós) (termoszenzibilizált keverékek)
„Álló” forma, teljes kitöltés, maradék kiöntése Rotációs öntés, meghatározott mennyiség beadagolása
Latextechnológiák LATEX-KEVERÉK
Gumifonal
KAPILLÁRISOKON KERESZTÜL ÁLLANDÓ KIFOLYÁS KOAGULÁLTATÓ FÜRDŐ ELVEZETIK, MOSSÁK, SZÁRÍTJÁK VULKANIZÁLJÁK FINOMSÁG: HÁNY SZÁL HELYEZHETŐ EL EGYMÁS MELLÉ 1 HÜVELYKEN (25,4 MM) (kapilláris mérete, a latexkeverék viszkozitása, a hidrosztatikai nyomás, szál elvezetési sebessége határozza meg) (a 20-32-es finomságúakat a kárpitosiparban, az ennél kisebbeket a ruhaiparban használják.)
9
Kaucsukkeverék Kaucsuk Térhálósító
Töltőanyagok
100 tömegrész Kén
1,5
Aktivátor Zsírsavak Gyorsítók
5 1 2,5
Kormok
100
Szervetlen (szilikátok)
45
Lágyítók Öregedésgátlók Egyéb
50 2 10
Összesen
302 tömegrész
A kaucsuk-feldolgozás berendezései 2100-as, sima hengerű, fix frikciójú hengerszék
10
A kaucsuk-feldolgozás berendezései A zártkeverő A zártkeverő metszeti képe (tangenciális, Banbury-típus)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Keverőtér Hűtőkamra Rotorok Felső kapu (etetőnyílás) Záróhasáb (bélyeg) Záróhasáb működtető hengere Alsó kapu Ürítőtér
A kaucsuk-feldolgozás berendezései A tangenciális zártkeverő Zártkeverő nézeti képe (Tangenciális, Banbury-típus)
11
A kaucsuk-feldolgozás berendezései Rotorkiképzés I. A tangenciális zártkeverő rotorjai (Banbury-típus)
A kaucsuk-feldolgozás berendezései Rotorkiképzés II. Az interlocking (intermix) zártkeverő rotorjai
12
A kaucsuk-feldolgozás berendezései Extruder A melegetetésű (hengerszékekről 60-90 °C) L/D < 10 A hidegetetésű szobahőmérséklet L/D > 10
GUMIABRONCSOK Gépjármű légabroncs (Pneumatic) A felhasznált anyagokat, valamint a termékek összes tömegét tekintve Gumiipar legnagyobb mennyiségben előállított termékei. A termelt természetes kaucsuk mennyiség mintegy 70%
Alapvető szerkezete: gumizott szilárdsághordozóból készült szövetváz acélkarikával erősített peremszerkezet (KARKASZ) gumiból kialakított futófelület, és oldalfal
13
GUMIABRONCSOK Szilárdsághordozók Pamutszövetek Pamutkordok Poliamid Poliészter kordszövetek Acélkord Speciális Aromás poliamid (Kevlar), üvegszálak
Élettartam 1912-ben 5600 km 1990-ben 70-80.000 km
GUMIABRONCSOK
A diagonál (bias) szerkezetű gumiabroncs 30-45 fok
14
GUMIABRONCSOK A radiál szerkezetű gumiabroncs A szilárdsághordozó váz kordszálai a koronavonalra merőlegesen Szilárdsága oldalfal vastagsága csökken Nincs koronairányú szilárdsága. Ezért a futófelület alá 2-5 réteg öv beépítésével (0-20 fok) „lánctalpszerű gördülés
GUMIABRONCSOK Sebességtűrés kritikus sebesség A kritikus sebesség tartományában fellépő jelenségek a szilárdsághordozó és a gumi késleltetett rugalmasságára
15
GUMIABRONCSOK Keverékkészítés,feldolgozás
GUMIABRONCSOK Textilkord felpréselés Kalanderezés Extrudálás Acélkord felpréselés
16
GUMIABRONCSOK Felépítés, bombírozás
GUMIABRONCSOK Vulkanizálás
17
Köszönöm a figyelmet!
18
