Polimer alapanyagok áttekintése
2
Polimerek viselkedése fűtés/hűtés során Termomechanikai görbék
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
Anyagismeret
Anyagismeret
Polimerek feldolgozás-technológiái
Budapest 2012. május 4.
Technológiák csoportosítása
3
Leggyakoribb feldolgozási technikák
Folyóképesség meghatározása: MFI mérés [g/10 perc]
Anyagismeret
Anyagismeret
Technológiai különbség a hőre lágyuló és a hőre nem lágyuló polimerek feldolgozása között
4
1
Leggyakoribb feldolgozási technikák
5
Leggyakoribb feldolgozási technikák
Sajtolás
Sajtolás GMT
GMT
Anyagismeret
SMC
Anyagismeret
SMC
Leggyakoribb feldolgozási technikák
7
Leggyakoribb feldolgozási technikák
8
Extrúzió
Anyagismeret
Kalanderezés
Anyagismeret
6
2
Leggyakoribb feldolgozási technikák
9
10
Leggyakoribb feldolgozási technikák
Anyagismeret
Melegalakítás
Anyagismeret
Fröccsöntés
Leggyakoribb feldolgozási technikák
11
12
Technológiák csoportosítása
Fúvás Extrúziós fúvás
Fröccsfúvás
Sajtolás Kalanderezés
.
Extruzió Fröccsöntés
MFI
Anyagismeret
Anyagismeret
Szálgyártás
Ömledék állapotban
Mw
Melegalakítás Üreges alkatrészgyártási technikák
Termoelasztikus állapotban
Térhálós polimerek gyártástechnológiái Polimer kompozitok
3
Előkészítő lépések
•
SZÁRÍTÁS
•
ANYAGFELSZÍVÁS, SZÁLLÍTÁS
Polimerfeldolgozás és gépei
•
ANYAGADAGOLÁS
BMEGEPT4113
•
GRANULÁLÁS, DARÁLÁS
•
KEVERÉS
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
14
Anyagismeret
Polimerfeldolgozás előkészítő lépései
Szárítás
•
15
Szárítás
Higroszkopikus műanyagok (PA, PET, PC, PBT, ) jelentős
16
Meleglevegős szárítás
nedvességfelvétele miatt a megfelelő szárításuk elengedhetetlen. •
Fontos a nem higroszkópos anyagok szárítása is, amennyiben pl. nagy páratartalmú térben voltak tárolva, felületükön pára csapódott le.
•
A szárítás hatékonysága a levegő harmatpontjától függ. Az iparban a meleglevegős és a szárazlevegős eljárás terjedt el.
Anyagismeret
Anyagismeret
•
4
17
Szárítás
Keverő berendezések
Szárazlevegős szárítás
18
Száraz keverékek keverőberendezései
Anyagismeret
Anyagismeret
Fluid-ágyas örvénykeverő
19
Keverő berendezések
Keverő berendezések
Folytonos ömledék keverőberendezések – Ikercsigás extruderek
Anyagismeret
Anyagismeret
Szakaszos ömledék keverőberendezések
20
Banbury-típusú belső keverő
5
21
Granulálás, darálás
Granuláló berendezések
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
Elvi felépítése
Gyakorlatban
Anyagismeret
Extrúzió
Alapfogalmak
Extrúzió: • • •
•
24
Plasztifikáló egység = csiga + henger
Folyamatos 1 D-s termékek Megfelelő ömledékszilárdságú anyagból
Szakaszai: • • •
Anyagismeret
Plasztifikáló egység
Alakítható állapotba hozás Alakadás Alakrögzítés
Extrúdercsiga részei:
Anyagismeret
•
23
Kompresszió elérhető (=menetárok térfogatának csökkentése): • • •
Mag átmérőjének növekedésével (magprogresszív, ábra) Menetemelkedés szögének csökkenésével (szögdegresszív) Menetszárny szélesség-növekedéssel
6
Plasztifikáló egység
25
26
Plasztifikáló egység
Anyagtól függő csiga konstrukciók (pl.)
Henger: • • • •
Amorf anyagok
Vastagfalú cső Nagy szilárdságú, kopás- és korrózióálló Behúzó szakaszban hornyolt kialakítás + intenzív hűtés Anyagszállítás feltétele: µcsiga-műanyag < µhengerfal-műanyag
Anyagismeret
Anyagismeret
Részben kristályos anyagok
Plasztifikáló egység
27
Plasztifikálási folyamat
Csigakialakítások • •
Egycsigás kialakítás Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás
Anyagismeret
Ellentétes irányban Anyagismeret
28
Plasztifikáló egység
•
Azonos irányban
Gáztalanító extrúdercsiga
7
29
Plasztifikáló egység
30
Extrúzió elméleti háttere
Csigakialakítások
Ömledékáramlás az extrúderben
• •
Különleges kiszállító szakaszú (homogenizáló) csigák Ömledék szétválasztó csiga (Maillefer-csiga)
•
Moduláris csiga
Anyagismeret
Anyagismeret
+
p h3 Vt ~ l
V s ~ hn
a
V torló .
V sodró
Torló áram
32
Extrúzió elméleti háttere
Az extrúder termikus viszonyai Súrlódásból származó hő:
Kívülről bevezetett hő:
Wkin = F·Δl
Qf = m·c·T Egyszerűsített munkadiagram:
T
Qf mc
~
Qf n
~
1 n
T ~
N ~ n ~ n n
Anyagismeret
Anyagismeret
-
.
Zártsági fok:
31
Extrúdercsiga karakterisztikája
Nyomás alakulása a csiga mentén:
Sodró áram
Extrúzió elméleti háttere
V V s Vt Vr
8
Extruderszerszámok
33
Extruderszerszámok
A
plasztifikálóegység végén – leggyakrabban körkeresztmetszetű – anyagáram átalakítása bármilyen szabályos vagy szabálytalan anyagárammá, majd lehűtve félkész vagy késztermékké (lemez, cső, profil, stb.) Az extruderszerszámok az anyagáramot az alábbi szakaszokon vezetik át: • • •
34
Szélesrésű szerszám ( ≥ 0,5 mm) Akár 3 m széles, ill. akár 15 mm vastag lemez gyártása Fő feladat a kör-keresztmetszetű ömledék eloszlatása oly módon hogy a szerszámból kilépő anyagáram minden pontjában az áramlási sebesség azonos legyen
Átmeneti szakasz Alakadási szakasz Simító vagy vasaló szakasz
• •
Bármely adott keresztmetszetben az áramló anyag azonos sebességű legyen Ne legyen éles átmenet (leállhat az áramlás, beéghet az anyag (degradáció))
Extruderszerszámok
Anyagismeret
Anyagismeret
Követelmények:
35
Extruderszerszámok
Csőgyártó szerszám Akár 1,5 m átmérőjű, ill. gyártása
akár 30 mm falvastagságú csövek
Anyagismeret
Anyagismeret
Szélesrésű szerszám elosztócsatornái
36
9
Extruderszerszámok
38
Extruderszerszámok
Anyagismeret
Fóliagyártás (fóliafúvás) szerszáma
Anyagismeret
Profilgyártó szerszám Üreges, nyitott, tömör profilok gyártása
Extruderszerszámok
42
Extrúder követőberendezései
44
Az alakra hozott anyagáramot kontrolált körülmények között megkívánt méretre kell hűteni – kalibrálás. Kalibrálás vákuummal
Anyagismeret
Kábelgyártás szerszáma
Anyagismeret
40
10
Extrúder követő berendezései
45
Extrúder követő berendezései
Kalibrálás túlnyomással
Hűtés levegővel, vízfürdővel vagy vízpermettel. Lehúzók
Anyagismeret
Anyagismeret
• • •
Extrúder gyártósorok
47
Hengerpár Lánctalpas, hernyótalpas lehúzó Speciális lehúzók (pl. gégecső gyártásnál)
Tekercselő berendezések Darabolók
Extrúder gyártósorok
48
Cső- vagy profilgyártó extrúder sor
Anyagismeret
Lemezgyártó extrúder sor
Anyagismeret
46
11
49
Extrúder gyártósorok
50
Extrúder gyártósorok
Anyagismeret
Fóliafúvó gyártósor
Anyagismeret
Kábelbevonó gyártósor
51
Összetett extrúziós technikák
Koextrúzó: több szerszámban
extrúder
anyagáramának
egyesítése
egy Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
Anyagismeret
Kalanderezés
Tömlőfólia
Lemezgyártás
12
53
Kalanderezés
Kalanderezés:
Kalanderhengerek:
• •
• • • • • •
• •
Egymással szemben forgó precíziós fűtött hengerek között akár 4 m széles, 30…800 µm vastagságú fóliát vagy lemezt, vagy hordozóra (textil) polimer bevonatot készítünk, nagy sebességgel (akár 100 m/perc). Alapanyaga jellemzően amorf hőre lágyuló (PVC, PS, ABS) polimer.
600…800 mm átmérőjű 2…4 m széles Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás Fűtőközeg be- és elvezetés Nagy kopásállóságú felület (köszörült vagy polírozott) Nagy erők lépnek fel a hengerek között: kompenzálni kell!
Anyagismeret
Kalander hengerek elrendezése:
Anyagismeret
54
Kalanderezés
„I”
„L”
„F”
„Z”
55
Kalanderezés
Kalandersor: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
Anyagismeret
Szakállképződés a hengerek között
A polimer a • mattabb, • melegebb, • nagyobb kerületi sebességű hengerre tapad.
Melegalakítás
13
Melegalakítás
57
58
Melegalakítás anyagai 158°C
Melegalakítás folyamatának lépései: 0. Előgyártmány előállítása 1. Az előgyártmány (fólia, lemez) melegítése a formázási hőmérsékletre (alakítható állapotba hozás) 2. Alakítás (formaadás: előnyújtás+formázás) 3. Alakrögzítés (hűtés) 4. Eltávolítás 5. Befejező műveletek
Amorf
Melegalakítás előgyártmányai
59
Részben kristályos
Melegítés
Előgyártmány előállítása: • Lemez, fólia extrudálásával • Fóliafúvással • Kalanderezéssel
Anyagismeret
Mindegyik esetben követelmény a kis tűréshatárok között tartott vastagság, kis mértékű orientáció, kis belső feszültség. Higroszkópos anyag esetében a megfelelő kiszárítás.
Anyagismeret
163°C
Milyen anyagok alkalmazhatók? Hőkezelés előtt • Amorf hőre lágyuló • Részben kristályos hőre lágyulóHőkezelés után
Anyagismeret
Anyagismeret
Melegalakítás: 0,05…15 mm vastagságú lemezek, fóliák formázása termoelasztikus állapotban kis erővel 3D-s termékké,
60
1. Alakítható állapotba hozás (Melegítés) • Biztosítani kell, hogy az előgyártmány hőmérséklete egyenletes legyen a felület minden pontján (azonos alakíthatóság, illetve zsugorodás miatt). Ellenkező esetben hűtéskor/hűléskor egyenlőtlen zsugorodás lép fel, amely vetemedéshez vezet • Műanyagok rossz hővezetők –> precíz hőmérsékletszabályozás szükséges (különösen a r. kristályosoknál) • Alacsonyabb hőmérsékleten csak nagy erőkkel formázható, magasabb hőmérsékleten viszont az anyag termikus károsodása figyelhető meg (hólyagképződés, elszíneződés) • Fényes felületek (formázandó anyag) a hőt jobban visszaverik, mint a tompa vagy érdes felületek
14
61
Melegítés
Alakítás
Vékony fóliák esetében
Vastag fóliák, lemezek esetében
Általános célú melegalakító berendezések alakadó részének felépítése:
Anyagismeret
Anyagismeret
1. Alakítható állapotba hozás (Melegítés - folytatás) • Nem csak a felület mentén, hanem a keresztmetszet mentén is fontos az egyenletes hőmérséklet • Viszonylag lassú felmelegítés szükséges (ellenkező esetben a felület akár károsodhat is, amíg a lemez belseje még el sem érte az alakítási hőmérsékletet)
62
• Anyagtól, vastagságtó függően egy vagy két oldalról történő melegítés
63
Alakítás
Alakítás
Formázandó anyag leszorítása:
64
Szerszámtípusok összehasonlítása
• Alsó és felső keret közé • Keret és az alakítószerszám közé • Alakítószerszám és a szemben fekvő alakítószerszám közé Alakítószerszám:
Pozitív szerszám
Negatív szerszám
Anyagismeret
Anyagismeret
• Pozitív szerszám • Negatív szerszám • Negatív-pozitív szerszám
15
Alakítás
65
Alakrögzítés
Előnyújtás (általában):
66
Alakrögzítés hűtéssel
• Sűrített levegővel • Vákuummal • Mechanikai elemmel (fa, kemény habok, gyanták, alumínium) • Fentiek kombinációjával
• Hűtés az alakadás befejeztével kezdődik elviekben, de a gyakorlatban már a fűtés befejeztével elkezdődik. • Tehát mind a hőforrás eltávolításával / vagy a felmelegített anyag szállításakor már elkezd hűlni az anyag. Ez a hűlés/hűtés tovább folytatódik az előnyújtás során.
Követelmények:
Anyagismeret
Anyagismeret
• Nem hűtheti le a formázandó anyagot • Jó csúszási tulajdonság a formázandó műanyaggal • Alacsony költség, könnyű gyárthatóság
Vékony fóliák esetében
Alakrögzítés
67
Termék eltávolítás
68
Termék eltávolítása a szerszámból, amelyet befolyásol:
• Termékeltávolítási hőmérséklet • Szerszámkúposság • Alámetszések • Pozitív vagy negatív formázás • Nyomás kiegyenlítés • Eltávolítást segítő eszközök a szerszámban • Súrlódás a termék és a szerszám között Anyagismeret
Anyagismeret
Hűtési időt befolyásolja:
• Feldolgozandó anyag (fajhő) • Anyagvastagság formázás után • Alakítási hőmérséklet • Kidobási hőmérséklet • Alakítószerszám anyaga (hővezetőképesség) • Szerszám hőmérséklet • Formázott anyag és a szerszám közötti érintkezés intenzitása • Termék olyan részeinek a hűlése, amely nem érintkezik a szerszámmal
Vastag fóliák, lemezek esetében
16
Melegalakítás technikái
69
• Pozitív formázás előfúvással Előfúvás eredményezte felület nem lehet nagyobb, mint a termék végleges felülete.
Anyagismeret
Anyagismeret
Pozitív formázás • Pozitív formázás mechanikus előnyújtással Megfelelő anyaghőmérséklet elérése után a pozitív szerszám felfele mozgásával hozza létre a mechanikus előnyújtást, majd vákuumal történik a végleges alakadás.
Melegalakítás technikái
71
72
Melegalakítás technikái
Negatív formázás • Negatív formázás előnyújtás nélkül Falvastagság eloszlás javítható nagyobb lekerekítési sugár (D) + nagyobb kúposság kialakításával.
Anyagismeret
• Pozitív formázás vákuumos előnyújtással Egyenletes falvastagság, kisebb hőmérséklet esés
Anyagismeret
70
Melegalakítás technikái
H:D>1:2,5
17
Melegalakítás technikái
73
pneumatikus,
majd
mechanikai
Anyagismeret
Negatív formázás • Negatív formázás előnyújtóval
Anyagismeret
Negatív formázás • Negatív formázás mechanikai előnyújtóval
Melegalakítás technikái
75
Melegalakítás technikái
76
Kombinált pozitív - negatív formázás • Nagy pozitív-negatív nyújtási arány esetén
Anyagismeret
Negatív formázás • Negatív formázás sűrített levegővel (préslégformázás)
Anyagismeret
74
Melegalakítás technikái
18
Melegalakítás technikái
77
Melegalakító berendezések
Anyagismeret
Berendezések • Egy állomásos berendezés: minden művelet egyazon gépen történik. A működés lassú termelékenység kicsi.
Anyagismeret
Kombinált pozitív - negatív formázás • Az termék mindkét oldalát a szerszám határozza meg
Melegalakító berendezések
78
• Forgó állomásos berendezés: 3 vagy 4 munkaállomásból áll: lemez felrakása + termék eltávolítása, fűtés, formázás + hűtés
79
Berendezések • Folyamatos melegalakító berendezés: a termelési sor elején a feltekercselt lemezt (offline) vagy extrúderen folyamatosan gyártott lemezt (online) vezetnek. A legnagyobb termelékenységű.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
Anyagismeret
Üreges testek gyártása
19
Üreges testek gyártástechnológiái
83
Extrúziós fúvás
Üreges testek feldolgozási technológiái: • Extrúziós fúvás • Fröccsfúvás • Rotációs öntés
Extrúziós fúvás
Extrúziós fúvás: • Termoelasztikus állapotban lévő extrudált előgyártmány (cső) alakítása zárt szerszámban belső túlnyomással (sűrített levegő) üreges testté. • Berendezés három fő részből áll: tipikusan egy egycsigás extrúderből, extrúderszerszámból és a fúvószerszámból, ahol az alakadás végbemegy.
Anyagismeret
Anyagismeret
Üreges testek: • Egy darabból álló (nem összeszerelt), relatív vékonyfalú, zárt vagy nyitott termék / alkatrész. • Nyitott termék esetében a nyílás nem lehet nagyobb, mint a belső keresztmetszet. • 1-2 cm3 … 70 m3-es méretek • Akármilyen alakú üreges testek elkészíthetőek (gömbszerűek, sík alakúak) • Néhány darabtól több száz milliós darabszámig
85
Extrúziós fúvás
Előgyártmány előállítása során fontos: Az anyag megfelelően nagy ömledékszilárdsága (alacsonyabb ömledék hőmérséklet) Hegedési vonalak nem lehetnek az előgyártmányon (szerszám kialakítás) Egyenletes folyási profil, egyenletes falvastagság (szerszám kialakítás) Előgyártmány egyenletes hőmérséklete
86
Előgyártmány áthelyezéssel történő extrúziós fúvás (folyamatos)
Anyagismeret
Extrúziós fúvás folyamata: Előgyártmány előállítása Fúvás zárt szerszámban Hűtés Termék eltávolítása, a felesleges anyagrészek levágása
Anyagismeret
84
20
Extrúziós fúvás
87
Extrúziós fúvás
Anyagismeret
Váltószerszámos folyamatos extrúziós fúvás (folyamatos)
Anyagismeret
Folyamatos extrúziós fúvás emelt szerszámmal (folyamatos)
Extrúziós fúvás
89
Extrúziós fúvás
90
Tengelyirányban elmozduló csigadugattyús változat (szakaszos)
Anyagismeret
Karusszel elrendezésű extrúziós fúvás (folyamatos)
Anyagismeret
88
21
Extrúziós fúvás
91
Extrúziós fúvás
Anyagismeret
Ömledéktárolós (akkumulátor) változat (szakaszos)
Anyagismeret
Gyűrűdugattyús ömledéktárolós változat
Extrúziós fúvás
93
Fröccsfúvás
Anyagismeret
Extrúderszerszám Általában alumíniumból készült szerszámot alkalmaznak. Az alakításhoz szükséges nyomás (sűrített levegő) általában 0,4…0,8 MPa, de nagy termékek esetében eléri a 4 MPa-t is. A szerszámzáró erő nagyságrendekkel kisebb, mint a fröccsöntésnél.
Anyagismeret
92
96
Fröccsfúvás: • Az extrúziós fúvással ellentétben az előgyártmányt fröccsöntéssel állítjuk elő, majd azt zárt szerszámba helyezve, fúvással megtörténik az alakítás • Sorja, így hulladékmentes eljárás, illetve nincs összehegedési vonal • Kisebb ömledékszilárdságú anyagok is feldolgozhatók (pl. PET) • Csak forgásszimmetrikus testek vagy ovális alakú termékek dolgozhatók fel. • Nagyon pontos falvastagság-eloszlás, nagyon pontos nyakrész • Átlátszó termékek gyárthatóak, mivel a kristályosodás kézben tartható
22
Fröccsfúvás
97
Fröccsfúvás
Anyagismeret
Fröccsöntési és fúvási művelet elkülönül
Anyagismeret
Fröccsöntési és fúvási művelet egy berendezésen
Fröccsfúvás
99
Fröccsfúvás
100
Előnyújtásos fröccsfúvás: PET palackok előállítására • Célja a két tengely menti (biaxális) arányos megnyújtás, orientáció kialakítása • Javul a mechanikai tulajdonság (olcsóbb anyag, vagy kisebb falvastagság is elegendő), a gázáteresztő képesség, a fényesség és átlátszóság, illetve a méretpontosság • Fontos az előgyártmány megfelelő hőmérsékletre melegítése (orientáció – nagyrugalmas állapot) • Fontos a megfelelő technológiai beállítások az optimális tulajdonságok elérése céljából Anyagismeret
Előnyújtásos fröccsfúvás (mindkét fenti lehetőségnél)
Anyagismeret
98
23
102
Rotációs öntés Két, egymásra merőleges tengely körül forgatott zárt szerszámban, varrat és belső feszültségmentes, nagy méretű (általában 1…10 m3) üreges testek előállítására. Leggyakrabban alkalmazott hőre lágyuló anyagok: • LLDPE, LDPE, HDPE • PP, rPP • PVC (por, folyadék) • PA6 • PC
Rotációs öntés
Rotációs öntés
Rotációs öntés anyagaival szemben támasztott követelmények: • Anyag formátuma: Por (75…500 µm), őrlemény, viszkózus folyadék, monomer, oligomer • Termikus stabilitás • Poríthatóság • Részecske méret-eloszlás • Térfogatsúly • Szinterezhetőség
104
Rotációs öntés
105
Biaxiális forgatás • Mind a fűtési, mind a hűtési fázisban szükséges. • Mindkét tengely egyidejű forgatása • Két tengely különböző sebességű forgatása: a fő tengely mentén nagyobb. • A fordulatszámok ne legyenek egymás egész számú többszörösei (3,75:1) • Kis fordulatszám (<30 rpm)
Anyagismeret
Rotációs öntés működési elve
Anyagismeret
103
Anyagismeret
Anyagismeret
Rotációs öntés
24
Rotációs öntés
106
107
Rotációs öntés
Anyagismeret
Hűtés: • A biaxiális forgatás folyamatos • Anyagtól függő hűtés • Főleg hideg levegővel, illetve vízpermettel hűtenek • Figyelembe kell itt is venni a zsugorodást • Hűtési idő négyzetesen arányos a termék falvastagságával Kidobás / termék kiemelése általában manuális Általában szükséges részek, felületek kivágása, illetve termék két részre vágása
Anyagismeret
A fűtés során lejátszódó folyamatok
Rotációs öntés
108
Rotációs öntés technológiai elrendezése Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék
Anyagismeret
Fröccsöntés
25
111
Fröccsöntés
112
Fröccsöntés - Extruzió
• tetszőleges alakú 3D-s alkatrészeket és termékeket gyárthatunk (egy lépésben) Mindkét nagyvolumenű eljárásnak, a fröccsöntésnek és az extruziónak megvan az a nagy előnye, hogy gyakorlatilag hulladékmentes feldolgozást biztosít a hőre lágyuló polimerek plasztikus alakadása révén, a termék pedig újra feldolgozható marad (recycling).
• zárt szerszámban történő formaadással • nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével
Anyagismeret
• gyakorlatilag hulladékmentesen
Hőre lágyuló polimerek feldolgozásának paraméterei
Anyagismeret
Anyag
Extrúzió
Mindkét eljárás rendkívül termelékeny és jól automatizálható, robotosítható. S bár a fröccsöntés tipikusan szakaszos üzemű, szemben az extruzió folytonos üzemmódjával, igen jó termelékenységű azáltal, hogy itt még nagyobb nyírósebességgel dolgozzuk fel, alakítjuk át szerkezeti anyagunkat.
113
114
A fröccsöntés alapelve
Fröccsöntés
hőmérséklete
nyomása
hőmérséklete
nyomása
°C
MPa
°C
MPa
LDPE
125-135
10-40
134-145
20-50
HDPE
140-170
10-40
200-260
60-120
PP
185-240
15-40
200-280
80-150
PS
170-200
15-20
160-240
60-150
lPVC
155-160
10-20
160-170
80-100
kPVC
160-180
10-20
170-180
100-150
tetszőlegesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag
ABS
180-200
15-25
180-220
80-120
PA
250-300
15-25
260-320
70-100
hulladékmentes,
PMMA
160-180
5-10
180-240
50-100
POM
180-200
5-10
180-230
80-140
CA
190-210
15-25
170-210
100-140
PC
250-300
15-25
270-350
100-140
A fröccsöntés alapelve tehát az, hogy a polimer ömledéket, amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba vittünk, nagy sebességgel, szűk beömlő nyíláson át zárt szerszámba „fecskendezzük”, és ebben a zárt szerszámban a nagy nyomás alatt kihűlő polimerből alakul ki a Anyagismeret
Anyagismeret
• szakaszos üzemmódban
képlékeny
alakítással,
nagy
méretpontossággal.
26
Fröccsöntési ciklus a mechanikai mozgáselemek tükrében
115
Anyagismeret
Anyagismeret
Szerszám záró egység
Fröccsöntő gép részei
116
Fröccsöntő gép
Szerszám felfogó
Anyag adagolás
Vezérlés
Fröccsaggragát
Fröccsöntő gép részei – szerszámzáró egység
117
118
Anyagismeret
Anyagismeret
A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfogó (függőleges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízszintes vezető oszlop vezeti. Egyes gépeken a szerszámzárás egy nyitott, fekvő C alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását hidraulikus vagy (könyökemelős) mechanikus rendszer biztosítja.
27
119
Fröccsöntő gép részei – plasztikáló egység
121
Fröccsöntő gép részei
120
Anyagismeret
Anyagismeret
Fröccsöntő gép részei – szerszámzáró egység
Fröccsöntő gép részei – AZ ANYAG ÚTJA
122
csigadugattyús fröccsöntő gép fröccsöntő egysége a hengerrel, csigadugattyúval és tartozékaival együtt szintén elmozdul a géphez képest minden egyes ciklusban: a szerszámzárás után rázár (szorosan csatlakozik) a szerszámra, majd a befröccsöntés befejeztével, alkalmas időpontban elszakad, (visszahúzódik) a szerszámtól. A szoros csatlakozásra A
a megfelelő (> 1000 bar) ömledéknyomás átadása miatt van szükség. Az ismételt elszakadást eltávolodást technológiai okok indokolják: a fröccsegység csúcsa, a fúvóka fűtött, míg a szerszám hűtött.
és
200
mm
közötti, L/D értéke általában 20.
A csiga fordulatszáma 100
Anyagismeret
Anyagismeret
A fröccsöntőgépek csigájának tipikus átmérője 20 mm
és 250 ford/perc
(a nagyobb gépé lassabb).
28
Fröccsöntő gép részei - Plasztikáló egység
Fröccsöntés folyamata az állapothatározók függvényében
123
124
A fröccsöntőgépben lejátszódó folyamatokat a gép két fő részében: a
fröccsöntő (aggregát) egységben és a szerszámban elemezhetjük. Az
első géprészben, a fröccsöntőcsiga mentén lejátszódó reológiai folyamatok egészen hasonlók az extrudercsiga mentén már bemutatottakhoz. A szerszámban lejátszódó folyamatokat legjobban a p, v, T állapothatározók függvényében érthetjük meg.
Anyagismeret
Anyagismeret
A polimerek fajlagos térfogatát a külső (hidrosztatikus) nyomás (p) és a hőmérséklet (T) nagymértékben befolyásolja.
Visszaáramlás-gátló:
Fröccsöntés folyamata az állapothatározók függvényében
A polimer ömledék fajtérfogat-növekedése még nagyobb arányú a növekvő hőmérséklettel. A fajtérfogat - változás érzékenyen megmutatja a Tg üvegesedési hőmérsékleti átmeneteket és még inkább a Tm „olvadási” hőmérsékletet.
Fröccsöntés folyamata az állapothatározók függvényében
126
Anyagismeret
125
Anyagismeret
A polimerek fajtérfogat-változása azonos nyomáson a hőmérséklet függvényében szilárd halmazállapotban is nagyobb mértékű, mint a többi szerkezeti anyag esetében: ez a magasabb termikus dilatációs együtthatóban is megnyilvánul.
A polisztirol fajtérfogatának, hőmérsékletének összefüggése (p, v, T diagramja)
és
nyomásának
A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) (p, v, T diagramja)
29
Fröccsöntés – ciklus
Fröccsöntőgépek főbb műszaki jellemzői
128
129
A fröccsöntési technológia hatékonysága azon múlik, hogyan illeszkednek a termék, a fröccsöntőgép és a szerszám műszaki paraméterei. A gép nagysága, kapacitása nyilvánvalóan optimum-függvénye a termék tömegének, volumenének.
Anyagismeret
Anyagismeret
A túlságosan nagy gép egy adott kis méretű alkatrész gyártásánál technológiai, stabilitási problémákat vet fel, ami ugyanolyan gond, mintha az optimálisnál nagyobb alkatrészt szeretnénk gyártani egy viszonylag kisebb fröccsöntő gépen. Melyek tehát a gép kiválasztás legfőbb paraméterei? • Záróerő • Fröccsöntési kapacitás • Fröccsmunka • Szerszám felfogó lapok mérete
Záróerő
130
Záróerő
131
A fröccsöntő gép záróerejét általában tonnában adják meg. Amennyiben hidraulikus szerszámzáró mechanizmust alkalmaznak. A maximális záróerő a következőképpen függ össze a hidraulikus nyomással:
A maximális F erő, amelyet a polimer ömledék kifejt a szerszám zárósíkján: F = Pcav A
Pcav: a tényleges ömledéknyomás a szerszámüregben (cavity),
CF = (Phyd D2)/4
tipikusan 30 - 150 MPa
A: a szerszám osztósíkjára vetített felülete a munkadarabnak.
D: a hidraulikus henger átmérője. A biztonságos zárás érdekében Anyagismeret
Anyagismeret
15 %-kal több hidraulikus nyomást alkalmazunk, tehát CF = 1,15F
Egy mai személygépkocsi ütközőjének vagy műszerfalának fröccsöntéséhez tipikusan 3000 - 5000 tonna (30 - 50 MN) záróerővel rendelkező fröccsöntőgépre van szükség.
30
Ömlesztő teljesítmény, egyéb kapacitás adatok
132
Fröccsöntési kapacitás, fröccsmunka
A fröccsöntőgép kapacitását az egyetlen ciklusban legyártható polimer alkatrész maximális súlyával vagy térfogatával is jellemezhetjük. Hagyományosan ezt a kapacitást a polisztirolra vonatkoztatjuk.
133
A fröccsöntőgép teljesítményét nyilvánvalóan az is meghatározza, hogy a gép csigája óránként hány gramm anyag megömlesztésére
képes. Ez a teljesítmény mutató függ attól, hogy milyen polimert dolgozunk fel, hiszen a különböző polimerek megolvadásához kötődő
A fröccsmunkát Wf a fröccsöntési löket elméleti térfogata és (velm) és az ömledék nyomása (p) együtt határozza meg:
hőmennyiség eltérő, és attól is, hogy azt mennyire melegítjük fel a Tm ömlesztési hőmérséklet fölé, hiszen a cp fajhők is különböznek. Anyagismeret
Anyagismeret
v p W f elm 100
ahol a v az elméleti löket-térfogat cm3-ben, p a maximális fröccsnyomás MPa-ban.
Ömlesztő teljesítmény, egyéb kapacitás adatok
134
Hagyományosan a géptípus mutatószámaként ezt a teljesítmény
adatot is (kg/h-ban) polisztirolra vonatkoztatjuk.
Kétkomponensű fröccsöntés
136
A záróerő, a fröccskapacitás és az ömlesztőkapacitás mellett, A ko-extruzió alapelvéhez hasonlóan a fröccsöntés során is egyesíthetünk két (vagy akár több) polimeranyagot is.
amelyek a legtöbbször a fröccsöntőgép típusszámában is szerepelnek, természetesen még számos műszaki jellemző megadható a mai
A kétkomponensű fröccsöntőgépnek két fröccsegysége (fröccsagragátja) van.
fröccsöntő gépekről. jellemző
(200
X
a
közöttük
(200 a
200
még
a
mm2-től
szerszám akár
megnyitható mm-től
gép
energia
és még sok más adat.
felvétele
felfogó
3000
X
lapok
mérete
2500
mm2-ig),
legnagyobb 2000 (tipikusan
távolság mm-ig),
20-300
Az ú.n. 2F eljárásban a kétféle polimer egymás mellé kerül fröccsöntésre két elhatárolt szerszámfélben, egymás utáni lépésben.
kW)
Anyagismeret
Anyagismeret
Fontos
A 2K eljárás úgy hajtja végre a fröccsöntést, hogy először 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” szerkezetű terméket.
31