M!anyagok vizsgálata
M!anyag minta-el"készít" és laboratóriumi m!anyag-feldolgozó berendezések Tóth Péter* ügyvezet"
M!anyag alapanyaggyártók, kompaundálók gyakran szembesülnek azzal a feladattal, hogy az általuk gyártott alapanyag tulajdonságainak meghatározásához próbatesteket kell készíteni. Az általában granulátum formájában rendelkezésre álló anyagból két próbatest el"készítési eljárás terjedt el az ipari gyakorlatban. Az egyik a fröccsöntés, amelynek hátránya, hogy meglehet"sen nagy anyagi befektetéssel jár, mivel szükséges hozzá egy fröccsönt" gép, és az esetek nagy részében több fröccsszerszám is. Ez utóbbi oka az, hogy a különböz" fizikai-, villamos-, termo-mechanikai-, éghet"ségi- stb. vizsgálatok szabványai más-más próbatest méretet és alakot írnak el". Mindamellett a fröccsöntés paraméterei nagyban befolyásolhatják a próbatest tulajdonságait (h!tési sebesség, összecsapási pontok elhelyezkedése, fröccsnyomás stb.). A másik próbatest készítési eljárás a lappréselés, majd ebb"l az 1. ábrán látható MINICUTVIS számítógép vezérlés! CNC géppel a próbatest forgácsolás. Az eljárás el"nye, hogy a befektetés lényegesen alatta marad a fröccsönt" gép és -szerszámok összköltségének, a préslapból tetsz"leges próbatest alak vágható ki, köszönhet"en annak, hogy a CNC gép programozható (2. ábra). A lapokat f!tött nyomólapokkal rendelkez" hidraulikus laboratóriumi présen állítják el" (3. ábra).
2. ábra. Különböz! próbatest alakok
3. ábra. Hidraulikus laboratóriumi prés
1. ábra. Próbatest forgácsoló berendezés *INTESZT
A laboratóriumi prések különféle préslap mérettel rendelkezhetnek, 200#200 mm-t"l akár 400#400 mm-ig. Létezik két-etázsos változatuk is, ahol egyidej!leg két minta készíthet". Utóbbiak között vannak olyanok, ahol az egyik pár nyomólap f!tött, a másik pár pedig h!tött. Ilyenkor kézzel kell a mintát áthelyezni a f!tött préslapok közül a h!tött nyomólapok közé. A préslap el"készítése általában úgy történik, hogy a granulátumot két polírozott felület!, rozsdamentes acéllemez közé helyezzük. Annak megakadályozására, hogy az ömledék a nyomólapok közül oldalt eltávozzon, álta-
Méréstechnika Kft., 1113 Budapest, Diószegi út 47/a, telefon: 468-3798
2010. 47. évfolyam 4. szám
147
szezárnak, és az alapanyaggal érintkez", h!tött nyomólapok leh!tik a préslapot. A m!ködés elvi elrendezése a 6a. ábrán látható. Természetesen a h!t"lapok küls" felülete h"szigetelt, így a h"átadás minimális a h!tött és f!tött lapok 4. ábra. a) a préselés el!készítése, b) a préskeret elrendezése között. A konstrukció megvalóstását a 6b. ábra mutatja. Ezzel az opcióval elkerülhet" a nyomólap sorozatosan ismétl"d" felf!tése és leh!tése, amely jelent"s h!t"víz és villamos energia megtakarítást eredményez.
5. ábra. Érint!képerny!s LCD monitor
lában „képkeret” alakú fémkeretet helyeznek az acéllemezek közé (4a. ábra). A nyomólap és a préskeret elrendezését a 4b. ábra mutatja. A préselési ciklus a legkorszer!bb modelleknél teljesen automatikus, az egyes szakaszok paramétereit (nyomás, id" stb.) érint"képerny"s LCD monitoron lehet megadni (5. ábra). A préselési ciklus id"tartamának csökkentését és jelent"s energia-megtakarítást tesz lehet"vé a külön rendelhet" kazettás h!t"egység. Alapesetben a préselési ciklust követ"en az alapanyagot – annak érdekében, hogy megszilárduljon – a nyomólapokkal együtt vissza kell h!teni. A következ" préselési ciklushoz a nyomólapokat ismét fel kell f!teni, ami jelent"s energia-befektetést igényel, és a ciklusid"t is növeli. A kazettás h!t"egység használata esetén a polírozott rozsdamentes acéllapokat egy fémkeret tartja meg a présel" tér közepén. A f!tött nyomólapok szétnyitnak, és oldalról begördül egy pár h!tött nyomólap. Ekkor a f!tött nyomólapok ismét ösz-
7. ábra. A h"t!víz áram elvi ábrája
A prések egy speciális fajtája az ún. ASTM prés, amely az ASTM szabvány szerinti próbatest készítés el"írásainak felel meg. Ez a szabvány szabályozott és állandó, 15ºC/perc h!tési sebességet ír el" ± 2ºC/perc eltéréssel. E rendszereknél külön h!t"tartály biztosítja az állandó h"mérséklet! és megfelel" mennyiség! h!t"vizet (7. ábra). A kifinomult szabályozásnak köszönhet"en tetsz"leges h!tési sebesség állítható be 1– 20ºC/perc tartományban. A mesterkeverék-gyártók és kompaundálók egyik legfontosabb laborberendezése a hengerszék (8a. ábra), ami két egymás mögött elhelyezked", f!tött hengerb"l áll. Elvi elrendezését a 8b. ábra mutatja. A hengerek közötti rés távolsága állítható. Különböz" hen6. ábra. a) a h"t!lapok elvi elrendezése, b) a konstrukció megvalósítása
148
2010. 47. évfolyam 4. szám
8. ábra. a) laboratóriumi hengerszék, b) elvi elrendezése és c) az alapanyag elhelyezkedése
gerátmér"k lehetnek, pl. 110, 150 és 200 mm. Az egyszer!bb asztali változat hengerei közötti fordulatszám különbség (frikciós arány) állandó. A nagyobb padlótelepítés! berendezések hengerei független meghajtásúak, ezeknél a frikciós arány változtatható. Ez a vezérlés lehet"vé teszi a két henger fordulatszámának szinkron állítását is, azaz a sebesség növelhet" úgy, hogy a fordulatszám arány állandó marad. A gyúró igénybevételt a hengerek fordulatszám különbségéb"l származó nyírás biztosítja. Az els" henger h"mérsékletét általában néhány ºC fokkal magasabbra állítják, ezzel biztosítva, hogy az alapanyag az els" hengerre tapadjon fel. A modernebb változatok általában háromzónás f!t"egységgel rendelkeznek, mivel a gyúróhengerek két végén, a csapágyazásnál nagyobb mérték! a h"elvezetés. Háromzónás f!t"rendszer esetén a henger hossztengelye mentén a h"mérséklet linearitása sokkal sz!kebb tartományban tartható. Az alapanyagot terel"lemezek tartják a henger munkafelületén, és megakadályozzák, hogy oldalirányban a csapágyazás felé folyjon (8c. ábra). Olyan esetekben, ahol a h"mérséklet pontosságának és egyenletes eloszlásának különösen nagy szerepe van, gyakran olajcirkulációs f!t"- és temperáló egységet használnak. Az automatikus átfordító egységnek köszönhet"en a gyúrási folyamat teljesen automatizálható (9. ábra). A legmodernebb változatok érint"képerny"s TFT monitoron keresztül programozhatók. A hengerszékek gumiipari változatai nagyobb teljesítmény! hajtóm!vel és motorral vannak felszerelve a gumifeldolgozásnál fellép" nagyobb rugalmas er"k miatt. A kompaundálás leggyakoribb eszköze az ikercsigás extruder (10. ábra). Az egészen kis anyagmennyiségek feldolgozására alkalmas, 16 mm csigaátmér"j!, asztali telepítés! változattól a 22 kW-os motorral szerelt, 2010. 47. évfolyam 4. szám
9. ábra. A gyúrási folyamat teljesen automatizálható
10. ábra. Ikercsigás extruder
26 mm csigaátmér"j!, padlótelepítéses változatig széles tartományban léteznek. Ez utóbbi változat kihozatala 149
150 kg/óra közeli, ami a laboratóriumi extruderek között kifejezetten nagynak számít, inkább a Pilot line kategóriába tartozik. A MaxiCompounder modell már kis fordulatszám mellett is rendelkezésre álló nagyobb nyomatéka miatt els"sorban er"sen töltött alapanyagok (üvegszál, szénszál, farost, bazaltszál er"sítés! m!anyagok stb.) feldolgozása esetén javasolt. Az extruder köpeny osztott kivitel!, ami több el"nnyel is jár. Egyrészt tisztítása lényegesen könnyebb, másrészt a kompaundálás szemmel is jól látható a fedél felnyitásával. Ezáltal az egyes additívek keveredése jól nyomon követhet" (11. ábra).
12. ábra. Cserélhet! betétek
Az extruderek általában 36, 40 és 44 L/D hosszúságban készülnek. A legmodernebb változatok érint"képerny"s TFT monitoron keresztül vezérelhet"k, az extruder valamennyi feldolgozási paramétere (csigafordulatszám, nyomaték, h"mérséklet az egyes zónákban, szerszámnyomás, garatadagoló fordulatszáma stb.) számítógépre vihet" és elmenthet". Valamennyi modul külön h"mérsékletvezérl" egységgel, f!t"elemekkel és vízh!t" körrel van ellátva. Minden zónának saját PT100 h"érzékel"je van, minden második zónában ömledékh"mérséklet-mér" szenzorokat is találunk (13. ábra). Az extruder minimum egy, a hosszabb változatok két kigázosító egységgel rendelkeznek. A kigázosítás lehet
11. ábra. Felnyitott kétcsigás extruder
Az extruder moduláris kialakítású, köpenye 4D hoszszúságú zónákra van osztva. Valamennyi zóna külön blokkot alkot, az egyes modulok szétszerelhet"k, sorrendjük tetsz"legesen variálható. Ez azért lényeges szempont, els"sorban kutató fejleszt" munkánál, mert az extruderhez különféle perifériák csatlakoztathatók, pl. oldaladagoló, folyadékadagoló stb. Az additív tulajdonságainak megfelel"en az adagolás helyét körültekint"en kell megválasztani, pl. h"bomlásra hajlamos, vagy fokozott nyíró-igénybevételre érzékeny anyagot célszer! a csigacsúcshoz minél közelebb beadagolni. Ezek alapján a moduláris kialakítás nagyon hasznos tulajdonsága, hogy az egyes blokkok sorrendje tetsz"legesen változtatható. Maga a csiga is moduláris kialakítású, az egyes elemek hatszöglet! tengelyre f!zhet"k fel (12. ábra). A feldolgozandó anyag karakterisztikájának leginkább megfelel" csigakonfiguráció állítható össze, pl. nyíró igénybevételre érzékeny anyagok esetén kevesebb gyúróelem és több továbbító elem alkalmazásával. Az extruder köpeny cserélhet" betéttel rendelkezik, ami a ház falának sérülése vagy kopása esetén költségkímél" módon és gyorsan kicserélhet" (12. ábra). 150
13. ábra. A h!érzékel!k elrendezése
14. ábra. Az extruderbe épített vákuumszivattyú
2010. 47. évfolyam 4. szám
atmoszférikus vagy vákuumos. Az extruderbe épített vákuumszivattyú a 14. ábrán látható. A hajtóm! nyomatékhatárolóval van felszerelve, ami a tengelytörést hivatott megakadályozni. Az alapanyag adagolása egycsigás garatadagoló segítségével történik. A zsinórszerszámból kilép" alapanyag a vízfürd"be merítve leh!l (15. ábra).
17. ábra. Lágy anyagok granulálása
15. ábra. Vízfürd!
A vízfürd" automatikus szintszabályozással rendelkezik. Beépített vákuumszivattyú segítségével eltávolítja a h!t"b"l kilép" szálak felületér"l a vízcseppeket. A szál ezt követ"en a regranuláló egységbe lép (16. ábra). A szálak el"tolását forgó gumihengerek végzik. A forgókések fordulatszáma és az el"tolás sebessége is állítható.
16. ábra. Regranuláló egység
2010. 47. évfolyam 4. szám
Egyes változatokon a kívánt granulátumhossz 0,1 mm pontossággal beállítható. Az el"tolási sebesség növelésével automatikusan, azzal szinkronban növeli a vezérl" elektronika a kés sebességét is, így a granulátum mérete a beállított értéken marad. A LABTECH által gyártott speciális oldalkéses granuláló olyan anyagok esetén is jól használható, amelyek a hagyományos granulálókon nem apríthatók. Ennél a típusnál a nyírás iránya hasonló, mint az olló esetén, ezáltal nagyon lágy, gumiszer! anyagok granulálására is alkalmas. Az ilyen típusú anyagok a hagyományos granulálók párhuzamosan mozgó kései között ellapulnak, és ezért nem vághatók (17. ábra). Az oldalvágó granuláló kései egy ventilátorlapátszer! elrendezésben helyezkednek el (18. ábra). A berendezés természetesen alkalmas nemcsak lágy, hanem nagyon rideg anyagok granulálására is. Micro-pellet változata 0,4 mm átmér"j! vágatok készítésére is alkalmas.
18. ábra. Az oldalvágó granuláló késeinek elrendezése
151
