Kiállítás − K 2004
Mûszaki fejlesztések a K 2004 idején III. Mûanyagok autóipari alkalmazása DR. MACSKÁSI LEVENTE a Mûanyag és Gumi fõszerkesztõje
A Düsseldorfi Vásár sajtóközpontja a korábbi hagyományoknak megfelelõen mûanyagipari szakértõket kért fel, hogy szakterületük újdonságait bemutassák a K 2004 újságíróinak. Három részes sorozatunk utolsó részében a mûanyagok jármûipari felhasználásával foglalkozunk, nevezetesen a mûanyagok jövõjével az autógyártásban, a hosszúszállal erõsített hõre lágyuló polimerekkel, a mikrocellás habokkal, és végül, de nem utolsó sorban a számos autóipari alkatrész gyártását forradalmasító, vízzel segített fröccsöntéssel. 1. A mûanyagok távlatai az autógyártásban A múltban a mûanyagok elsõdleges feladata a jármûveknél a súlycsökkentés volt. Ez mára elérte a határát, mert alig van további lehetõség a súly lefaragására. Új mûanyag alkalmazási lehetõségek kezdõdtek el, modulok tervezése, integrált feldolgozások, módosított anyagok és technológiák, de fel kell készülni a gyors demográfiai változásokra. Ezek közül néhány már megjelent, néhány még a gyárakban vár kipróbálásra. A közepes méretû autókba beépített mûanyagok részesedése állandósult a viszonylag magas, 14 súly% körül, ami típusoktól függõen 120−160 kg közötti mennyiség. A jelenlegi szint még emelkedhet a karosszéria részek számának gyarapodásával, valamint az oldal- és hátsó üveg ablakok polikarbonátra történõ cseréjével. A müncheni BMW csoport kutatás-fejlesztési részlege szerint a könnyítési és biztonsági törekvések, a modern formák, a környezetbarát elvárások és a gazdaságosság a jármû fejlesztések alapja. A VDI-GESELLSCHAFT KUNSTSTOFFTECHNIK is azon a véleményen van, hogy a fennálló bonyolult helyzetben a mûanyagoknak sikerül találkozni a különbözõ elvárásokkal. 1.1. A piac telítõdött A BOSCH AG mûanyag csoportja 30 éves gyakorlatuk alapján azt állítja, hogy a mûanyagok felhasználása az autóiparban eléri a csúcspontot. A következõ évek dinamikus fejlõdése és a mûanyagok növekvõ részesedése után megkezdõdik a konszolidációs szakasz, vagy a csökkenés. A szerkezeti elemek, ablakok és karosszéria tartogat még lehetõségeket a mûanyagok számára, de az elmúlt idõszakra jellemzõ erõteljes térhódításuk alapján valószínû, hogy elérték a csúcsot. A fejlõdés véget ért, de az innováció folytatódik. A többrétegû hõre lágyuló
114
MÛANYAG
ÉS
GUMI
fúvott benzintank iránti érdeklõdés nem csökken, jelenleg a jármûvek durván 80%-át már ezzel látták el. A polikarbonát ablakok csak az oldalsó és hátsó üvegek cseréjénél kerül szóba, de az alapanyag gyártók (pl. BAYER MATERIAL SCIENCE, Leverkusen, Németország) optimisták, számításuk szerint a következõ 3 évben 75 ezer tonnát használnak fel erre a célra, ez évenként 30 millió egységet jelent. A K 2004-en olyan gépeket mutattak be, amelyekkel feszültségmentes, nagy polikarbonát ablakokat lehet fröccsönteni. A mûanyag szélvédõ kifejlesztése még hosszabb idõt igényel, mivel használata alatt jelentõs feszültségek lépnek fel, túl kell élni a kõ becsapódást, jégverést, az erõsen koptató tisztítási mûveletet, azokat a káros hatásokat, amelyek az autót teljes élettartama alatt érik. A DAIMLERCHRYSLER (Stuttgart) jó úton halad egy rétegezett üveg-mûanyag szélvédõvel − Lamilight − amelynek a súlya fele a jelenlegi biztonsági üvegének. 1.2. A jövõ ütemterve A VDI „PLASTICS IN AUTOMOTIVE ENGINEERING”, (Mûanyagok az autóiparban) konferenciáján, a résztvevõk arra az álláspontra helyezkedtek, hogy a mûanyagok tovább folytatják megújítási törekvéseiket az autóiparban. A kérdés csak az, hogy melyik területen milyen irányba és mi lesz az elsõdleges? Ha nem a súlycsökkentés lesz a fejlesztés fókuszában, akkor mi kerül a helyére? Az egyéb szempontok, mint a biztonság, további kényelem, költségtakarékosság fogják uralni az autóipar mûanyag fejlesztéseit a jövõben? Szerencsére az alapanyaggyártók, mint a DUPONT, BASF és BAYER kutatói elébe mennek az igényeknek. A BAYER felfigyelt a nyugati népesség elöregedésére, ezért tudatosan figyel az idõs autóvezetõk, a fiataloktól eltérõ, másfajta problémáira, mint a látómezõ szûkülésére, a hallás csökkenésére, késleltetett reakció idõre. Ezt figyelembe véve szükségesek a távolság érzékelõk, ehhez a polimerek és az elektronika alkalmazása. Eddig az autótervezõk csak a vezetõk biztonságára gondoltak, ma már a gyalogosokra is oda kell figyelni, bár ez általában csak szavakban történt meg. A kocsiszekrényt, fõleg a sárhányót és a motorháztetõt úgy kellene kialakítani, hogy az elnyelje az ütközési energia nagy részét. Itt jelenik meg a hõre lágyuló mûanyag sárhányók szerepe, amelyek ebben az esetben jobban meg-
2005. 42. évfolyam, 3. szám
felelnek a fenti célnak, mint az akár legvékonyabb, galvanizált acéllemezbõl készített elemek. 1.3. Ez is, az is az autókban Az alapanyaggyártók kedvezõnek tartják a modulokból felépített autók terjedését. Adott számú elem keverésével, illesztésével összeállítható több autótípus. Ez a gyártóknak elég nagy szabadságot nyújt akár bonyolult autók kialakításához elfogadható áron, a vevõknek pedig egyedi kívánságok megfogalmazására. A gyártó kifejleszti a különbözõ modulokat − pl. elsõ homlokszegély, vezetõülés, ajtó, tetõ és lecsapható hátsó ajtó − a végterméket gyártó (OEM − original equipment manufacturer) elõírásainak megfelelõen. Az elemeket közvetlenül a szerelõszalagra juttatják és azon összeállítják az autót. Ez nagyon kedvezõ az OEM cégeknek, mert nem csak munkaerõt és költséges fejlesztést takarítanak meg, hanem szakértõkre bízzák a gyártást is. Hozzáértõk szerint a jövõben az autók csak 4−5 egységbõl állnak. Ezek valószínûleg bonyolult darabok lesznek, leginkább változtatható komponensek, minimális helyigénnyel. A költségcsökkentés és a környezetvédelem szempontjait figyelembe véve leszûkül az alkalmazható anyagok köre, pl. az Opelnél a választás a polipropilénre esett, amely jól szerelhetõ és újrafeldolgozható. Az ARVINMERITOR forgalmazó és az alkatrészgyártó PHILIPS a TICONA GMBH-val kifejlesztett egy ajtómodul prototípust (1. ábra). Ehhez egy különleges fröccstechnológiát alkalmazott, amellyel a különbözõ funkciójú elemeket egy lökettel egy fémlapra fröccsönti. A szerkezeti elem tartja az ajtópanel alkatrészeit, mint az ablakemelõt, hangszórót, zárakat. A fenti munkacsoport mûanyag alapanyagként a TICONA által gyártott Hostaform (acetál kopolimer, POM) egy különleges típusát választotta. Az anyag folyóképessége megfelelõ, jó a szilárdság-szívósság aránya és a hõállósága. Az ARVINMERITOR a Smart Roadster sportkocsihoz készített egy tetõt. Szoros együttmûködést alakított ki az
alapanyaggyártó BAYER céggel és a DAIMLERCHRYSLER leányvállalatával, az MCC-vel. Az üvegszállal erõsített kemény poliuretánhab (Baydur STR) felületére extrudálják a polikarbonát-akrilnitril-sztirol (ASA) fóliát. A rétegelt lemez felülete különlegesen fényes és karcálló (2. ábra).
2. ábra. Smart Roadster magasfényû tetõegység (Foto: Bayer MaterialScience AG)
A K 2004-en újabb jelzéseket kaptunk a jövõrõl. A jövõ autója már készül. A felhasznált mûanyagokkal elérhetõ, hogy még kis sorozat esetén is nyereséges a termelés és a létrehozott eredmény találkozik a vevõk elvárásaival. A BAYER azzal számol, hogy a különbözõ komponensek variálása kedvezõ alap a jelen és a jövõ igényeinek kielégítésére. A kiállításon bemutatták a mûanyagok hozzájárulását a modulok tervezéséhez [1]. 2. Hosszúszállal töltött hõre lágyuló polimerek Az autó- és a repülõgép ipari mérnökök állandó igyekezete, hogy könnyebb anyagokat építsenek be termékeikbe, oda vezetett, hogy a hosszúszállal töltött mûanyagok (LFT − Long Fibre Thermoplastics) felé forduljanak. Ezek kisebb sûrûségük mellett egyéb elõnyökkel is rendelkeznek, nagyobb a szilárdságuk, megbízhatóbbak, alkalmasabbak, hosszabb az élettartamuk. A feldolgozás módjával − pl. az ún. közvetlen eljárással (D-LFT) − tovább javíthatók a tulajdonságaik, miközben olcsóbbak is lesznek. 2.1. Napfénytetõk
1. ábra. Arvin Meritor ajtómodul (Foto: Ticona GmbH)
2005. 42. évfolyam, 3. szám
Az autók (Citroën C3 Pluriel, BMW X3, VW Golf, Opel Astra) napfénytetõinek legújabb nemzedéke panoráma kilátást nyújt, új érzéssel tölti el a benne ülõket. A széles látómezõ nem rontja a tetõ stabilitását. A tetõ nyitása egyszerû, a sokfunkciós zsanér és a különleges keret teszi lehetõvé a gyors mozgatást; a másodperc törtrésze alatt elhúzható a tetõ. A keret színét az autóéhoz igazítják, anyaga hosszúszállal erõsített poliamid 66 (TICONA). Ugyancsak a TICONA LFT polipropilén
MÛANYAG
ÉS
GUMI
115
alapanyagából készült a tetõablak egy további alkatrésze, melynél közvetlenül a fémre fröccsöntik a mûanyagot. A tetõablak részei nem csak funkcionálisan, hanem esztétikailag is teljesen kielégítik a szigorú követelményeket, hozzájárulnak a súlycsökkentéséhez, egyszerûbben szerelhetõk, nagyobb a szilárdságuk. A szálak hoszszúsága, mennyisége és orientációja határozza meg a fizikai és hõtani tulajdonságokat. A szálak és a mátrix keverési módját vizsgálva többirányú kutatást folytatnak. Fontos, hogy a beágyazott szálak a lehetõ leghosszabbak legyenek, ne sérüljenek a feldolgozás alatt és a termék kedvezõ körülmények között, alacsony költséggel készüljön. 2.2. Szállal töltött mûanyagok története A szállal erõsített mûanyagok története az üvegpaplanos hõre lágyulóktól (GMT − Glass Matt Technology) az üvegszálas hõre lágyulókon át (GRP − Glass Reinforced Plastics) a mai napig tart. Az elõkészített paplan anyagot általában préselik, de a felhasználástól függõen választható más technológia is. A hosszú szállal erõsített hõre lágyulókat feldolgozhatják hagyományos fröccsöntéssel vagy fröccssajtolással, míg napjainkban a direkt technológia jut egyre nagyobb szerephez. 2.3. A félkész fokozat átugrása Az intelligens D-LFT eljárással elsõnek a présgyártó DIEFFENBACHER kísérletezett, a GMT technológiát inline kompaundálással (ILC) próbálta rövidre zárni. Ebben az esetben a mátrix anyagot, pl. a polipropilént, az adalékokkal és a 20−40% üvegszállal, az összekeverés után közvetlenül a présbe adagolják, ahol ömledék állapotban megkapja a végsõ alakját. Ezzel kihagyják a félkész GMT méretre vágását és elõmelegítését, ami energia megtakarítással, költségcsökkentéssel jár. A múlt század utolsó évében kidolgozott eljárást − a D-LFT és ILC kombinációját − a K 2001-en mutatták be és még abban az évben megnyerték az erõsített mûanyagok mûszaki szövetségének (ARBEITSGEMEINSCHAFT VERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE VEREINIGUNG) innovációs díját.
4. ábra. Hosszú szállal erõsített plasztikátum, megfogó rendszerrel felvéve és kézzel mûködtetett robottal a présbe szállítva
Két külön üzemegységben készítik a terméket. Az egyikben egy hagyományos kétcsigás extruderben ömlesztik meg a mátrix anyagot, általában polipropilént, majd egy követõ kétcsigás extruderben a viszkózus, adalékolt polimerrel nedvesítik az üvegszálakat. Végül a présben adják meg a darab végsõ alakját (3. és 4. ábra). 2004-ben a német présgyártó cég, a FRAUNHOFER INSTITUT FÜR CHEMISCHE TECHNOLOGIE-vel együttdogozva, a párizsi kiállításon mutatta be a legújabb D-LFT/ILC technológiáját. Ez volt az elsõ ajtó, ami megnyitotta az utat a hosszúszállal erõsített mûszaki mûanyagok (PA 6, PA 66, PBT, ABS) alkalmazására. Az optimalizált, közvetlen hosszúszálas technológia, az üvegszál tartalom függvényében, akár 35%-os megtakarítást hozhat a félkész termékek kihagyásával. 2.4. Polipropilén és poliamid mátrix A TICONA ezen eredmények felhasználásával érte el sikereit az üveg-, szén- és aramid szál, ritkábban acélszál töltésû mûszaki mûanyagaival. Celstran márkanevû terméke 12 mm, a Compel 25 mm hosszú üvegszálat tartalmaz (30−60%-ban) polipropilén vagy poliamid mátrixban. Azt a különleges, szabadalmaztatott eljárást, amelylyel ezeket az erõsített polimereket elõállítják pultruziónak hívják. A TICONA fröccsöntéshez, fröccssajtoláshoz, extrudáláshoz, hõformázáshoz és fúváshoz ajánl hosszúszálas termoplasztokat. Hangsúlyozzák, hogy a hõre lágyuló mûanyagok feldolgozásából adódó különbségek csak fizikaiak, míg a hõre keményedõ mûanyagoknál kémiaiak.
3. ábra. Helyi szöveterõsítéssel ellátott hosszú szálas darabból kialakított szerelõlap prototípusa
116
MÛANYAG
ÉS
GUMI
2005. 42. évfolyam, 3. szám
2.5. Természetes szálak A hosszú szállal töltött tartós, nagy szilárdságú mûanyagok tulajdonságait elsõsorban az alkalmazott üveg-, szén- és aramidszál kiválasztása határozza meg. A természetes szál-mûanyag kompozíció, mint a lenrost PPmátrixban, is betört a hagyományos erõsített anyagok közé. A THÜRINGISCHES INSTITUT FÜR TEXTIL- UND KUNSTSTOFF-FORSCHUNG (TITK) kutatásai szerint a 30 mm-nél hosszabb természetes szálakkal töltött kompozitok a szokásos eljárással dolgozhatók fel. Lenrosttal töltött polipropilénbõl autó belsõ felszereléseket készítenek és ezzel segítik elõ elterjedését. Az extrudált, természetes szállal erõsített mûanyagok nagy szabadságot nyújtanak a tervezõknek és a keletkezõ hulladék mennyisége minimális (visszadolgozható). Ennek ellenére ipari elterjedése még nem éri el a kívánatos szintet, ezért a TITK fontosnak tartja más eljárások kidolgozását is, pl. a plasztikálással összekapcsolt fröccssajtolást. A DIEFFENBACHER-FÉLE D-LFT módszert módosítva igyekeznek népszerûsíteni az iparbarát, hosszú természetes szállal töltött anyagokat. Az eppingeni üzemben autó belsõtér-elemek készítésével kísérleteznek lennel és szizállal töltött polipropilénbõl. A teljes szerszámkitöltés elérése és a felületi hibák kiküszöbölése után számíthatnak igazi áttörésre. Az így préselt elemek szilárdsága még nem éri el az üvegszállal töltött kompozitokét, de a tulajdonságok javíthatók a feldolgozási körülmények további optimalizálásával, a szál-mátrix kötés javításával és ütésállóság-növelõ adalékokkal [2]. 3. Mikrocellás habok − költség- és súlymegtakarítás A teljesen habszerkezetû és csak habmaggal rendelkezõ fröccsdarabok már nem újdonságok, részei a mindennapoknak, de a K 2004-en mégis bemutatták a legújabb változatát, a mikrocellás habot. Az anyag- és költségmegtakarítás mellett egyéb elõnyökkel is rendelkezik. A gépkocsigyártásban, repülõgépiparban még kiaknázatlan lehetõségei vannak, csakúgy, mint a mosógép-, szárító- és mélyhûtõ gyártásban. Két, alapvetõen különbözõ eljárással gyártanak hõre lágyuló habokat: fizikai és kémiai habosítással. Mindkét esetben elõször a gáz oldódik a mûanyag ömledékben, nyomáseséssel kioldja a kialakult termodinamikai egyensúlytalanságot, majd habot képez. A kémiai habosításnál a bekevert habképzõ segédanyag bomlásával keletkezik a gáz, míg a fizikai habosításnál a gázt kívülrõl, nagy nyomással viszik be az ömledékbe. 3.1. Habosítás szabadalom A mikrocellás habban a buborékok nagysága mikrométer tartományba esik (átlagos méret 100 mikron). Ha-
2005. 42. évfolyam, 3. szám
gyományos habosításnál pl. széndioxidot használnak poliuretán, polipropilén és polietilén hab készítéshez. Tipikus mikrocellás eljárás a „MuCell” technológia (TREXEL szabadalom). A szükséges feldolgozó gépet egy nemzetközi cég gyártja, de a technológia alkalmazása az amerikai szabadalom alapján történik. A TREXEL eljárással nem csak a darab súlya csökken, de kisebb a szükséges szerszámzáró erõ is, mert a habban kisebb belsõ nyomás alakul ki. A TICONA müncheni telephelyén, 2001-ben létrehozott egy MuCell üzemet, ahol KRAUSS-MAFFEI gépeken fröccsönti a habosított darabokat, így 10−15%-os súlycsökkenést érhetnek el. 3.2. Gyors kristályosodás A MuCell fröccsöntési ciklusa rövidebb, mert a kristályosodás gyorsabb, a fal hõmérséklete alacsonyabb, ennek következtében megnõ a gyártás hatékonysága és csökken az energia felhasználás. Ennek bizonyítására a TICONA Celanex poli(butilén-tereftalát)-ból fröccsöntött egy lapot, amelynél a szerszámfal hõmérséklete 80°C helyett 30°C volt, így a hûtési idõ 40%-kal csökkent. Otto Schönherr, a TICONA munkatársa foglalkozott a MuCell eljárással készült darabok vizsgálatával. A KUNSTSTOFFE folyóiratban közölt cikkében azt állítja, hogy a felhasználók nem fordítanak elég figyelmet a költségtényezõre, amikor az elõnyöket és hátrányokat mérlegelik. Egy új technológia kereskedelmi sikeréhez szükséges, hogy teljes képet kapjanak az elõállított termékek tulajdonságairól. A vevõk kívánsága a kis súly mellett, hogy jól meghatározott mechanikai tulajdonságokat érjenek el. A habosítással maximum 20% súlycsökkenés érhetõ el, a cellák mérete 5−50 mikrométer. A tömör héj és a hab mag egy olyan kompozitnak tekinthetõ, amelyben a mátrix a polimer és a gázbuborékok az erõsítõ anyag szerepét játsszák. Ahogy az várható, a mikrocellás hab rugalmasabb mint az alapanyag. 3.3 Folyásvonalak megelõzése 2004 áprilisában a würzburgi SÜDDEUTSCHES KUNSTa fizikai habosításról rendezett szemináriumot. A mikrocellás habok gyártásában élenjáró SCHRÖDER KUNSTSTOFFTECHNIK GMBH igazgatója, Martin Witulski tartott elõadást a legújabb tapasztalataikról. 2003-tól dolgoznak MuCell technológiával és állandó kapcsolatban állnak a TICONA céggel, valamint összegyûjtik vevõik tapasztalatait is. Hangsúlyozta, hogy a súlycsökkenésen és rövidebb ciklusidõn kívül fontos, hogy a darabok vetemedése és a folyásvonalak csak minimális mértékben vagy egyáltalán nem jelentkeznek. A MuCell eljárás azonban nem automatikusan biztosítja a minõség javulását, egy sor fejlesztésre volt szükSTOFFZENTRUM
MÛANYAG
ÉS
GUMI
117
ség, hogy a feldolgozás simán menjen és a habosítás elõnyei érvényesüljenek.
villamosipari termékek, sportszerek és szabadidõ cikkek gyártására is.
3.4. „ErgoCell”
4.1. A vizes technológia elõtörténete
Az aacheni mûszaki egyetem professzora és az IKV vezetõje, Walter Michaeli számolt be egy másik mikrocellás habosítási eljárásról. A K 2001-en, a DEMAG ERGOTECH által bemutatott „ErgoCell” eljárásnál, az elõzõkhöz képest, más alapelv szerint juttatja be a fizikai habképzõ anyagot az ömledékbe. Ehhez szükség van a plasztikáló csiga és a fúvóka közé beiktatott elemre, továbbá a gyártás csak a TREXEL cég MuCell szabadalma alapján történhet. A német gazdasági és mûszaki minisztérium felkérésére az IKV vizsgálta a különbözõ mikrocellás habosítási módszereket. Ezek alapján közölték: az ErgoCell elõnye, hogy teljesen különválasztja az adagolási, a fröccsöntési és az utónyomási fázist. A polimer adagolás akkor kezdõdik meg, amikor a torlónyomás, a fröccssebesség és hengerhõmérséklet eléri az optimumot. A gázt fokozatosan, nagy nyomáson és akkor juttatják be az ömledékbe, amikor a körülmények teljesen megfelelnek a habosításnak. A fröccsöntés teljes ideje alatt a gázt és a polimert nyomás alatt tartják. Az IKV szerint a MuCell és az ErgoCell hasonló feltételeket igényel, különleges alkatrészek beszerzése szükséges a módszer kivitelezéséhez. Másik hátrány, hogy a berendezés összetettsége miatt a hagyományos gép hidraulikáját és szabályozását át kell alakítani. A feldolgozók ellenállásába ütközik ezeknek a költséges változtatásoknak a véghezvitele. Ez a problematikus eljárás nem jelent volna meg a K 2004-en, ha a fejlesztõk nem lennének meggyõzõdve az egyszerûbb és könnyebb alkalmazhatóságról [3].
1999 elején az IKV-ban a fröccsöntés hatékonyságának növelése érdekében az üreges darabok fröccsöntésére kidolgozták a vízzel segített eljárást. Az ömledék belépését követõen meg kellett akadályozni a víz gõzzé válását. Ezt megelõzõen gázzal (nitrogén) segítették (GIT − Gas Injection Technology) az üreges darabok fröccsöntését, de a víz ennél hatékonyabb hûtõközeg, újra felhasználható és nem drága. Munkatársaik 2002-ben megnyerték a VDI GESELLSCHAFT KUNSTSTOFFTECHNIK innovációs díját és az 5000 eurós „Otto von Guericke Díjat”, ez utóbbi az ipari kutatás terén elért kimagasló eredményeket díjazta. A gázzal segített fröccsöntéshez képest a gyorsabb hûtés mellett az olcsóbb közeg és a vékonyabb fal a vizes eljárás elõnye. A falvastagság csökkenéssel, nagy darabok esetén, 65%-os anyag megtakarítást érhetnek el. Az új technológiát Magdeburgban mutatták be: önkiszolgáló boltokban használatos kocsik kosarát és oldalát fröccsöntöttek. Ez a prototípus az A. SCHULMAN OF KERPEN alapanyaggyártó és a SULOPLAST feldolgozó cég sikeres együttmûködésének eredménye volt. Vetemedésmentes üvegvágó lapok nyelének és hûtõvíz csövek üzemszerû gyártására tettek elõkészületeket.
4. Vízzel segített fröccsöntés A vízzel segített fröccsöntés (WIT − Water Injection Technology) elõnye a csökkentett hûtési idõ és falvastagság. Az IKV a múlt század végén dolgozta ki a gázzal segített fröccsöntés „nedves” változatát a hõre lágyuló mûanyagokra. A feladathoz kialakított fröccsöntõ gépeket bemutatták a K 2004 kiállításon. A BAYER MATERIAL SCIENCE AG nem hagy kétséget arról, hogy az új technológia kész a bevezetésre és ehhez ajánlja a „méretre készített” Durethan poliamidját. Steffen Lang szakértõ szerint, a darabtól függõen a gázos fröccsöntéshez képest 50−70%-kal csökken a ciklusidõ. Az eddigi gyakorlat és a vizsgálatok is azt mutatják, hogy a nagy keresztmetszetû, üreges rúd alakú termékeknél érvényesülnek leginkább a WIT elõnyei. Az elsõdlegesen célba vett felhasználási terület az autóipar, folyadékvezetékek, pedálok, tetõtartók, karfák, ülésvázak fröccsöntése. A BAYER kiterjesztené a bútoripari,
118
MÛANYAG
ÉS
GUMI
4.2. Víz injektálás Az IKV mûszaki közleményében leírta, hogy a vizes fröccsöntés elõfeltétele a víz folyási sebességének növelése és áramlási front kialakítása az ömledék kiszorítására. Az új technológia lényege a víz injektor. Ez a kritikus összekötõ elem a WIT berendezés és a szerszám között. Az aacheni intézet egy kísérlet sorozatot végzett a megfelelõ injektor kialakítására. Szerintük a hidraulikusan mûködtetett fúvóka kielégíti a követelményeket, amennyiben nagy biztonságot nyújt, lehetõvé teszi az ömledékbe hatoló víz automatikus leszívását. A helyes technológia lelke a víz eltávolítása. Az IKV munkatársai a KUNSTSTOFFE folyóiratban leírják a víz behatolási folyamatát, amelynek legalább 20−80 liter/perc sebességgel kell történni, hogy ne képzõdjön se jég, se gõz és nagy nyomás csak a nyomástartási fázisban alakuljon ki. A víz kezdetben bennmaradhat az anyagban, majd késõbb le kell vezetni. További ömledék bejuttatásával lepecsételik a darabot, megkezdve a tartásfázist. Ezzel alakul ki az összenyomhatatlan látszólagos víz-mag, amelyet az ömledék magába zár. A víz eltávolítása vagy összenyomott levegõvel, vagy részleges elpárologtatással történik, a nyomás lecsökkenése után. Az elvezetett vizet szûrik és visszatáplálják a rendszerbe.
2005. 42. évfolyam, 3. szám
4.3. Sorozatgyártás vizes fröccsöntéssel
4.5. Kiválasztott mûanyagok
A vízzel segített fröccsöntésnél gáznyomással juttatják be a vizet az ömledékbe. A sorozatgyártáshoz azonban kívülrõl mûködtetett injektorra van szükség, ami a WIT eljáráshoz igazodik. A hûtõrendszerrel rövidebb ciklusidõ valósítható meg és ez akadályozza meg a szerszám túlmelegedését. A PÖPPELMANN KUNSTSTOFF-TECHNIK GMBH cégnél napi gyakorlat a vízzel segített fröccsöntés és errõl a VDI baden-badeni éves konferenciáján számoltak be. A tömör, 30% üvegszállal erõsített PA 6-ból készített láncfûrész alkatrész hosszú hûtési idõt igényelt, ezért tértek át az üreges darabra, amelyet célszerûen vizes fröccsöntéssel gyártanak.
Néhány alapanyaggyártó kihívásnak tekintette a vízzel való fröccsöntést, pl. a BAYER kifejezetten erre a célra ajánlja a Durethan BKV 30G poliamidot, a Desmopan 487 hõre lágyuló poliuretánt. A Durethan DPZ2224/30-t a folyadékszállító csövekhez fejlesztették ki. Vizsgálták a fent említett anyagok bomlását vizes közegben és mindent rendben találtak, a forró ömledéken nem mutatkoztak degradáció jelei. A BASF AG is viszonylag hamar csatlakozott a vízzel segített fröccsöntéshez. Arra a megállapításra jutott, hogy az általa gyártott poli(butilén-tereftalát), az Ultradur alkalmas a vizes fröccsöntésre. Ajtókilincset és szélvédõ törlõkar prototípusokat készítettek a 30% üvegszál tartalmú Ultradur S4090G6 vagy B4040G6 jelû anyagukból. A WIT-hez szükséges különleges injektort a PME FLUIDTECH GMBH gyártja és a berendezések szervizelését is vállalja. A BASF céggel közösen megtervezett injektor nagyon megbízható, tartós és már kereskedelmi forgalomba kerül. A BASF véleménye szerint, ha egy darab ciklusidejét sikerül a felére csökkenteni, akkor a beruházás költsége egy év alatt megtérül [4].
4.4. Következtetések és kilátások A WIT eljárás kétségtelen elõnyei (gyors hûtés, vékonyfalú nagy darabok) mellett a feldolgozóknak néhány hátrányt is figyelembe kell venni. Ezek közül az egyik a víz maradékok folyamatos figyelése, hogy az ne okozzon korróziót a gépen. A gázzal segített fröccsöntéssel összehasonlítva az injektor és a szerszám bonyolultabb. A víz tökéletes eltávolításához meg kell növelni a ciklusidõt, ami csökkentheti az eljárásból adódó idõmegtakarítást. Az új technológia terjedni fog a jövõben a vastag falú darabok és csövek gyártásánál. A rövidebb ciklusidõ mellett fontos a fal belsõ felületének simasága, optimális geometria és e tényezõk eredményeképp a kedvezõbb áramlási viszonyok kialakulása. Most az alapanyag gyártók feladata, hogy megmondják, melyek a vízzel segített fröccsöntéshez használható anyagok.
2005. 42. évfolyam, 3. szám
Források [1] [2] [3] [4]
www.k.online, Fachartikel Nr. 8. www.k.online, Fachartikel Nr. 7. www.k.online, Fachartikel Nr. 6. www.k.online, Fachartikel Nr. 5.
MÛANYAG
ÉS
GUMI
119
120
MÛANYAG
ÉS
GUMI
2005. 42. évfolyam, 3. szám
