Polimertechnika Polimer feldolgozás Alpár Tibor L.
Szakirodalom • Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.:
A polimertechnika alapjai Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000.
• Bodor G.; Vas L. M.:
Polimer anyagszerkezettan Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000.
• Schwarz O., Ebeling F.-W., Furth: Kunststoffverarbeitung Vogel Verlag, 2009
Technikák • Előkészítés gépei • • •
Száraz keverés
• • • •
Kalanderezés
Ömledék keverés Granulálás
• Gyártás Extrúzió Fröccsöntés Különleges technológiák
Előkészítés I. Keverés
Keverés • Szinte minden termék alapanyaga
összetett keverékből áll. Pl. PVC cső 6-8-féle adalék.
• Adalékok: • •
védő adalékok - valamilyen hatás ellen funkcionális adalékok - valamilyen tulajdonság növelése miatt
Védőadalékok • antioxidánsok - oxidáció ellen • stabilizátorok - öregedés ellen • antisztatikumok - feltöltődés ellen • tűzvédő adalékok • biostabilizátorok • stb.
Funkcionális adalékok • lágyítók • csúsztatók • ütésállóságot javítók • erősítő szálak • habosítók • térhálósodást indítók • kristályosodást indítók • színezékek, stb.
Alapanyagok • A polimerek általában: • •
granulátum,
• • • •
granulátum,
por.
• Adalékok lehetnek: por, folyadék, paszta.
Keverési technológiák • száraz keverés (dry blend) poroknál •
ezt követően közvetlen adagolás a feldolgozógépbe
• ömledék keverés, magasabb hőmérsékleten
•
feldolgozógépbe adagolás előtt
• •
granulálás, szemcsézés granulátum szárítása
Keverési módok • Diszperzív keverés •
kohézív, összetartó komponensek méretcsökkenésével együtt járó intenzív keverés - pl. összetapadt festékpor keverése polimer porba fluid mixerrel,
• Disztributív keverés •
eloszlató, méretcsökkenéssel nem járó, extenzív keverés - pl. ömledék polimerek keverése ikercsigás extruderben
Diszperzív vs. disztributív keverés
méret csökkenés! ! ! ! ! ! ! eloszlatás és eloszlatás
Keverékek •
Kompaund (compound): adott célra összeállított keverék (polimerek + adalékok)
•
Blend: polimer-polimer keverékek, amelyek homo- vagy kopolimerként viselkednek termodinamikailag kompatibilisek
•
Ötvözet (alloy): termodinamikailag összeférhetetlen polimereknél kompatibilizáló adalékokkal - nagyon intenzív keverési megoldásokkal
Száraz keverés
Száraz keverés • Porok, granulátumok keverhetők • • •
gravitációs úton vagy keverő hatású gépelemekkel, mesterkeverékek (masterbatch) készítéséhez
• •
szabadesés elvű buktatott hordó, eltolás elvű keverők, forgatott lapát forgatott edényben, eltolás és repítés elvű fekvő hengerek, örvénykeverő (nagy sebességű centrifugális)
• Porkeverők alaptípusai: • •
Buktatott hordó
Eltolás elvű keverő
Jellemző fordulatszám: 0,1-1 m/s
Eltolás-repítés
Nagy sebességű
Kever berendezések 5
Száraz keverékek kever berendezései
•
Fluid-ágyas örvénykever
Porok fluidizációs keverése:
• • • •
akár 4000 ford./min 5-10 min alatt 100°C szakaszos csatlakozó hűtőkeverő/aprító
Silós keverők • Gravitációs siló • Pneumatikus keverő siló • Vándorcsigás siló • Függőleges csigás siló Kever berendezések
4
Száraz keverékek kever berendezései
4
Függőleges csigás keverő
A keverendő anyagok mérete és sűrűsége közel azonos legyen.
Kúpos keverők
Vándorcsigás High shear
Ömledék keverés
Ömledék keverés • Polimerek és adalékaik megfelelő, homogén keverése csak ömledék állapotban lehetséges.
• A keverő lehet: • •
szakaszos - Banbury keverő - gumiipar folyamatos - extruder (nem csak keverő, hanem önálló feldolgozógépek is!):
• • •
egycsigás ikercsigás bolygócsigás
Szakaszos ömledék keverés
Hengerszék • •
•
Gumiipar, gumiabroncs gyártás Fő gépe a hengerszék:
• • • •
két közeli, de nem érintkező fűtött henger egymással szembe forog eltérő (10%) fordulatszámmal. keverék hőmérséklete: 100-120 °C keverés ideje ~1 óra
Ebből fejlődött ki a kalanderezés technológiája.
Hengerszék és zárt 1: hengerpalást 2: kéregöntvény 3: a hűtővíz furatai 4: forgó szakáll 5: keverékpalást 1: felső kapu (bélyeg) 2: kamrafal 3: keverőkamra 4: rotor 5: hűtővízcső 6: alsó kapu
Banbury keverő • Belső keverés, • • •
két, egymással szembe forgó fűtött, bütykös hengerrel 8-as keresztmetszetű házban.
• Fordulatszám alacsony: 1 ford./ min
• A keverés tulajdonképpen dagasztás (kneader).
• Működése szakaszos.
Banbury keverő
Folyamatos ömledék keverés
Egycsigás extruder • Az extrudercsiga határozott menetszárny
szélességű csavarorsó, amely jól illesztett fűtött hengerben forog.
• A keverés jellegét meghatározza a menetemelkedés.
• Tipikus extrudercsiga: • •
hossza 20-30 x átmérő egy fordulatra eső menetemelkedés = átmérő
Egycsigás extruder csak diszperzív • Nagy menetemelkedés: Kever berendezések keverés (t > D) 7
•
Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruder Kis menetemelkedés: disztributív, alapos keverés (t ≤ D)
Kever berendezések
Egycsigás extruder
Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek
•
•
Hatékonyság növelés csigaprofilokkal, amelyek az anyag-áramlást:
• • • •
lassítják, gyorsítják megtörik, turbulenssé teszik, szakaszosan visszafordítják.
Csiga és hengervégen: üreges anyagátviteli kialakítás
cavity transfer
Kétcsigás extruder • Keverőhatás fokozása: kétcsigás (ikercsigás) extruderrel
• Fekvő 8-as alakú, fűtött házban: • •
egymást nem érintő vagy egymásba hatoló menetszárnyakkal.
8
Kétcsigás extruder
Folytonos ömledék kever berende
• Lehet mindkét esetben: •
azonos irányban forgatott (nagyobb nyíró igénybevétel) vagy
•
egymással szemben forgatott (hatékonyabb anyagtovábbítás) csigákkal.
Kever berendezések
Bolygócsigás extruder 9
Folytonos ömledék kever berendezések 4 Bolygócsigá
a. főcsiga b. bolygócsigák c. fűtött ház d. beadagolás
Bolygócsigás extruder • További hatékonyság növelés. • Központi csiga körül további kisebb csigák. • A kis csigák központival kényszerkapcsolatban forognak.
• A kis csigák kényszer-
kapcsolatban vannak a fűtött házzal is.
• Kis csigák közti térben a legnagyobb a nyírás.
Ko-knéter • Csiga, amely nem csak forog, hanem tengelyirányú oszcilláló mozgást is végez.
• Menetszárnyai 120°-
onként megszakítottak, hogy kikerüljék a henger keverő fogait.
• Igen hatékony
ömledékkeverés.
Előkészítés II. Granulálás, szárítás
Granulálás • A 2-3 mm átmérőjű extrudált szálakat • •
vízfürdőn átvezetve hűtik (szilárdítják), majd szemben forgó késes hengerrel aprítják.
• A granulátumot szárítani kell a tovább feldolgozás előtt.
Granulálók Hideg (szál) granulálás
Meleg (die face) granulálás
Aprítás • • •
Jellegzetesen az újrahasznosítás gépei. Alacsony fordulatszám. Kemény anyagok őrlése nagy kés szám, plasztikus anyagok őrlése 3-6 kés.
U U
documentation Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Options Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a PLC-intelligent operation PLC provides a number 515 of benefits; specific application U Integrated IMD function U
REV-function:
Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kW motor option)
U
U U
240
915 1365
Model
A
B
100-22
220
410
C
D
100-34
340
520 1065 1830
100-46
460
645 1185 1950
945 1710
Aprítás
640 Integrated REV function Records all stops/blockings during operation for evaluation and documentation 100-46 Twin Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application
500
515 640
REV-function:
Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kW motor option)
100-46 Twin 2100
IMD – Integrated Metal Detection
Integrated safety against metal – The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool.
500
1450 2100
IMD – Integrated Metal Detection
Integrated safety against metal – The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes 1100 the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool. 610
1450
150
1330
1100
610
825
825
150
1330
Osztályozás
• •
Rázó szitás osztályozók Görgős osztályozók
Rázószita
Rázószita
Görgős osztályozás
Szárítás •
Gyakran a fröccsgép adagolója egyben szárító is.
•
A higroszkópos műanyagokat (PA, PET, PC, PBT) jelentős nedvességfelvétele miatt, különösen fröccsöntés előtt szárítani kell.
•
A nem higroszkópos anyagokat is szárítani kell, ha pl. a felületükön pára csapódik le.
•
Műanyagipari szárítók:
• •
meleg-levegős szárítók, száraz levegős szárítók.
Szárítás Meleg levegős szárító fröccsgép adagolóhoz
Szárítás Száraz-levegős szárító
3
1. 2. 3. 4. 5.
fűtött anyagtartály anyagszállító harmatpont érzékelő záró szelep fűtés
6. 7. 8. 9. 10.
levegőszűrő ventilátor váltó aktív abszorpciós tartály regenerálás alatti abszorpciós tartály regeneráló szakasz ventilátora mikroszűrő fűtés nedves levegő kifúvása
11. 12. 13. 14.
Adagoló berendezések
Adagolók 17
Adagoló tartály kialakítása, pr
• Jellegzetesen kúpos tartályok • Problémáik: • •
beboltozódás, “patkánylyuk” kialakulása.
• Elkerülésük bolygató vagy
vibrációs berendezésekkel.
Problémák:
Adagolók • Anyagszállítási szempontból lehetnek: • • •
egy vagy két csigás, forgólapátos, egyéb (rezgő, szállítószalagos, forgóasztalos).
Adagolók • Anyagmennyiség kontrollálása szerint: • •
volumetrikus (térfogat szerint), gravimetrikus (tömeg szerint).
Keverő-adagolók
Polimerfeldolgozás
Technológiák Eljárás
[1/sec]
[Pa.s]
[g/mol]
Folyási mutatósz. [g/10 min]
szakaszos
10
10 000
> 106
0,5
Kalanderezés folyamatos
102
1 000
105
1
Sajtolás
Jellege
Nyírósebesség Viszkozitás Átl. móltömeg
Extruzió
folyamatos
103 - 104
100
105
5
Fröccsöntés
szakaszos
104 - 106
100
104
10
Szálgyártás
folyamatos
> 106
10
103
50
Feldolgozás Extruzió Polimer
Fröccsöntés
T [°C]
P [MPa]
T [°C]
P [MPa]
LDPE (kis sűrűségű polietilén) HDPE (nagy sűrűségű polietilén)
125-135 140-170
10-40 10-40
134-145 200-260
20-50 60-120
PP (polipropilén)
185-240
15-40
200-280
80-150
PS (polisztirén) lPVC (lágy polivinil-klorid) kPVC (kemény polivinil-klorid) ABS (akrilnitril-butacién-sztirol kopolimer) PA (poliamid /nylon/) PMMA (poli(metakrilát)) POM (polioximetilén) CA (cellulóz-acetát) PC (polikarbonát) PTFE (politetraflouretilén)
170-200 15-20 160-240 60-150 155-160 10-20 160-170 80-100 160-180 10-20 170-180 100-150 180-200 15-25 180-220 80-120 250-300 15-25 260-320 70-100 160-180 5-10 180-240 50-100 180-200 5-10 180-230 80-140 190-210 15-25 170-210 100-140 250-300 15-25 270-350 100-140 por szinterezés (ömlesztés) 370-400 °C
Recycling •
A hőre lágyuló műanyag termékek gyártása hulladékmentes technológiájú, mivel
• • •
plasztikus alakadású, és a keletkező selejt aprítás után ismét feldolgozható.
A hőre lágyuló műanyag termékek elhasználódás után újra feldolgozhatók.
Gyártás I. Kalanderezés
Kalanderezés anyagai •
Alapanyag: amorf, hőérzékeny, termoplasztikus polimerek, amelyek olvadási hőmérséklet tartománya széles:
• • • • •
kemény és lágy PVC, PVC kopolimerek, ütésálló polisztirol, ABS, cellulóz észterek.
• •
Egymással szemben forgó fűtött hengerek között.
•
Gyártási sebesség akár 100 m/min is lehet.
30-800 μm vastagságú, akár 4 m széles lemezt, fóliát vagy hordozóra polimer bevonat készíthető.
(textil) polimer bevonatot készítünk, •
nagy sebességgel (akár 100 m/perc).
•
Alapanyaga jellemz en amorf h re lágyuló (PVC, PS, ABS) polimer.
Kalander elrendezés
Kalander hengerek elrendezése:
WIY
WLY
WFY
WZY
• • •
3-4-5 henger.
•
F-típus: lágy PVC, mert az L-nél a fóliára lágyító gőzök csapódhatnak le.
•
Z- típus: szövet vagy más hordozó bevonásához.
I-típus: ritka a nehézkes betáplálás miatt.
2
L-típus: előnye, hogy a betáplálás alul, az első fokozatban történik - kemény PVC.
Kalander
• • •
Párhuzamos tengelyű hengerek stabil vázban. Hengertávolság precíziós állítása. Hengerek fűtése egyik végről, meghajtása másik végen.
Kalander
•
Minden henger külön, fordulatszám szabályzású, egyenáramú motorral hajtott.
• •
Átmérő: 600 - 800 mm Szélesség: 2 - 4 m
Kalanderhengerek •
• •
Hengereknek ellen kell állniuk a résben fellépő nagy erőknek:
• • •
hajlítás, torzió, nyomás.
Ezért: nagy átmérő, kemény (500-550 HB), kopásálló felület, rendszerint köszörülve (0,1 μm érdesség) vagy polírozva (0,01 μm érdesség). Korrózió ellen keménykrómozás (PVC esetén).
Kalanderhengerek •
Kalanderezés Hengerek között nagy nyomás → kihajlás
3
lép fel.
Kalanderhengerek:
•
Kompenzálásuk:
•
600/800 mm átmér j
•
2/4 m széles
• • • •
• • •
profilköszörülés (bombírozás),
Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás F t közeg be- és elvezetés
henger tengelyének szögelállítása,
Nagy kopásállóságú (500-550 HB) felület (köszörült vagy polírozott)
visszahajlítás ellennyomatékkal.
Nagy er k lépnek fel a hengerek között: kompenzálni kell!
Kalanderhengerek •
Szögállítás: utolsó előtti henger tengelyének befogása elfordítható elfordítással nő a széleken a rés, kompenzálja a kihajlást.
•
Ellenhajlítás: utolsó henger tengelyét hidraulikusan deformálják.
•
Ezek nem elegendők - utolsó két hengert melegen méretre köszörülik (hordó alakúra).
•
Így 5 μm pontosság érhető el.
Kalanderezés Kalanderezés 4
Kalandersor:
• •
•
4
Kalanderezés Kalandersor:
Kalandersor és szálképződés Szakállképz dés a hengerek között
A polimer a
• • •
Szakállképz dés a hengerek között A polimer a •
mattabb,
mattabb,
•
melegebb melegebb,
melegebb,
•
nagyobb kerületi sebesség
nagyobb kerületi sebességű
hengerre tapad.
g tapad. p hengerre
Gyártás II. Extrúzió
Extrúzió •
A polimerfeldolgozás lefontosabb, leghatékonyabb technológiája, ahol:
•
képlékeny állapotba hozza, majd a viszkózus ömledéket homogenizálja, ae. legázosítja, majd komprimálja, változatlan keresztmetszetű szerszámon keresztülsajtolja, utána lehűtik, és így állandó keresztmetszetű, folyamatos terméket gyárt. Hulladékmentes technológia.
• • • •
• •
Extrúzió termékei • Fólia • Lemez • Szál
Extrúzió termékei • Cső • Többszörösen összetett
üreges termék (ablakprofil)
Felépítés 1. Csiga 2. Plasztifikáló henger 3. Adagoló 4. Hajtó motor 5. Hajtás 6. Fűtőszálak 7. Hőmérséklet érzékelő 8. Nyomásmérő 9. Törőtárcsa 10. Nyomásszabályzó szelep
Csiga zónák
Csigazóna
Funkciók
etető v. behúzó
polimer granulátum betáplálása, ömlesztés kezdete
kompressziós
ömlesztés folytatása, befejezése, sűrítés, homogenizálás
homogenizáló, kiszállító
homogenizálás befejezése, kisajtolás megemelt nyomáson
Extrudercsiga • menetes orsó, • ritka vágású, • nagy menetemelkedés (t ≈ D), • hengerben laza illesztéssel (rés = 0,005 D),
• több szakaszú temperálás (villamos fűtés, és levegő/folyadék hűtés)
Plasztifikáló egység 7
Kompresszió
Plasztifikáló egység = csiga + henger
• Kompresszió = menetárok térfogatának csökkentése:
•
mag átmérőjének növelése Extrúdercsiga részei: (magprogresszív),
•
menetemelkedés szögének Kompresszió elérhet csökkentése (=menetárok térfogatának csökke (szögdegresszív), • Mag átmér jének növekedésével (magprogresszív, ábra)
•
menetszárny •szélesség-növekedéssel M Menetemelkedés t lk dé szögének ö é k csökkenésével ökk é é l (szögdegresszív) ( ö d í ) •
Menetszárny szélesség-növekedéssel
Csiga keverőelemek
Plasztifikáló egység 9
Csiga kever elemei:
9
Csiga kialakítások I. 3 zónás csiga II. magprogresszív csiga 1. behúzó zónában egy-, majd kétmenetes 2. egymenetes, csökkenő menetemelkedésű de konstans menetmélységű 3. egymenetű, rövid kompressziójú 4. egymenetes legázosítós csiga 5. ömledékzónában kétmenetű
Csiga jellemzői • • •
L: csiga hossza
• •
L3: kitoló z. hossza
L1: behózó zóna hossza L2: kompressziós z. hossza D: csiga átmérő
• • •
h2: menetárok mélység 2.
• •
b: menetszárny távolság
t: menetemelkedés e: menetszárny szélessége φ: menetszárny szöge
Különleges csigák, extruderek
ikercsigás oldaladagolóval, ható. Ebben az esetben egy ással, valamint a szükséges va. Az extruder több ilyen az oldaladagoló egységek ben. Az oldaladagolónak a tetsz legesen változtatható sigás el toló egységb l áll, kiépítésben rendelkezik h t
Csiga kialakítások
•
Gáztalanító csiga:
•
a magas hőmérséklet mellett zsdamentes acélból készült volumetrikus nedvesség és egyéb VOC gázok agoló csiga felett elhelyezked kever lapátból áll. A rendelhet . A csigáttávozása változtatható fordulatszámú miatt, ek teljesítménye 0,3 kW. A fordulatszám vezérlése a
•
ységgel lehetséges. Amint a jobboldali ábrán látható, a ynek köszönhet en az adagológaratból könnyen
a gáztalanító szakaszon vákuumos legázosító (eltömődhet),
ítésben 1 db gáztalanító zónával rendelkezik, mely a nnyal rendelkez változat standard kialakításban még kus gáztalanító zónával átalakítható vákuumos Így lehetséges mindkét ztalanítást végezni. szer egy rozsdamentes csonkot tartalmaz, amely van ellátva (lsd. bal oldali er nyitható fed vel, egy el és nyomás-mér vel van egység háza egy gyantamely megakadályozza, hogy a gázelszívás során nek eltömítsék a vákuumpumpa cs vezetékeit. (lsd.
•
ikercsigás oldaladagoló.
Csiga kialakítások
Kever berendezések 7
•
Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek Különleges kiszállítószakaszú csigák (homogenizáló):
•
nem maradhatnak szilárd, fel nem olvadt részek,
•
homogenitást növelő kialakítások a csigák kiszállító szakaszában.
Csiga kialakítások •
Ömledék szétválasztó (Maillefer-) csiga:
•
ömlesztő zónában szétválasztja az ömledéket és a granulátumot - növelhető a plasztifikáló teljesítmény.
•
Ömlesztő zónában második (elválasztó) menet:
• • •
menetemelkedése nagyobb, mint a főmeneté,
a.
kis térfogatú horony ömledékhez,
b.
mélyebb a granulátum ömlesztéshez.
a zóna végére utoléri azt. A kialakított hézagon csak az ömledék jut át.
Csiga kialakítások
követ en 60 HRC fölött van. Ez h mérséklet-tartományig használha
•
•
Moduláris csiga: rendkívül flexibilis, számos anyag feldolgozását teszi lehetővé:
• • • •
rövidebb, hosszabb kompressziójú, dekompressziós, különféle nyíró-, keverő, különböző menetprofilú szakaszok.
Moduláris csigaház: könnyen szerelhető, cserélhető, változatos összeállítás (pl. oldaladagolók, legázosítók)
A kü V m va A K cs és
A teljes ikerfészkes kialakítású kivitelben készül és a rögzít csa kinyitható. Ez a konstrukció könny és a házhoz, mely egyszer síti a tis a csigaház-betétek cseréjét, v kompaundálási-karakterisztika szem
Kétcsigás extruder • Keverési hatásfok,
szállítóteljesítmény
növelése
•
PVC porkeverékek, Plasztifikáló egység 10
fa-műanyag kompozitok gyártása Csigakialakítások •
Egycsigás gy g kialakítás
•
Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás
Ellentétes irányban •
Gáztalanító extrúdercsiga
Azonos irányban
Kétcsigás extruder a. együtt forgó, egymásba hatoló, b. szemben forgó, egymásba hatoló c. szemben forgó, nemegymásba hatoló d. változó menetszárnyak d
Kétcsigás extruder • Ellenkező irányban forgó csigák: • •
egyszerűbb hajtás (egy hajtás + fogaskerék)
• •
nagyobb nyírás,
alacsonyabb nyíróhatás
• Azonos irányban forgó csigák: alaposabb keverés
Kétcsigás extruder • •
Csigák illesztése igen szoros.
•
Az át nem jutott hányad a C alakú részben a csúcs felé kényszerül - kényszeráramlás:
Minél mélyebben nyúlnak egymásba, annál kevesebb anyag juthat át a résen.
• •
kíméletes plasztifikálás, rossz keverés - ezért gyúrótárcsákat iktatnak közbe.
Kétcsigás extruder • Az ikercsigás extruderekben igen nagy a nyomás, ezért:
•
az egycsigásokénál lényegesen nagyobb a szállítóteljesítményük (alkalmasak pl. nagy átmérőjű csövek gyártására),
•
a nagy igénybevétel miatt a tengely elvékonyítása helyett a kompressziót
• •
az alacsonyabb menetemelkedési szöggel vagy a szélesedő fejszalaggal lehet biztosítani.
Kúpos csiga • Szintén a kompresszió növelését szolgálja.
• Jellegzetesen a szálerősített
polimer kompozitok gyártásánál alkalmazzák (pl. WPC)
Gyártás III. Fröccsöntés
Fröccsöntés • • •
Tetszőleges alakú 3D termékek, alkatrészek gyártása
• •
szakaszosan.
zárt szerszámban, nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével, Hulladékmentes technológia.
Szerszámkitöltés •
Kis ömledékviszkozitás oka, hogy az összetett szerszámteret gyorsan és teljesen kitöltse.
• •
Kitöltési idő: max. néhány másodperc.
•
Anyagok:
Gyártható termék méretei a gép függvényében, akár 50 mg ... 50 kg
• • •
termoplasztikus polimerek, duromerek, elasztomerek.
Anyagok • Hőre lágyulók: •
PE, PP, PS, PVC, PMMA, ABS, POM, stb.
•
fenoplasztok, aminoplasztok, melamin-epoxi kombináció, stb.
• Duromerek: • Elasztomerek: •
gumik
Termék létrejötte • Hőre lágyulók: •
ömledék fröccsöntés - szerszámban lehűl
• •
reaktív fröccsöntés (RIM)
•
a térhálósodás magában a fröccsszerszámban
•
relatív kis nyomáson
• Duroplasztok és elasztomerek: kiinduló anyagok: prepolimerek (pl. szilikon és PU esetén két folyadékból)
Alapelve 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 tetszőlegesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag hulladékmentes, képlékeny alakítással, nagy méretpontossággal.
Fröccsgép felépítése Szerszám záró egység
Szerszám felfogó
Szerszám
Adagoló
Vezérlés
Fröccsaggregát
Fröccsöntő gép • A csigadugattyús fröccsöntő gép két fő egysége: •
a hidraulikus záróegység, és
•
a csigás fröccsöntő egység.
Szerszám záró egység • •
Az ömledék igen nagy nyomása nagy felületen érvényesül, Fröccsönt gép részei 0 szerszámzáró egység
így az osztott szerszám részeit összetartó erő, A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfog
(függ leges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízsz vezet oszlop vezeti. Egyes gépeken a szerszámzárás egy nyitott, f alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását hidra vagy (könyökemel s) mechanikus rendszer biztosítja.
•
amelynek 15-20%-kal meg kell haladnia a szerszámüregben kialakuló erőt,
•
már közepes gépeken is meghaladja a 100 t (106 N) záróerőt.
Szerszám záró egység • Álló és mozgó szerszám felfogó lapból áll. • A mozgót 4 robusztus vezető oszlop vezeti. • Ezt a gép ciklusonként zárja, majd annak végén nyitja.
16
Mechanikus zárás Mechanikus Zárás
Arburg K záró egység ARBURG K záróegység
ARBURG K záróegység
17
Hidraulikus zárás Hidraulikus Zárás
19
Arburg C záró egység
Fröccsöntő egység • A fröccsöntő egység a hengerrel a
csigadugattyúval és tartozékaival szintén elmozdul minden ciklusban:
• •
csatlakozás után rázár a szerszámra, majd a befröccs után elszakad tőle.
• Zárás oka: megfelelő ömledéknyomás átadás.
• Eltávolodás oka: a fröccsegység csúcsa fűtött, a szerszám hűtött.
Csiga • Hasonló az extruder csigához, de ez
tengelyirányú (dugattyú-szerű, hátrafelé irányuló) mozgásra is alkalmas.
• A visszahúzódó dugattyúmozgás közben a csiga megömleszti és maga elé tolja a polimert.
• Így nagy nyomás, nagy gyártási sebesség, nagy hatékonyság, nagyfokú automatizáltság valósul meg.
Csiga • Jellemző méretek: • • •
átmérő: 20 - 200 mm L/D: 20 (18 - 25) fordulatszáma: 100 - 250 1/min
Keverőelemek
•
Adalékok, főleg színező anyagok elkeverésére szolgálnak.
•
A keverés lehet:
•
• •
diszperzív (részecskék méretének csökkentése) disztributív (részecskék egyenletes eloszlatása)
A keverő mozgása szerint lehet:
• •
dinamikus (együtt forog a csigával és így kever), statikus (álló, zegzugos kialakításával az ömledéket folyamatos irányváltoztatásra kényszeríti)
Dinamikus keverőelemek Fröccsegység Dinamikus kever elemek, fejek
Fröccsegység Dinamikus kever elemek, fejek
48
Statikus keverőelemek Frö Fröccsegysé ccsegység Statikus kever elemek, fejek
50
Az anyag keveredése statikus kever ben
Fröccsegység Statikus kever elemek, fejek
Folyásnyomok
A beömlés helye
A kever elem alkalmazásának hatása (nem mindig ilyen egyértelm ) integrálható Kever fúvóka,
(Forrás:Sulzer)
Fúvókába statikus kever elem
statikus
keverés A kever beépítve a fúvókába
A kever fúvóka felszerelve a fröccshengerre
Forrás:Sulzer Chemtech
Fröccs ciklus 1. szerszám záródik 2. fröccsaggregát rázár a szerszámra 3. befröccsöntés - a csiga dugattyúmozgásával, majd nyomásfokozás 4. hűtés, közben a csiga forgómozgással hátrafelé mozog és plasztifikál (megömleszti és maga elé tolja a következő adagot) 5. fröccsegység visszahúzódik, elszakad a szerszámtól 6. szerszám nyit, alkatrészt kidob
A fröccsöntés folyamata Zárás& Befröccs&
Hűtés&
Kidobás
Ciklusidő •
A mozgáselemek időszükségletét jól jellemzi példaként egy tipikus, igényes fröccstermék, egy PC (polikarbonát)-ból készült CD lemez fröccsöntésének részadatai: szerszámzárás, aggregát zárás $ $ $ $ 0,84 sec befröccsöntés $ $ $ $ $ $ $ $ $ 0,22 sec utónyomás $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 0,25 sec hűtés$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 2,22 sec szerszámnyitás (+ beömlőcsövek levágása)0,73 sec a kész CD kiemelése (robottal) $ $ $ $ 0,74 sec Összes ciklusidő:# # # # # # # # 5,00 sec
Ciklusidő összetevői •
Szárazfutási idő – gyártó adattáblázata (Euromap 6 szerint mérve, mindig egy előírt mozgási úton), a fröccsöntőgép műanyag nélkül végrehajtott ciklusideje, csak tisztán a gépmozgások.
•
Befröccsöntési idő – általában a csiga mozgási sebessége 100-180 mm/s. A gyártó adattáblázatában a fröccsöntési teljesítményt [cm3/s] és a csigaátmérőt találjuk [mm], az adagolási út ismeretében számítható a befröccsöntés ideje.
•
Hűtési idő – plasztikálási idő – a fröccsöntőgépen a maradék hűlési időt állítjuk be, ami a tényleges hűlési idő és az utónyomási idő különbsége. A maradék hűlési időbe bele KELL férnie a plasztikálási időnek.
Ciklusidő összetevői •
Késztermék eltávolítási ideje – szünetidőnek is nevezik, nagyságát úgy kell megválasztani, hogy a termék biztonsággal el tudja hagyni a szerszámot és ne záródjon a szerszámlapok közé. Tehát a kidobás és a termékkiesés vagy termékkivétel (kézzel vagy robottal) együttes ideje. Nagysága általában 0,3 -1,0 másodperc között van.
•
Mellékmozgások ideje – ez alatt a szerszámmozgásokkal nem párhuzamosan lefutó magmozgásokat és a robotok különleges műveleteit – pl. betétek behelyezése a szerszámba – értjük. Előfordul, hogy nincsenek ilyen műveletek, ekkor nem számít bele a ciklusidőbe.
Két(több)komponensű fröccsöntés •
A kétkomponensű fröccsöntés két Kétkomponens fröccsöntés alaptípusa:
• •
2F (két szín, egymás mellett), 2K (két komponens egymás alatt, szendvics-szerűen)
A kétkomponens fröccsöntés két alaptípusa
5
A fröccs-sajtolás másik, 3 újabb 3 értelmezése szerint a fröccsönt gépb l érkez ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé nyitott szerszámba érkezik. A teljes kitöltéshez elégséges polimer anyagot ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Az így készült termék legnagyobb el nyeaafröccsöntőgépből h re lágyulók esetén is jól A fröccs-sajtolás során érvényesül: az utónyomás egyenletesebb érkező ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé (pl. a nagyfelület , körszimmetrikus nyitott szerszámba érkezik. munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézbentartható, A teljes kitöltéshez elégséges polimer kevesebb anyagot bels feszültséghez vezet.
Fröccs sajtolás
• • •
ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Előnye: az utónyomás egyenletesebb (pl. a nagyfelületű, körszimmetrikus munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézbentartható, kevesebb belső feszültséget eredményez.
Polimer kompozitok
Mi a kompozit? A kompozitok olyan összetett anyagok, amelyek két vagy több különböző szerkezetű és makro-, mikro- vagy nanoméretekben elkülönülő anyagkombinációkból épülnek fel a hasznos tulajdonságok kiemelése és a káros tulajdonságok csökkentése céljából, mivel a kompozitok alapanyaga az erősítő fázis segítségével ér el jobb tulajdonságokat. Az alapanyagot mátrixnak, a többi elemet pedig második (vagy erősítő) fázis(ok)nak nevezzük.
Kompozit • • •
Tervezett tulajdonságú,
• • •
erősítőanyag(ok)ból és
•
kisebb szilárdságú. ám szívós mátrixból.
többfázisú, összetett (több anyagból álló szerkezeti anyag), amely beágyazó anyagból (mátrix) áll. Rendszerint nagy szilárdságú és rugalmassági tényezőjű szálerősítő és
Szál erősítés • Erősítőanyag jellemzően szálas anyag: •
egy irányban jelentős szilárdság növekedés.
• • •
méret-hatás,
• Szálerősítés indokai: fajlagos felület növelése, hajlékonyság.
Méret-hatás •
Az erősítő anyag tönkremenetelét a szerkezeti hibahelyek indítják.
•
Ha ezek számának valószínűsége egy vizsgált térfogatban adott, akkor a vizsgált térfogatú anyagból a leghatékonyabb erősítést akkor érjük el, ha a lehető legkisebb keresztmetszetű szálat képezzük belőle.
•
Üveg- és szénszálak szilárdsága az átmérő csökkenésével nő!
Fajlagos felület •
A fajlagos felület növelése a kompozit tulajdonságait alapvetően befolyásoló határfelületen meghatározó jelentőségű.
•
A rövid szálak l/d (karcsúság) aránya kiemelt jelentőségű.
Hajlékonyság • A vékony szál, mint rúd merevségének reciproka, a hajlékonyság a szál átmérőjének 4-ik hatványával fordítottan arányos.
• A vékony üveg- vagy szénszálak
hajlékonysága (szemben az üvegrúd/pálca törékenységével) lehetővé teszi bonyolult térformájú idomok gyártását.
Erősítő szálak • Üvegszál • Szénszál (karbonszál) • Aramid szál • Polietilén szál • Fémszálak (pl. acélsodrony abroncsban) • Farost/cellulóz
Üvegszál • Szilikát vegyület: SiO
+ fémoxidok kovalens és ionos kötéssel - kvázi polimer. 2
•
Az ömledékből 103 nagyságrendű elemi szálból álló köteg húzható.
• Elemi szálak átmérője ~10 μm. • Felületkezelést igényel: • •
feldolgozás alatti védelem (írezés) biztosítani kell a mátrixanyaggal való határfelületi kapcsolódást (pl. epoxivegyületekkel, szilánokkal)
Üvegszál
Karbonszál • A legnagyobb szén-szén kötőerő a legnagyobb rendezettség mellett a gyémántban van.
• A szénszálakhoz a szén grafitos
szerkezetét hasznosítjuk: a hatszögletű egységekből felépített lamellák síkjának irányában rendkívül magas szilárdság.
• Karbonszál átmérője: 7-8 μm • Egy köteg 40 000 elemi szálat tartalmaz
Gyártása •
Alapanyaga (előterméke) többféle polimerszál lehet - ezt úgy kell elszenesíteni (karbonizálni majd grafitosítani), hogy közben ne égjen el és ne olvadjon meg, és kialakuljon a kívánt szénszerkezet.
•
Jellegzetes alapanyagai:
• • •
poliakrilnitrit (PAN) - Zoltek Zrt. Nyergesújfalu regenerált cellulóz (viszkóz) kátrány alapú szál.
Karbonszál
Aramid szál • •
•
Aromás poliamid szálak nagyfokú orientáció (nyújtás) révén nyerik el nagy szilárdságukat. Para-kötéssel kapcsolódó aramidok:
• • • •
3000 MPa feletti szakítószilárdság 60-120 GPa húzó modulus sűrűség: csak 1,44 g/cm3 pl. Kevlar, Twaron, Technora Meta- kötéssel kapcsolódó aramidok: pl. NOMEX szálakból epoxi vagy fenol kötőanyaggal papírvékony lemez készíthető jellegzetesen méhsejtes felhasználás.
•
Kevlar
Polietilén szál •
Nagy molekulatömegű (106 Dalton UHMWPE) géles oldatból nagymértékű orientáció (nyújtás) révén gyártják: HOPE (highly oriented polyethylene).
• Tömegre vonatkoztatott szilárdsága meghaladja az acélét.
• Hátránya: • •
rossz hőállóság (140°C-on olvad) rossz ragaszthatóság, kötődés.
Farost/cellulóz • Rövid szálak alkalmazása. • Fa-műanyag kompozitok (WPC) • Lebomló biopolimerek (PLA) Cellulóz Természetes fa Természetes gyapot Poliózok Technikai cellulózok Regenerált cellulózok
Átlagos DP 8000 – 10000 14000 – 15000 80 – 200 600 – 2000 200 – 900
WPC
titanic.nyme.hu/~atibor/ATL
[email protected] 20 532 1187
