PVC alapú extrudált habok mechanikai vizsgálata

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIAKI KAR MECHANIKAI TECHNOLÓGIAI TANSZÉK Műszaki Menedzser Szak Technológiai Blokk

PVC alapú extrudált habok mechanikai vizsgálata

Készítette:

Kriston Zsolt S2GHT0

Tervezésvezető:

Dr. Kuzsella László adjunktus

Konzulens:

Dr. Marosné dr. Berkes Mária egyetemi docens

Instruktor:

Nagy András fejlesztőmérnök

Kelt.: Miskolc, 2012-11-23.

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Tartalomjegyzék BEVEZETÉS ............................................................................................................................ 5 1.

IRODALMI ÁTTEKINTÉS ............................................................................................ 6 1.1. A KLÓRTARTALMÚ POLIMER, AZAZ A PVC ANYAGSZERKEZETI FELÉPÍTÉSE ................. 6 1.1.1. Polivinilklorid előállítása ..................................................................................... 8 1.2. PVC FELDOLGOZÁSTECHNIKA ELŐKÉSZÍTŐ LÉPÉSEI, KIINDULÓ ANYAGAI .................... 9 1.2.1. PVC por (homopolimer) ..................................................................................... 10 1.2.2. PVC por (kopolimer) .......................................................................................... 10 1.2.3. PVC porkeverék és granulátum.......................................................................... 10 1.3. PVC LEGFONTOSABB TULAJDONSÁGAI ....................................................................... 13 1.3.1. Fizikai Tulajdonságok ........................................................................................ 14 1.3.2. Termikus tulajdonságok ..................................................................................... 15 1.3.3. Elektromos tulajdonságok .................................................................................. 16 1.3.4. Mechanikai tulajdonságok ................................................................................. 17 1.4. POLIMER HABOK ÉS HABOSÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK ....................................................... 18 1.4.1. Polimer hab ........................................................................................................ 19 1.4.2. A habosítás lehet ................................................................................................ 19 1.4.3. A habosodás folyamata ...................................................................................... 19 1.4.4. Polimer hab termékek gyártása.......................................................................... 20 1.4.5. A habosítási technológiák alapjai ...................................................................... 20 1.4.6. Habosított PVC lemezek ..................................................................................... 22

2.

PVC LEMEZEK ALKALMAZÁSA, GYÁRTÁSA .................................................... 23 2.1. LEMEZGYÁRTÓ EXTRUDÁLÁS TECHNOLÓGIÁJA .......................................................... 24 2.1.1. Lemezgyártó extrudersor felépítése ................................................................... 24 2.1.2. Adagoló-keverő berendezés................................................................................ 25 2.1.3. Kétcsigás extruder .............................................................................................. 27 2.1.4. Szélesrésű lemezgyártó extruderszerszám .......................................................... 29 2.1.5. Kallander hengerek ............................................................................................ 32 2.2. A LEMEZGYÁRTÓSOR VÉGTERMÉKKÉ ALAKÍTÓ EGYSÉGEI .......................................... 35 2.2.1. Az elkészült lemeztermék .................................................................................... 37

3.

MŰANYAGOK HÚZÓSZILÁRDSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA ...................... 38 3.1. MŰANYAGOK SZAKÍTÓDIAGRAMJA ............................................................................ 38 3.1.1. Műanyag szakítódiagramok anyagminőség szerint ............................................ 39 3.1.2. Mérési körülmények ........................................................................................... 40 3.1.3. A húzóvizsgálatból meghatározható mechanikai jellemzők ............................... 41 3.2. MŰANYAGOK SZAKÍTÁSÁRA ALKALMAS ESZKÖZÖK ÉS BERENDEZÉSEK ..................... 44 3.2.1. Elektromechanikus anyagvizsgáló gép............................................................... 44 3.2.2. Általános polimer húzó próbatestek adatai ........................................................ 45

4.

AZ ELVÉGZETT MÉRÉSEK ISMERTETÉSE ......................................................... 46 4.1.

A VIZSGÁLT HABOSÍTOTT PVC LEMEZ ....................................................................... 47 3

Kriston Zsolt

4.2. 4.3. 5.


Szakdolgozat 2013

A VIZSGÁLT KEMÉNY PVC LEMEZ .............................................................................. 47 VIZSGÁLATOKNÁL HASZNÁLT PRÓBATESTEK ADATAI ................................................ 48

MÉRÉSI EREDMÉNYEK, KIÉRTÉKELÉS .............................................................. 50

ÖSSZEFOGLALÁS ............................................................................................................... 55 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................... 55 SUMMARY............................................................................................................................. 56 IDÉZETT FORRÁSMUNKÁK ............................................................................................ 57

4

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

BEVEZETÉS A polimertechnika napjaink műszaki előrehaladásának egyik fontos eleme csak úgy, mint az elektrotechnika, vagy a számítástechnika. A polimerek előállítás, feldolgozás, és felhasználás terén egyre gyakoribbá váltak a mérnöki gyakorlatban. Polimer alapanyagok, és különbféle adalékaik sokszínűek lehetnek. Előállításuk más-más formában történik, ezek feldolgozás-technológiái is különbözőek. Ezért jelent komoly műszaki előrehaladást a polimerek különböző gyártástechnológiáinak fejlődése, folytonos fejlesztések, és különbféle alkalmazások vizsgálata, elemzése. Napjaink gépészeti beállítottságán belül egyre jobban elterjedté válik a fémek, polimerekkel való helyettesítése különböző egyedi és együttes tulajdonságaik miatt. Újrahasznosításuk viszonylag nagy arányban megoldott, mely a Földünk ásványkincsének rohamos fogyatkozása mellett egyre kívánatosabbá teszi alkalmazását különösen, ha figyelembe vesszük, hogy alkalmazása gazdasági szempontokból előnyösebb, mint az évszázados múltú fémipar termékeké. A PVC modern világunk egyik legszélesebb körben

használt

műanyaga.

Ennek

oka

rendkívül

kedvező

tulajdonságaiban

és

tulajdonságainak rendkívül széles körű változtathatóságában rejlik. Jelen szakdolgozatomban a poli(vinil-klorid) (PVC) alapú lemezek gyártásáról, alakíthatóságáról adok átfogó képet, majd a PVC az ipar számára lényeges tulajdonságait és ennek megfelelően alkalmazásai területeit ismertetem. Továbbá, dolgozatom a lemezgyártó extrudersor gyártástechnológiájával előállított poli-vinil klorid bázisú, extrudált habok előállításának rövid technológiai jellemzését, és mechanikai, elsősorban húzóvizsgálatának eredményeit tartalmazza. Az extrudálással előállított PVC habosított lemezek a cellás anyagok, szűkebben a cellás polimer kompozitok népes családjába tartoznak. Ezen anyagok rendkívül kedvező termikus tulajdonságaikról és viszonylag nagy fajlagos mechanikai szilárdságukról ismeretesek. Mindezeken belül a PVC habosított lemezek kitűnnek jó termokémiai stabilitásukkal, tehát tűzállóságukkal és fotokémiai stabilitásukkal, vagyis napfényállóságukkal. Mindezen rendkívül előnyös tulajdonságaik mellett előállításuk nagyüzemi körülmények között is megvalósítható többféle technológiával is. Tulajdonságaik az adalékanyagok, stabilizátorok, folyósító szerek, habosító anyagok segítségével jól kézben tarthatók, előre tervezhetők. Dolgozatomban különböző extrúziós vastagságú és adalékanyag tartalommal rendelkező PVC lemezeket vizsgáltam húzóvizsgálat segítségével, és hasonlítottam össze a húzási tulajdonságokat különböző lemezvastagság és sűrűség esetén. 5

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

1. Irodalmi áttekintés Mi is az a polimer? A polimerek körülvesznek minket mindennapjainkban. A szerves kémia alapvető részeként jelen vannak a természetben, de még az emberi testben is. Legszűkebb értelmezés alapján olyan hosszúláncú szerves vegyületek a kémiában, amelyek tipikusan sok ezer elemi építőegységből, monomerekből állnak. Ezek a monomerek egymáshoz kötődnek elsődleges kémiai kötéssel. A természet így építi fel elemit, például a cellulózt. Gondoljunk a legősibb építő anyagra, a fára, ami tipikus szálerősítésű polimer kompozit. Az emberi szervezetben a legtöbb szénhidrát tartalmú vegyület, fehérjék, izmok, de még a csont is polimer szerkezetű. A legérdekesebb, hogy bonyolult szerkezetű polimerekkel magyarázható a szaporodás, az öröklődés, az egészséget fenntartó immunrendszer, és az azt megtámadó vírusok is. A mérnöki polimerek ezekre a kitűnő természeti példákra támaszkodnak. A fémek anyagszerkezetét összevetve a polimerekével, hasonló összetartó erők kutatásával eredményeket érnek el a fémet helyettesítő polimer szerkezetű anyagok terén. Térjünk ki a polietilén után a legnagyobb termelésű, és felhasználású poli(vilin-klorid)ra. A PVC-ből készült termékek az ipar számára kedvező tulajdonságokkal bírnak [1].

1.1. A klórtartalmú polimer, azaz a PVC anyagszerkezeti felépítése A PVC gyártás kiindulási anyaga a klóretén, ismertebb nevén vinil-klorid. A szintetikus polimerek 90%-ának anyagszerkezeti alapja láncszerkezetű. A legegyszerűbb monomer az etilén két szén molekulája közötti kettős kötés felszakad, és molekulalánc képzésére lesz hajlamos egy másik etilén molekulával. Ha az etilén négy hidrogénje közül az egyik helyére belép egy klór molekula, akkor keletkezik belőle egy vinil-korid molekula. Több vinil-klorid molekula kapcsolódásakor, a kettős kötések felszakadása miatt a következő láncmolekula keletkezik:

1. ábra.

Vinil-klorid molekulalánc általános szerkezeti alakja [2]

6

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Ebben a láncban minden klórral rendelkező CH csoportok közé egy metilén (CH2) csoport lép. Az elrendeződés úgy is létrejöhet, hogy a klórt tartalmazó CH csoportok kettesével rendeződnek, és közbensőként két ilyen csoporthoz metilén molekula kapcsolódik a következő ábra szerinti elrendezésben:

2. ábra.

Avinil-klorid molekulában a CH csoport közéékelődött metilén (CH2) csoport [2]

Az 3. ábrán látható vinil-klorid molekula egy másfajta konformációja az úgynevezett „láb-fej” kapcsolat. A vinil-klorid molekulalánc esetében ez a leggyakoribb szerkezet.

3. ábra.

A vinil-klorid molekula „láb-fej” konfigurációja [2]

Láthatjuk, hogy minden második szénatomhoz tartozik klór. Ezt az elrendeződést a PVC alacsony kristályosodási foka okozza. Monomer lánc leágazása csupán 1%, ami nagy jelentőséget biztosít a PVC kedvező tulajdonságainak, amik miatt részben alkalmazzuk is. A szakítószilárdsága növekszik, ridegsége és üvegedési hőmérséklete nő, oldékonysága csökken. A PVC 56,8(m/m)% klórt tartalmaz magában. Ez a tulajdonsága eléggé hasznos, hiszen a közönséges konyhasóból kinyert klórhoz könnyen hozzájuthatunk, mert elég nagy mennyiségben jelen van (pl. tengervíz). Tengerek só készletei gyakorlatilag kimeríthetetlenek [2]. A PVC egyik legfontosabb tulajdonsága a szerkezeti stabilitása, a vegyi-, fény- és hőhatásokkal szembeni kiemelkedő ellenállása. Hő és/vagy fény együttes ráhatásával a szimpla PVC elszíneződik szürkébb lesz az eredetileg fehér színből, és bomlási folyamatokat is mutat. Sósav hasad le a szerkezetből. Ezt különbféle adalékanyagokkal, stabilizátorokkal kompenzálják. (fémszappanok)

Anorganikus

stabilizátorok

hozzáadásával.

Az

(alkáliák),

adalékanyagok

elkerülhetetlenek [3]. 7

fémorganikus a

stabilizátorok

feldolgozás-technikában

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

1.1.1. Polivinilklorid előállítása A poli(vinil-klorid) amorf, hőre lágyuló mesterséges anyagszerkezetű polimer. Polimerizációval állítják elő a vinil-polimereket, melynek lényege hogy melléktermék nélkül láncreakcióban

jönnek

létre,

úgy

hogy

az

etilén

monomerhez

klórt

adunk.

A monomer vinil-klorid 14°C-on, 4bar nyomáson folyadék halmazállapotúvá válik. Feldolgozása manapság háromféle módon történik (PVC-porgyártás százalékosan): -

szuszpenziós polimerizációval (82%)

-

emulziós polimerizációval (11%)

-

tömbpolimerizáció útján (7%)

Ezek a gyártási műveletek heterofázisúak. Emeljük ki a Szuszpenziós polimerizációt, a legolcsóbb,

leghatékonyabb,

és

legelterjedtebb

eljárást

a

PVC

gyártás

terén.

Egy 130m³ térfogatú, függőleges reaktorban, szakaszos keveréssel állítják elő kb.: 120ford./perc fordulatszámon. A reaktorba 180 rész vizes fázist és 100 rész monomert adagolnak és a segédanyagokat is vízzel táplálják be. A vízben lezajlik a reakció, ami a monomert apró cseppekké oszlatja. Az iniciátort (pl. hidrogén-peroxidot) a vinil-kloridban oldva juttatják a reaktorba, majd a rendszert 5-10bar nyomás alá helyezve, alacsony hőmérsékleten 60°C-on intenzíven keverik, 6-12 óráig, ezt 90%-os átalakulásig folytatják. A keverési folyamat végét, a halmazállapot közelségét jelző nyomáscsökkenés mutatja. A keletkező zagyot majd szeparálják, homogenizálják, szűrik, centrifugálják, és szárítják. Az eljárás során eltávolított víz szerves anyag tartalma jelentős, 2-3g/l. Eredményként egy lisztnél durvább finomságú port kapunk. Ez a folyamatirányítás exoterm reakció. A felszabadult hő kártékony hatású, ezt kézben kell tartani. Jól keverhető vizes közegben kényelmesen megoldható, és reaktivitási szempontból alacsony reakciójú iniciátorok alkalmazása együttesen segíti. Az így készülő PVC molekulatömegét polimerizáció hőmérsékletével, és az úgynevezett ’’Fikentscher” féle K étékkel szabályozzák. A 4. ábrán feltüntetve látható egy hengeres keverős reaktor, amiben a PVC, és sok más polimer is készül. Meghajtása villamos motorral történik, ami jelentős nyomaték leadására képes. Ilyen reaktorokban történik a szuszpenziós PVC, az emulziós PVC, a PP(polipropilén), a PAN(polianikril) előállítása is. A rektor a polimerlánc kialakításának legegyszerűbb gépészeti módja. Vannak azonban további kialakítású technológiai reaktorok is. Sorba kapcsolt keverős tartályreaktorok, cső, csiga, és formaadó reaktorok is [1].

8

Kriston Zsolt


4. ábra.

Szakdolgozat 2013

Kettősfalú (duplikátor), keverős tartály-reaktor [1]

1) villamos reaktor, 2) hajtómű, 3) tengelykapcsoló, 4) tömszelence, 5) tengely 6) keverő, 7) zománcozott autokláv, D) reaktor belső átmérője, H) hasznos magasság

1.2. PVC feldolgozástechnika előkészítő lépései, kiinduló anyagai A polimer portípusok, halmazállapotonként, elegyenként, és általánosított felhasználási területeikként különbözőek. Megkülönböztetünk homopolier, és kopolimer típusokat. Az azonos monomerekből felépülő polimereket homopolimereknek nevezik. Ilyen például a poletilén(PE). Az egymással reagáló kémiailag különböző molekulákból felépülő polimereket kopolimereknek nevezik (főláncban négynél több monomer helyezkedik el). Ilyen például a polietilén-tereftalát(PET).

9

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

1.2.1. PVC por (homopolimer) Emulziós polimerizálásnál az oldódást segítő víz emulgeálószert tartalmaz. A Vinilklorid és a vízben oldódó iniciátor együtt, a polimerizációs elegy legfőbb része. Stabil vizes diszperzió alakul, belőle szűréssel és szárítással nyerik ki a PVC port. Könnyebben dolgozható, de nedvesség érzékeny. Pasztafeldolgozás az alap felhasználási területe. Szuszpenziós eljárásnál védőkolloidos vizet alkalmazunk, vinil-klorid és vinil-kloridban oldódó iniciátor a polimerizációs elegy legfőbb része. Keverés megszűnésekor a por, szemcsék formájában leülepszik. Centrifugálással, mosással és szárítással nyerik ki a szemcséket. Nedvesség érzékenysége kisebb, mint az emulziós társáé. Emiatt kemény termékek gyártásra alkalmas. Tömbpolimerizációs eljárásnál vinil-kloridból csak iniciátorral, víz hozzáadása nélkül nyerünk tömb PVC-t. Ennek feldolgozása főleg üreges testek gyártására terjed ki [4].

1.2.2. PVC por (kopolimer) Más nevén Bakelit. A Vinil-klorid és a vinil-acetát kopolimerjeiből épül fel. Alacsonyabb hőmérsékleten

dolgozhatók

fel,

ugyanis

alacsonyabb

a

lágyuláspontjuk,

mint

a

homopolimereké. Nagyobb az ütőhajlító szilárdságuk, nagyobb a nyúlásuk, de növekvő hőmérsékleten kisseb az alaktartásuk. Alkalmazása például vinil-azbeszt padlóburkolók [4].

1.2.3. PVC porkeverék és granulátum A gyártó cégek különböző alkalmazási területeinek speciális igényeit kielégítve választanak alapanyagot. Fontos, hogy adott alakadási ismeretek mellett kezdhetünk hozzá különbféle polimer termékek előállításához. Legtöbbször elkerülhetetlen alaplépés a polimereknél a keverés. A PVC törzsanyagba különbféle adalékok keverhetőek, ezáltal érhetjük el a számunkra kedvező anyagtulajdonságokat. Többféle házasítás lehetséges. A többkomponensű tulajdonságjavított törzsanyag továbbkerül a tényleges alakadási technológiába, ami lehet extrudálás, kallenderezés, fröccsöntés. Az adalékok lehetnek szemcsés vagy por alakúak, de paszta vagy folyadék halmazállapotúak is. Két keverés típusú technológiát különbözetünk meg a polimertechnikában, amik a következőek: [5] -

Dry-blend, azaz száraz porkeverés, és

-

magas hőmérsékleten ömledék keverés. 10

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Előbbit szobahőmérsékleten extruderbe, fröcsöntőbe helyezik. Utóbbi közvetlenül lehűtés nélkül kerül a feldolgozóba. Nem kizárt esemény azonban, hogy újragranulálni, szemcsésíteni kell a keverékeket. Ezekkel a gépekkel, amik a keverést véghezviszik, a vegyipari gépészet foglalkozik. Keverések kémiai reakciójukat tekintve lehetnek; diszperzív, ami intenzív komponens méretcsökkenéssel járó, vagy disztributív, eloszlató extenzív keverések. Jellegzetes elnevezések közé tartozik a polimertechnológiában, a kompaund, és a blend kifejezés. Adott célra összeállított keveréket és granulátumot kompaundnak nevezzük. A blend kifejezés két különböző polimerből összeálló rendszert jelent, nem figyelve azt, hogy létrejött-e kapcsolat a különböző alkotórészek között. Pl.: a polisztirol és a poli-fenilénoxid keveréke homogén blendet képez. Keverésre felhasználjuk a gravitációt és a szabadesést. Az egyszerű eltolás elvű keverők és silók, lassan forgó mechanizmusokkal vannak ellátva. Az 5. ábra mutatja a PVC por száraz keverésére tipikusan alkalmazott keverőgépet a fluoridágyas örvénykeverőt [1].

5. ábra.

Örvénykeverő alapelve [1]

A keverőben szakaszos nagy sebességű forgás hatására a lebegő szemcsék centrifugálisan áramlani kezdenek. Alapvető laboratóriumi kialakítása néhány literes, és 1000ford./perc feletti

fordulattal

bír.

Ipari

kialakítása

1-10m3,

50m/s

kerületi

sebességű.

Nagy fordulat miatt súrlódás lép fel, hatására 100°C-ra felmelegszik a keverék, és könnyedén beépülnek (bediffundálnak) a PVC porba az adalékok. Ezt követően a keveréket eloszlatjuk, majd kinyerjük. Sikeres keverés elve, hogy a keverni kívánt anyagok összetételben, méretben és sűrűségben hasonlóak legyenek. Hasonlóképpen működik a kétfokozatú örvénykeverő, amelyben egy felső fűtő keverő, majd egy alsó hűtő keverő egység található egyazon gépkialakításban. Nagy ipari méretekben azonban függőleges hengeres silókban történik a 11

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

keverés. Ezek több m3-es kialakításúak. Gyakran alkalmazott kivitele a függőleges keverő csigás siló. Amely lehet alsó és felső betöltésű. Mindkét betöltési változatban felfelé hordja a központi csiga a homogén keveréket. Sikeres keverés elve, hogy a keverni kívánt anyagok összetételben, méretben és sűrűségben hasonlóak legyenek. Különböző keverőkialakítások pneumatikus vagy mechanikai elven működhetnek. Például gravitációs siló, vándorcsigás kúpos siló, sűrített levegővel működő, kialakítások. A vándorcsigás silóban például forgó, és bolygó mozgást egyidejűleg végez a csiga. Azonban lehet ömledék állapotban is polimereket keverni, egyéb keverőcsigás mechanizmusokkal. [1]. Amint azt tudjuk adalékok segédanyagok döntő jelentőségűek a PVC tulajdonságaiban. Kereskedelmi forgalomba hozatala por állagban, vagy granulátum formában történik. A granulátum 2-5mm méretű, lencseszerű vagy henger alakú szemecskékből áll. Az exturdálási eljárásból kijövő polimer szemcsézése granulálása több technológiával lehetséges. Legegyszerűbb, az extruderből kijövő, még viszkózus képlékeny zsinórszerű polimert, vízfürdőn átjáratva megszilárdítják, majd szembeforgó késes hengerrel darabolják, felaprítják [6].

6. ábra.

A granulálás alapelve [6]

a) extrudált zsinórok, b) behúzó hengerek, c)szembeforgó késes henger, d) granulátum Az ömledék-keverés, és az aprítás történhet egyidejűleg többszörösen összetett gépben is. Itt kétcsigás keverő extruderben indul a keverés. Majd egy speciális kialakítású kapcsolaton keresztül az extrudált anyag belefut a granuláló egységbe, ahol az aprító-szerszámot vizes permetezéssel

hűtik,

hogy

a

granulátum

szerszámra

tapadását

megakadályozzák.

A granulátumot szárítani is kell, ezt legtöbbször egy tálcás melegítőszekrényben valósítják meg. A szárítást továbbfokozva előnyösen úgy oldják meg, hogy a granulátum száradása, 12

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

és az ezzel megegyező előmelegítési fázis egyidejűleg történik. Eztán az extruderbe adagolási fázis következik tölcséres kialakítású úgynevezett ’’etetőkön” táplálókon keresztül. A Granulátum feldolgozásainak előnye, hogy a keverő granuláló berendezések üzemeltetési költségei és helymegtakarításai kedvezőek. Hátránya azonban, hogy egyes típusok csak speciális meghatározott feldolgozásra képesek. Előrehaladás érdekében egyre több olyan gépészti megoldással találkozunk, hogy a gépen a keverés, granulálás, szárítás, adagolás egyszerre történjen meg, ne kelljen külön gépekben az egyes fázisokat elkülöníteni egymástól. A reaktív keverők, és reaktív extruderek ilyen téren fejlődő tendenciát mutatnak.

1.3. PVC legfontosabb tulajdonságai Alapvetően a PVC tulajdonságairól tudnunk kell, hogy az egyik legrégebben és legszélesebb körben alkalmazott műanyag. Széles termékskálája lágy és kemény termékeket ölel fel. Energia- és szénhidrogén szükséglete más polimerekhez képest alacsonyabb. Ökológiai előnye pedig bizonyos eseteken belül a többszöri felhasználhatóság, hosszú élettartam. A kemény PVC előnye, hogy merev, ütésálló, méretmegtartó, és önkioltó tulajdonságokat tudhat magáénak. Hátránykényt említhető a mély hőmérsékletű ridegsége, és fényérzékenysége. Lemezeknél ezeket a problémákat adalékokkal, segédanyagokkal csökkentik vagy meg is szüntetik. A kemény PVC alkalmazásai, a már említett lemezképzés ezen belül válaszfalak, homlokzatburkoló elemek, ablakprofilok kiépítése, számottevően az építőiparban, van jelen. Az adalékok (stabilizátorok, feldolgozás-javítók, lágyítók, töltőanyagok, színezékek, stb.) biztosítják azt, hogy az alkalmazási terület által meghatározott tulajdonságú termékeket lehessen készíteni. Védő adalékok (hatások ellen); -

antioxidáns (oxidáció)

-

stabilizátor (öregedés)

-

antisztatikumok (feltöltődés ellen)

-

láng, tűzálló adalékok

13

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Funkcionális adalékok (növekmény ellen); -

lágyító, csúsztató, feldolgozás segítő

-

ütésállóság javító,

-

töltőanyag, szálerősítés

-

habosító, térhálósító

-

kristályosító, gócképző

Műszaki célra használt kemény PVC tartalmaz; -

stabilizátort (hasadásgátlót a HCL miatt)

-

csúsztatóanyagot (géphez tapadás gátlót, belső szerkezet tapadás gátlót)

-

kopolimert (ütésállóságának javítása miatt)

-

lágyítót

-

töltőanyagokat, színezékeket,

-

égésgátlót, stb.

1.3.1. Fizikai Tulajdonságok A PVC általános fizikai tulajdonságait az alábbi táblázat mutatja: 1. táblázat. PVC általános fizikai tulajdonságai [1] kPVC adatai

Fizikai tulajdonságok

Mértékegység

Sűrűség

g/cm3

1,40

Kristályosság

%

0

Vízfelvétel 50%

%

0,04

Telítettségi vízfelv.

%

0.25

(kemény)

Sűrűség: A megömlesztett PVC tömör sűrűsége 1,41g/cm3. A szemcse folyadékban mért sűrűsége azonban belső porozitás szerint ennél alacsonyabb. Adalékok döntően befolyásoló szereppel bírnak a sűrűségi értékekre. Ez lágy PVC esetén általában 1,19-1,32g/cm3 között változik [7]. Vízfelvétel: Értékét az emulgeátor szennyezők jelenléte befolyásolja. Szuszpenziós PVC porok vízfelvevő képessége elhanyagolhatóan alacsony [7].

14

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Térfogatsúly: Egységnyi térfogatú lazán szórt por súlyát takarja, g/l-ben kifejezve. Előnyös a nagy térfogatsúly, mert rendszerint nagy keverő és feldolgozógép teljesítményt biztosít. Befolyásolja azonban a statikus feltöltődés, általa látszólag csökken a mért térfogatsúly. Ipari szuszpenziós porok 450-550g/l közötti értéket mutatnak. Teljesítmény meghatározó tényező a kész keverék térfogatsúlya, amely az adalékokkal és a keverési technológiával függ össze [7]. Szóródékonyság: A gépek adagolásánál fontos. Az a legkisebb szitalyuk átmérő adja, amin még a por átesik. 1-10sec/400m3 érték közé esik. Jól szóródó porok szóródékonysága 1-3 közötti értéket mutat. Nedvességtartalom és statikus feltöltődés befolyásolja [7]. Lágyítófelvétel: A feldolgozhatóság mértékét adja. A lágyítóval készült porkeverék szárazabb voltát, jobb szóródékonyságot, jobb és gyorsabb keverhetőséget és feldolgozhatóságot jelent. Kiegészítésként szükséges a melegen való szárazra keverési idő, és a melegen lágyító abszorcitív kapacitás meghatározása, valamint a homogén ömledékképzéshez szükséges idő meghatározása. Utóbbi adatokat csak empirikusan tudjuk átvinni a gyakorlatba [7]. Illóanyagtartalom: Nagy problémákat okozhat a termékben. Üregek, felületi hibák jelenthetnek meg. PVC-ben maradó víz és vinil-klorid mértéke adja az illóanyagtartalmat. Ez olyan 0,3% alatti értéket jelent szuszpenziós porokban [7]. Átlátszóság: Iniciátor és diszpergátor maradványok befolyásolják a színét, átlátszóságát, feldolgozhatóságát, hő-stabilitását. Alacsony védőkolloid tartalmú szuszpenziós PVC porokkal kapható termék átlátszósága egészen jó [7]. 1.3.2.

Termikus tulajdonságok

A PVC általános termikus tulajdonságait az alábbi táblázat mutatja; 2. táblázat. PVC általános termikus tulajdonságai [1] kPVC adatai

Termikus tulajdonságok

Mértékegység

Olvadási hőm.

°C

165

Üveges átalak. hőm. (Tg)

°C

80

HDT hőállóság (1,8MPa)

°C

70

Tartós hő-terhelhetőség

°C

60

Lineáris hőtágulás Tg alatt

10-4K-1

0,7

Szerszámzsugor

%

0,3

15

(kemény)

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Hő-stabilitás: Vizsgálatok alapján meghatározható különböző hőmérséklet értékeken, tartományokban. Nagy hőmérsékletnek kitett vizsgálat során tapasztalhatjuk, hogy az anyagból, sósav leadás történik, és a termék elszíneződik. A stabilizátor igény, illetve a stabilizátor típus választása fontos tényező a kívánt tulajdonságok elérésében, problémák elkerülése érdekében. A kemény PVC üveges átmenete 80°C körül. Azonban, elmondható, hogy a PVC üvegesedési hőmérséklete változik. Ezt a változást is adalékokkal lehet javítani. Fajhő

gyakorlati

értéke

0,24J/kgK.

Hőkiterjedés

átlagosan

6,10-5W/mK

értékű.

Hővezetőképessége, 3,46*10-4m2/sec [7].

1.3.3. Elektromos tulajdonságok A PVC általános elektromos tulajdonságait az alábbi táblázat mutatja: 3. táblázat. PVC általános elektromos tulajdonságai [1] Elektromos

Mértékegység

tulajdonságok

kPVC adatai (kemény)

Villamos ellenállás

Ohm cm

1016

Dielektromos áll. (50-10 MHz)

-

3

Diel. veszt. tény (50-10 MHz)

-

0,015

Térfogati, felületi ellenállás, dielektromos állandó és veszteségi tényező a hőmérséklettől, adalékok és azok tulajdonságaitól, minőségeitől, emulgeátoroktól, a termék felhasználó körülményétől függően más és más értéket mutatnak. Átütési szilárdsága például lágyító hozzáadásával csökkenthető. Átlagos értéke: 51,18 KV/mm.

16

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

1.3.4. Mechanikai tulajdonságok A PVC általános mechanikai tulajdonságait az alábbi táblázat mutatja; 4. táblázat. PVC általános mechanikai tulajdonságai [1] kPVC adatai

Mechanikai tulajdonságok

Mértékegység

Szakító szilárdság

MPA

60

Szakítási nyúlás

%

30

Húzó rug. modul.

GPA

2,5

Hajlító modulusz

GPA

2,0

Ütőmunka 23%

2

240- nem törik

2

5

kJ/m

Ütőmunka23% hornyolt

(kemény)

kJ/m

A rideg PVC átlagosan 40–80MPa közötti szakítószilárdsággal rendelkezik, alakváltozása a szakítás folyamata során kismértékű. A szakadás folyamata során fellépő nyírási folyás térfogatcsökkenéssel is jár. A szilárdságot a másodlagos kötések határozzák meg. A PVC mechanikai tulajdonságát is szintén az adalékok szabályozzák, ezáltal változtatható, de a mólsúly, és a mólsúly eloszlás is befolyásoló szerepet játszik. A PVC rugalmasságát lágyító bevitelével

széles

tartományban

lehet

változtatni,

valamint

kopolimerizációval,

alkalmazásának megfelelően. Rugalmassági modulusza függ a hőmérséklettől, vizsgálati módszertől és annak sebességétől. A modulusz idő függését a molekulák úgynevezett relaxációs folyamata okozza, amelyek hőmérséklet növelés hatására erősödnek. Mechanikai csillapítása hőmérséklet növekedés hatására csökken, hidegfolyási tulajdonsága pedig hamarabb lejátszódó folyamatot eredményez. Nemcsak rugalmasságot és keménységet, hanem az összes többi mechanikai tulajdonságot is befolyásolja a lágyító használat. Hasonló lágyítók között a szakítószilárdság és a keménység azonos, lineáris tendenciát mutat. Hűtésnél a rugalmassági modulusz nő, törékenyebb lesz. Azok a lágyítók, amelyeknek viszkozitása kis hőmérsékletfüggést mutatnak kisebb törékenyedési hajlamot mutatnak. Hőállóság egyik legalapvetőbb problémája, hogy nagy hőmérséklet hatására lassan elillan a lágyítótartalom a PVC termékből. Ezért kifejlesztettek alacsonyabb illékonyságú adalékokat, amik meggátolják a dekompoziciót. Súlycsökkenés is felléphet, ennek kiküszöbölésére megfelelő stabilizátorok, antioxidánsok adagolása szükséges. A kemény PVC önkioltó tulajdonsággal bír. Éghető lágyítók bevitele csökkenti ezt a tulajdonságot, 25% alatt még megtartják önkioltó 17

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

tulajdonságaikat a termékek. Ezen szint felett lángállóság érdekében, nem gyulladó lágyítók bevitele meghatározott. A felsorolt technológiai jellemzők kihatnak a termék minőségére, a kitolási teljesítményre. és a szerszámban mind az anyagáramlást, mind a készterméken megmaradó hullámosodást is befolyásolják. A töltőanyagokat elsősorban költségcsökkentő szerepük miatt alkalmazzák. Elérhető előnyeik az opaktság, elektromos tulajdonság javítás, nagyobb keményedés, UVfényállóság, felületi fényszabályozás, karcállóság, ’’plate-out’’ fémre ragadósság és tapadás gátlás. Általában a töltőanyagok rontják a tulajdonságokat. Gondos odafigyeléssel, megfelelő mennyiség beadásával tudjuk kompenzálni hatásukat. A magas töltőanyag-tartalmú keverékek extrudálása során különösen figyelni kell: – a betöltésre és a levegőztetésre, – a szárazkeverék plasztifikálására, – a csigák kopás elleni védelmére.

1.4. Polimer habok és habosítási technológiák Polimerekből a legkülönbözőbb megjelenésű és tulajdonságú habokat lehet előállítani: a hab szerkezete lehet nyitott vagy zárt cellás, habot lehet készíteni hőre lágyuló és térhálós polimerből, és a hab mechanikai tulajdonságai a gumiszerűtől a keményhabig a teljes rugalmassági modulusz skálát lefedhetik. Nagy jelentőségük van az integrál, vagy struktúrhaboknak, ahol egyetlen technológiai lépés során alakul ki a termék belső habszerkezete, amely a külső felületek felé haladva fokozatosan tömörré válik. Az integrálhabokkal a termékek vastagsága és hajlítómerevsége növelhető anélkül, hogy a termék tömege megnőne. Bár habot szinte az összes hőre lágyuló polimerből lehet készíteni (legismertebb talán a PS hab, „Hungarocell”), a térhálós polimerekből készített haboknak napjainkban még nagyobb a jelentőségük. A 7. ábrán látható a két cellaszerkezet mikoroszkópos felvétel alatt [8].

18

Kriston Zsolt


7. ábra

Szakdolgozat 2013

Nyitott illetve zárt cellák [9]

1.4.1. Polimer hab Olyan kétfázisú rendszer, amelyben statisztikus eloszlású, változó méretű gázbuborékok találhatóak polimer mátrixban. Szinte az összes hőre lágyuló polimerből lehet habosított terméket készíteni, a legismertebb: PS („Hungarocell”), PE („Polifoam”). Térhálós anyagok közül a legismertebb a PUR hab [9].

1.4.2. A habosítás lehet • Mechanikai • Kémiai • Fizikai [9]

1.4.3. A habosodás folyamata • Buborék inicializálása • Buborék növekedése • A hab stabilizálása [9]

19

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

1.4.4. Polimer hab termékek gyártása •Extrudálással, •Fröccsöntéssel •Zártszerszámban habosítás

1.4.5. A habosítási technológiák alapjai Ahhoz hogy habos lemezt kapjunk alapvető lépés, hogy az anyagszerkezetbe gázképző habot kel jutatnunk, ami kialakítja a kívánt szerkezetet sűrűségcsökkentés céljából. A habot képező gáz előállítási módja szerint hét fő habosítási eljárást ismerünk. Kémiai habosítószerek („hajtóanyagok”). A kémiai habosítószerek finom eloszlású porok, amelyeket szárazon a polimerhez kevernek. Extrudáláskor, fröccsöntéskor, vagy egyéb feldolgozási művelet során hő hatására a habosítószer elbomlik, miközben (típusától függően) CO(szénmonoxid), CO2(széndioxid), N2(nitrogén), vagy NH3(ammónia) gázok keletkeznek. A finom eloszlású por, mint a buborékképződés gócképzője is kifejti hatását. A kémiai habosító típusok között találunk 110°C-on bomló, és 400°C-on bomló vegyületeket is [1]. Gázinjektálás. Gázinjektálás során nagy nyomással N2–t, vagy egyéb gázt juttatnak a feldolgozó gépben ömledék állapotban levő polimerbe, az extruder, vagy a fröccsöntő gép hengerébe. Amint a polimer elhagyja az extruder szerszámot, illetve fröccsöntéskor bekerül a fröccsszerszámba, a külső nyomás lecsökken, így a polimerben levő nagyobb nyomású gáz kitágul, és kialakítja a polimerben a hab-szerkezetet. Ennél az eljárásnál is szükséges gócképzőkkel elősegíteni a buborékok kialakulását [1]. Gázfejlesztés a polimerizáció során. A tömör poliuretánok feldolgozásakor izocianátot, és poliolt kevernek össze sztöchiometriai arányban. Ha kismértékű izocianát felesleget használnak, és egy kevés vizet adnak a poliolhoz, CO2 gáz képződik, és a poliuretánban kialakul a habszerkezet [1]. Gőzképződésen alapuló módszer. Szintén a poliuretánoknál használt technológia, amely a polimerizációs reakció hőjét hasznosítja. A reakcióelegyhez (poliol és izocianát) alacsony forrpontú folyadékot (klórmentes Freon, pentán) kevernek. A felszabaduló reakcióhő elgőzölögteti a folyadékot, ami létrehozza a habszerkezetet. A polimerizációs reakció kinetikáját (katalizátorokkal) úgy kell szabályozni, hogy a képződő polimer viszkozitása 20

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

kellően nagy legyen, mielőtt az összes folyadék elpárologna. (Kis viszkozitású folyadékból nem lehet habot képezni!) Az egyenletesebb póruseloszlás elérése céljából a rendszerhez felületaktív anyagot (többnyire szilikon olajat) is adnak [1]. „Habverés”. Kaucsuk latexnél alkalmazott technológia. A háztartási habveréshez hasonlóan, mechanikusan

kevernek

levegőt

a

kolloid

tulajdonságú

polimer

latexhez.

A keletkezett habot kivulkanizálják [1]. Adszorbpciós módszer. Finom eloszlású adalékanyagok (pl. korom) a felületükön jelentős mennyiségű gázt képesek megkötni, adszorbeálni. Melegítés hatására az adszorbeált gáz felszabadul, és kialakítja a pórusos szerkezetet [1]. Habosítható

gyöngyök.

A polisztirol habgyártásnál alkalmazott

módszer. A két

legelterjedtebb megoldás szerint alacsony forrpontú folyadékot (pentán) adnak közvetlenül a sztirol szuszpenziós polimerizációjakor utólag a polimerhez. A termék különálló apró gyöngyökből

áll

(a

polimerizációs

eljárást

„gyöngypolimerizáció”-nak

hívják).

Felmelegítéskor a meglágyuló polimert a pentán gőzei felhabosítják [1]. Ma már szinte mindenfajta műanyagot lehet habosítani a tömegcsökkentés és a tulajdonságok módosítása céljából. Az utóbbi években kifejlesztett, fizikai habosítószerekkel végzett habfröccsöntést több változatban kínálják a gépgyártók. A habosítás előnye a szükséges anyagmennyiség csökkentése és számos új tulajdonság megjelenése vagy a meglévők pozitív változása. Ilyen a kis sűrűség, a jó hő- és hangszigetelő képesség, a mechanikai rezgés csillapítása, a csekély vízgőzáteresztő képesség, esetleg a kisebb nedvességfelvétel. A műanyaghabok szerkezeti felépítésük szerint lehetnek nyílt és zárt pórusúak, vagy ún. Integrálhabok, amelyeknek a belső rétege habszerkezetű, felületük azonban tömör műanyag. Sokféle műanyag habosítását végezhetik extrudálás vagy fröccsöntés során [10]. A habszerkezetet kémiai vagy fizikai habosítószerrel alakítják ki. A kémiai habosítószerek (hajtóanyagok) por vagy granulátum formájú vegyületek, amelyek a feldolgozás hőmérsékletén gáz alakú bomlástermékek (legtöbbször szén-dioxid vagy nitrogén) keletkezése mellett elbomlanak, és ezek a gázok alakítják ki a cellás szerkezetet. A kémiai habosítószerek hátránya, hogy viszonylag drágák, és kevésbé kívánatos melléktermékek is maradnak az anyagban. A fizikai hajtóanyagok inert gázok vagy a feldolgozás hőmérsékletén gáz alakú anyagok, amelyeket extrudáláskor vagy fröccsöntéskor ún. 21

Kriston Zsolt

szuperkritikus


állapotban

közvetlenül

a

műanyag

ömledékbe

Szakdolgozat 2013

vezetnek.

Fizikai

habosítószerekkel könnyebb, homogénebb szerkezetű habokat lehet gyártani, jobb a gyártás biztonsága, és ezek a szerek olcsóbbak is. A habosítószert az adagolószivattyú fúvószelepen keresztül nagy nyomással injektálja az ömledékbe. A gázmennyiséget a hab kívánt sűrűségének megfelelően állítják be. A gázt a csiga mozgása oszlatja el az ömledékben, homogén eloszlását a diffúzió is segíti. A hengerben a nyomást fenn kell tartani a keverék fúvókán át történő kilépéséig, nehogy idő előtt meginduljon a habosodás. Amikor a keverék kijut a szabadba, a hirtelen nyomáscsökkenés következtében bekövetkezik a habosodás. A keverékbe vitt gócképző ezt segíti, és jelenléte révén egyenletesebb lesz a habszerkezet [10].

1.4.6. Habosított PVC lemezek A normál PVC habosított lemezek, a habosított lemezek tulajdonságainak megfelelve alacsony sűrűségének köszönhetően könnyűek. Az extrudálással előállított PVC habosított lemezek a cellás anyagok, viszonylag nagy fajlagos mechanikai szilárdságukról ismeretesek. Tulajdonságaik az adalékanyagok, stabilizátorok, folyósító szerek, habosító anyagok segítségével jól kézben tarthatók, előre tervezhetők. Felületük finoman struktúrált. A lemezek kiváló hang és hőszigetelő tulajdonsággal rendelkeznek. Nehezen éghetőek, önkioltóak. Minden a fém és faiparban használt általános szerszámmal könnyen megmunkálhatóak. Kiváló tulajdonságaiknak köszönhetően a felhasználási területük köre rendkívül széles, alkalmazásuk gazdaságos. Előnyeik; az alacsony súly, költséghatékonyság, problémamentes feldolgozhatóság, ragyogó fehér szín, sima, egyenletes, finoman struktúrált felület, önkioltó képesség, alacsony vízfelvétel, vegyi anyagokkal szembeni ellenállóság, időjárásállóság. Felhasználási területeik; reklámtáblák, kiállítási falak, szitanyomás, digitális nyomtatás, stb. Iparban vezérlő szekrények és asztalok, elektrotechnika, stb. Építőiparban falburkolás, szendvics panelek, bel- és kültéri dekorációk, stb. A habextrúzióval gyártott PVC építőipari profilok és lemezek a piac mintegy 10%-át teszik ki. Az eljárással akár 60%-ot is meghaladó fajlagos sűrűségcsökkentést lehet elérni. Az utóbbi években egyre nagyobb vastagságú lapokat állítottak elő. A PVC habextrúziós feldolgozásánál alapvető követelmény a hajtóanyag homogén bedolgozása és a pontos hőmérséklet-eloszlás betartása, hogy a nagyméretű és vastag lemezek teljes terjedelmükben azonos minőségűek legyenek. [11].

22

Kriston Zsolt


8. ábra

Szakdolgozat 2013

Lemezminták habos kivitelekben

2. PVC lemezek alkalmazása, gyártása PVC lemezek alkalmazási köre rendkívül széles spektrumú. A lemezek alakítási tulajdonságai közé tartoznak például, hogy hőformázhatóak, hajlíthatóak, vághatóak, laminálhatók, nyomtathatóak, vákuum-formázhatóak és hegeszthetőek. Legtöbb esetben olyan helyen alkalmaznak PVC lemezeket ahol nagy a korrózió, és a kémiai reakciók ráhatása a környezetre. Ugyanis bizonyos típusok, szobahőmérsékleten több kémiai vegyületnek ellenállnak. Aztán kedvező mechanika tulajdonságok terén is alkalmazandók, például az ütésállóságuk kedvező nyílászáróknál, egyéb lemez profiloknál. A lemezek profilozási alakadásnak is alávethetők legtöbbször vákuumformázó eljárásban. Zajos környezetben ahol a hallás károsodhat kiváló hangszigetelést is el lehet velük érni. Hőszigetelő tulajdonságaiknak köszönhetően, válaszfalként, térelválasztó-elemekként kerülnek felhasználásra. Kiváló fényáteresztő képességekkel is rendelkezhetnek kialakítás szerint, sok helyen váltották fel az üveg tulajdonságait [12]. Az 1mm-nél vastagabb lapokat a műanyagiparban lemeznek nevezzük. Lemezeket kemény és kopolimer PVC-ből, valamint lágyított PVC-ből is készítenek. Féltermék, merevlemez extruziója, gyártási technika terén elkülönül a fóliagyártástól. Régebben fóliákból, rétegeik egymásra sajtolásával értek el egyre vastagabb felületet, ezáltal lemezt. Név szerint, etázs-sajtókon, ami több melegíthető és hűthető szerszámlapokból áll. A fejlődő technika újabb fejlesztést igényelt. Legismertebb eljárás vált elterjedté, a lemezgyártó extrudálás, ami lentebb részletesen kielemzésre kerül.

23

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.1. Lemezgyártó extrudálás technológiája 2.1.1. Lemezgyártó extrudersor felépítése A leggyakrabban használt lemezgyártási eljárás, lemezgyártó extrudersoron történik, szélesrésű szerszám segítségével, amit a 9. ábra vázol. Az adagolóberendezéstől kezdődően, a kétcsigás extruderből széles résű extruderszerszámba vezetve, onnan kilépve, kallander hengereken keresztül átkerült anyag eléri végső lemez formáját. A kallander hengerek közül a lemez, görgős asztalra rávezetve levegőn történő hűtés hatására már nem képlékeny, és azon továbbhaladva szobahőmérsékletre hűl, ezután lehet védőfóliával ellátni. Lehúzó hengerektől továbbhaladva végső alakítások szükségesek a lemeztermék kívánt műszaki paramétereihez. Egy széllevágó berendezésen, ami lehet fűrész vagy éles késszerű korong, a lemez két szélét levágják megadva ezzel a szélességi méretét. Vastagság függvényében szintén fűrész, vagy lemezvágó olló darabolja a kívánt hosszúságra. A keletkezett fűrészport egy gravitációs tároló berendezés elszívja. A kész lemezterméket oldalra eltoló adagolóberendezés raklapra adagolja. Habos és síklemezek ugyanezen főbb lépéseken végighaladva nyerik el végső, lemeztermék formájukat. A főbb lépéseken kívül eltérő technológiai pontok persze vannak, elvégre két különböző termékről van szó. Megkülönböztetünk habos, és síklemez gyártó extrodersort.

9. ábra.

Lemezgyártó extrudersor vázlata [13]

24

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.1.2. Adagoló-keverő berendezés Az extrudersor legelső fázisát, ami egyben a legfontosabb, az adagolóberendezés és a bele táplált alapanyagok alkotják. Egyszerre gravitációs adagoló, és keverő egységként használatos. Úgynevezett Wankel technológiával működik, ami lényegében annyit tesz, hogy két lépcsőben négy tölcsérszerű betápláló egység található. Ehhez még kapcsolható a színezést elősegítő pigment adagoló. Ezek összecsatlakozva az extruder bevezető nyílása előtt található keverőbe futnak, ahol az előírt adalékok százalékos összetétel szerint keveredve juthatnak be az extruder gyúrócsigái közé. Legfelső tölcsérekbe vákuumképző szívóhatással jut be az alapanyag. A silóból a benne lévő PVC por az egyik választott felső tölcsérbe szívódik. Hasonlóképpen szívással töltődik meg a többi felső adagoló is, csak a silóval ellentétben az extruder mellett található állványra helyezett kalodákból. A felfüggesztett kalodák zsákszerű tárolók, miknek alját kinyitva egy üstszerű tárolóedénybe ömlik a hozzávaló, amit csöveken keresztül megfelelő adagban szívnak a tölcsérekbe. A három tölcsér lemeztermék

függvényében

alkalmazható

például

törzskeverékek,

darálékok,

vagy

habosítószerek adagolói lehetnek. Egy elektromos szintérzékelő jelzi a felső tölcsér telítettségét ennek hatására egy a tölcsér alján található tölcsérzáró kinyílik, és továbbömlik az alatta lévő tölcsérbe az adalék. Itt már csak kalibrált mennyiség lehet. A mennyiséget elérve a beömlesztő fedél visszazár, és újra megindul a szívás a felső tárolóba. A kalibrált adag csigás adagolón keresztül jut el a keverőegységbe ahol találkozva, a többi adalékkal bejut az extruderbe. A pigmentet adagoló berendezés szintén kalibrálást igényel. Az adagolókban jelzett mennyiségeket egy az extruder mellett található kapcsolószekrényben elhelyezet kijelző mutatja. Az adagolók kalibrálása automatikus, az anyagkihozatal függvényében. Ezen a kijelzőn egyszerre több funkciót is meglehet jeleníteni például a kallander hengerek és lehúzó hengerek sebességét, szerszám és csiga hőfokokat, stb. 10. ábrán látható egy komplett adagoló.

25

Kriston Zsolt


10. ábra.

Szakdolgozat 2013

Gravitációs adagoló egység [13]

Külön receptek taroznak az egyes termékekhez. Más és más, házasításokkal, adalékok bekeverésével érhetünk el megfelelő tulajdonságokat. Törzskeverék tartalmaz különbféle stabilizátorokat,

csúsztatókat,

emulgeátorokat,

tapadásgátlókat,

égésgátlókat,

szilárdságfokozókat, feldolgozás javítókat, lágyítókat, antioxidánsokat, antisztatikumokat, stb. Ezek segítségével nyerik el a lemezek például önkioltó, vegyianyagálló, vákuumformázható, időjárásálló, alacsony vízfelvevő, kedvező mechanikai, stb. tulajdonságaikat. Habosított PVC lemezeknél törzsanyag, PVC por, selejt darálék, valamint habosítószer használatos. A habosító lehet szilárd illetve folyékony kivitelben is. Mindkettő név szerint pl.: Tramaco típusú. A folyékony habosító egy külön keringetővel és kalibráló egységgel ellátott tartályból csövön keresztül kerül az extruderben. Általában 10mm vastagság feletti lemezeknél használatos. Hozzá, ha szükséges még külön pigment is társul színezésként. Kemény PVC lemezeknél PVC por, törzsanyag, olykor törzsanyag helyett selejt darálék, kerül az adagolókba. Lehet azonban 100% törzsanyag, vagy darálék, arányban víztiszta őrlemény. Itt is, ahogy a habos lemezeknél a színválasztékhoz pigment adagoló is működik.

26

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.1.3. Kétcsigás extruder Extruder részegységeit talán érdemesebb a meghajtásnál kezdeni. Egy villanymotor hajtja meg fogaskerekeken keresztül az osztóművet, ami a két csigás kialakítás miatt szükséges. Extrudercsiga lényegében egy menetes orsó nagy menetemelkedéssel. Háromfázisú kiépítést igényel. Etető zóna, ide csatlakozik az adagolóberendezés, ide zajlik a betáplálás. Kompressziós sűrítő zóna, ömlesztés folytatása, homogenizálás. Kiszállító zóna, kisajtolás megengedet nyomáson. Az utolsó, kiszállító zóna fontos paramétere a csigavég technológiai kialakítása. Gyakran kúpos végű előtte törőrésszel ellátott (szakzsargonban kukoricás) végződésű, az adapter minél pontosabb táplálásához. Az ömledék keverésénél két csigás kialakítással az extruder keverési hatásfokát, és szállítóteljesítményét lehet növelni. A kétcsigiás extruder önálló feldolgozógépként, és keverő funkciót megvalósító eszközként is működök. Jelen esetben ezt a két műveletet egyidejűleg hajtja végre. A 11. ábrán látható egy kétcsigás kialakítás és a csigák körül található ömledék vezető csatorna. Az egymás mellett lévő csigák forgásiránya ellentétes. Általában szorosan helyezkednek el egymásban, hogy a két csiga között kevesebb anyag tudjon áramolni a tökéletes átdolgozás megvalósításának érdekében. Az anyag tehetetlenségénél fogva kénytelen a csigacsúcs felé áramolni. A csigán gyúrótárcsák is elhelyezkednek, a folytonos menet megszakításával, elősegítve a keverési mechanizmust és a kívánt minőség elérését.

11. ábra.

Kétcsigás kialakítás [13]

27

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

A csigákat az egyes szakaszain villamos fűtésnek vetik alá. Legtöbbször hat hőmérsékleti fűtő zónát találunk az extrudereken. Ezek hőfokai az extrudálás irányába folyamatosan csökkennek. A zónák között találunk még azonban egy vákuumképző egységet is. Ez az egység arra szolgál, hogy a csigák gyúrásából adódóan keletkezett gőzöket illetve gázokat, valamint szennyeződéseket elszívják. Szabadon hagyott nyíláson a kezelő látja az anyag haladását a szerkezetben a csigák között. A nyílás lezárásával rákapcsolható a vákuum. A gyúrócsigák eljutatják az ömledéket a csigavégre csatlakoztatott szűkítő adapterbe (szakzsargonban eilov). Adapter végén kör keresztmetszetű csatlakozás található a szerszám rákapcsolása végett. Fontos szempont az adapter hőmérséklete is ezeket becsatlakoztatott érzékelők közlik a gépkezelővel. Az összes, a technológia szempontjából fontos adatokat például hőmérséklet, anyagkihozatal, csigasebesség, szinkronállítás stb., a kezelő állítja be az extruder mellett található kapcsolószekrény, nyomógombokkal ellátott panelján. Termék függésében más és más adatok szükségesek. A kezelő a termelésirányítótól kapott műveletutasítás adatait kell betáplálnia a kontrollerbe, szabályozván a gyártást. Mindkét lemezterméknél a kalodák cserélésére is figyelnie kell a folytonos anyagellátás, és előállítás érdekében. A 12. ábrán látható egy Krauss-Maffei típusú eszterga, egykét helyen burkolatok nélkül a részegységek szemrevételezhetősége érdekében.

12. ábra.

Krauss-Maffei extruder az adagolóval [13]

28

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.1.4. Szélesrésű lemezgyártó extruderszerszám Továbbhaladva az extrudersoron az adagolók, az extruder, és az adapter után a leglényegesebb pont csatlakozik, a szerszám, ami lemezformát ad az anyagnak. Ez az un. szélesrésű extruderszerszám. Az adapter kör keresztmetszetű anyagáramát kell leszűkíteni és egyenletes síkban szétteríteni, alakítani tovább akár 2 méter széles és 15mm-nél is vastagabb lemezfelületté. Kibocsájtásnál nagyon fontos a megfelelő nyomás alatt tartás az anyaghibák elkerülése miatt. Ezen szerszám egyenletes felületű, vastagságú, és elhúzódásmentes lemez készítésére alkalmazható. Egyenletes lemezminőség alapfeltétele az egyenletes sebesség, állandó anyagáram a szerszám minden pontjában, ezt szabályozza még az ajakrések előtt lévő torlóléc (szakzsargonban gát). Fontos, hogy a szerszám széles rését hogyan állítjuk be, milyen pontosan, és finoman. Ezt a pontosságot a két szerszámajak beállításával tudjuk szabályozni. Vastagság növeléséhez akár 90db csavart is be kell állítanunk, ez azonban szerszám méret függő. Két oldalról az ajakrések külön fűtést is igényelnek, melynek megvalósítása egy bevezetett csövön keresztül történik a szerszám két végén, amiben fűtőolaj cirkulál. Ez a temperálás. Külön alsó és felső ajaktemperálást igényelnek a szerszámok mindkét szélen, ez a legalapvetőbb hőmérsékletszabályozás a folytonos anyagáram miatt szükséges. Az alsó és felső ajkak maguk is cserélhetők, külön-külön ha szükségessé válik, az elhasználódás, az anyagbeégés, stb okok miatt. 14 hő érzékelőt csatlakoztatnak a szerszámokra alul-felül, amik adatait a gyártást irányító már említet panelon, az extruder egyéb adatai mellett, külön funkció jelenít meg. A szerszám széle felé haladva egyre magasabb hőfokok szükségesek szintén az egyenletes anyagáram miatt. Például az adapternél 145°C-tól indulva a széleket 175°C-ot állítunk be. Szerszám méretek is változóak ezek a méretek lemeztermék szélesség függőek. A 13. ábrán látható egy ilyen extruderszerszám összeszerelt állapotban rajta az említett állítócsavarokkal, ajaktemperálókkal, hőérzékelőkkel.

29

Kriston Zsolt


13. ábra.

Szakdolgozat 2013

Lemezgyártó extruderszerszám [13]

Az extruderszerszám szélességében, az extrudálás irányában nézve például 1250, 1350, 1500, 1700, 2150, 2250mm-es szerszám is lehet. Szerszámokhoz persze az említett ajkak külön tárolva megtalálhatók, beszerelhetők, felcsavarozhatók. A ,,vállfa’’ kialakítást akkor láthatjuk, ha a megállások során alkalmazott kijárató, minimális begyúródását engedve majd szerszámba megkötődve, egyszerűen kiemelhető belőle. Szükséges hozzá a levegőn hagyott, illetve azon történő hűlés is a szerszámszétszedést követően. Ugyanis minden ilyen extruderszerszám daruval kettévehető konstrukciójú. Felbontható alsó, és felső részre. Mindkét részében megtalálható az elosztócsatorna. Egymásra helyezve a két rész alakadó felülete között halad az anyag. Az elosztócsatorna tökéletes a két rész megfelelő passzos illeszkedésénél. Melegedésből adódóan az összeszerelő csavarokon fokozatosan húzni kell. Az elosztócsatorna úgynevezett ,,vállfa” formájának kialakítása a legkritikusabb. Két konstrukciót különböztetünk meg, kör keresztmetszetű elosztócsatornás, és a négyzet keresztmetszetű elosztást. Utóbbi korszerűbb, és egyszerűbben kivitelezhető. A ,,vállfa’’ alakú elosztócsatorna két konstrukciója a 14. ábrán látható magyarázattal.

30

Kriston Zsolt


14. ábra.

Szakdolgozat 2013

Szélesrésű szerszám elosztócsatornája felülnézetben (két változat) [1]

A) körkörös elosztócsatorna, B) négyszögszelvényű elosztócsatorna Habosított PVC lemezeknél légbuborék-képződést kell elérnünk. Már a szerszám ajak kialakítását úgy helyezzük el, hogy torlódást idézzenek elő az anyagban. Alsó és felső ajkak felülete összezárva folyamatosan közelít, szűkül egymáshoz. A torlódást követően az adalékokban kezd beindulni a habosító levegőbuborék képzése. Tehát lényegében már itt kezdődik az eltérés a habos illetve síklemezek technológiai pontjai, lépései, termékkiépítései között. Kemény PVC síklemezeknél az ajkak érintkezése, kialakítása a szerszám szája felé úgy néz ki, hogy a felsőajak anyaggal érintkező része teljesen sima. Az alsó ajak azonban egyfajta torlódást elősegítő emelkedő (szűkülő), a végén azonban a felső sima felülethez illeszkedő kialakítású. Ez a konstrukció keménylemezek gyártásánál elkerülhetetlen ugyanis így kerülik el a levegősödést. Ezáltal egyenletes felületet, és keménységet érünk el.

31

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.1.5. Kallander hengerek A Kallander hengerek lényegében hűtő-fűtő hengerek. Lemezgyártó extrudersorban például három hengert egymáson függőlegesen elhelyezkedve találunk. Olykor az alsó és középső henger rései között elhelyezett három-három egymáson lévő vízszintes hengerrel. Funkciójukat tekintve a lemeztermékek egyenletes sima felületét adják meg. Sebességükkel, és egymás közötti résükkel lemezvastagságot szabályoznak. Hűtő-fűtő folyadék található bennük, amik a lemezgyártásnál hely szerint az alsó alacsonyabb, a középső köztes, a felső magasabb hőmérsékletet tulajdonít magának. Az alsó és középső hengernél belépve úgy fűzzük be a lemezeket, hogy a felső hengerről haladjon tovább. Csatolhatóak hozzá más hengerek is illetve fóliatárolók. Ezek a kasír, és a lamináló fóliák lemezre történő rávezetéséhez szükséges hengerek. A kallander hengerek együtt kezelhetőek, egy a sor vége felé található lehúzóhengerekkel is, de csak sebességben. Valamint mozgatható a hengersor és a görgős továbbító egység előre és hátra. Egy a hengerekhez tartozó kontroláló szekrényen tudjuk változtatni nyomógombok segítségével, például a rések növelését csökkentését, előre hátra mozgatást, stb. Az extruder mellet található kijelzős vezérlőn szintén állíthatóak, a lehúzó egységgel együtt, például a hőfokok és sebességek. A 15. ábrán látható egy kallander hengersor. A képen látható állapotban egy a síklemez előállításhoz használatos hengersor látható.

15. ábra.

Kallander hengerek [13]

32

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

A kötél segítségével befűzött lemezt lassítani, gyorsítani kell, a csigák anyagkihozatala a kallander hengerek és a lehúzóhengerek sebességének függvényében. Ezek a végtermék szempontjából lényeges lépések. A hengerek továbbítása után a hozzájuk csatlakoztatott, velük

együtt

előre

hátra

mozgatható

görgős

asztalra

kerül

a

lemeztermék.

Itt szobahőmérsékletre hűl, és már csak alakadási munkálatok szükségesek. A 16. ábrán a lemez extrudálását és hengerlését mutatja, valamint közvetlen utána a 17. ábrán a felülről továbbított görgős asztalú levegőn hűtés látható.

16. ábra.

17. ábra.

A PVC lemez hengerek közé fűzése

Levegőn történő hűtés görgős továbbítókkal

33

Kriston Zsolt

Kemény


PVC

síklemezeknél,

a

keménylemez

Szakdolgozat 2013

előállításához

összeszerelt

extruderszerszámból rögtön fűzzük a hengerek közé a még képlékeny lemezeket. Azzal a céllal, hogy teljes vastagságában számottevő hűtés nélkül elérjék a keménységet, egyenletes felületet. Hőfokonként alulról felfelé, például 75, 80, 85°C-okat állítanak be, ez azért növekszik, hogy meggátolják a hengerre tapadást. Az alap keménylemez nem különösebben igényel egyéb formálást. Vannak azonban úgynevezett kasírozott, és laminált fóliával ellátott változatú keménylemez termékek is. Habosított PVC lemezeknél a haboslemezekhez szükséges ajkakkal beszerelt szerszámból rögtön hat darab hűtőhenger közé kerül a lemez. A hűtő egység alul-felül három hengerből áll. Bennük hűtővíz cirkulál. Ennek a hűtőegységnek a feladata, hogy a habosodó lemezen két szilárdabb réteg képződjön alul illetve felül. Köztük pedig a habosodó anyagszerkezet megmaradjon. Ez után a lépés után a három kallander henger játszik szerepet. Például 65, 70, 75°C-ok felfelé haladva a hengerek hőmérsékletei, rátapadás gátlás érdekében. Méretfüggően folyékony vagy granulátumszerű habosító alkalmazandó. Időigényes, és nagyobb odafigyelést igényel. Ugyanis a lemez nem megfelelő beállítások nélkül összeeshet, ami annyit tesz, hogy a habosított réteg a két szilárdított réteg között veszít vastagságából. A 18. ábrán látható egy haboslemez exturdálás oldalról. A nagy hengerek elé rögzített hűtőhengerek a vízbevezető csövekkel, és a megszokott görgős továbbítás.

18. ábra.

Haboslemez extrudálás 34

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.2. A lemezgyártósor végtermékké alakító egységei A továbbító görgőn lefutott lemez szobahőmérsékletre hűlt. Ezt követően már csak annyi a teendőnk, hogy kialakítsuk a kívánt lemezterméket méretire. Több alakadó. korrigáló részegységbe kell bevezetnünk a lemezt. Funkciójuk külön-külön vezérlést karbantartást igényel. Azonban kívülről egy teljes egységnek tűnnek. Ezek sorban a következők; 

Vastagságmérő berendezés



Védőfólia biztosító



Lehúzó hengerek



Daraboló egység



Fűrészpor elszívó és tároló



Rakatoló egység

A Vastagságmérő berendezés egy érzékelővel ellátott páztázó berendezés. Elindul a lemez bal oldalától, (az extrudálás irányában nézve) és elkezd pozitívból a nulla érték felé számolni. Mikor elérte a lemez közepét nulla értéktől mínusz érték felé számol. A széresrésű szerszámokon is megtalálható a nulla érték középen. Az érzékelő kijelzőn mutatja, hogy hol vastagabb illetve véknyabb a lemez. A kezelő ezáltal tudja beazonosítani a szerszámon, hogy melyik helyen kell az állítócsavarokon húzni vagy engedni. A levágott lemezmintán átlagvastagságot nézve és mérve, valamint a kijelző adatai is mind rendelkezésre állnak az állításokhoz. Található még továbbá a mérőegység felett egy fényérzékelős kamera, ez jelzi majd a rakodóegységnél sípoló hanggal, ha valamilyen hibát talál a felületen. Legyen az bármilyen szennyeződés, anyaghibából adódóan például lyuk, fóliahiba, stb. A kívánt vastagság elérése után Védőfóliával látják el a majdnem kész lemezterméket. Egy fóliatárolóról lehúzzák a fóliát levezetve a lehúzó hengerek közé, úgy hogy a lehúzó hengerek között rásimuljon. Folyamatosan fogy a védőfólia a lemez sebességével együtt. Cserélni kell daru segítségével. Lényeg hogy megvédje a felületet a károktól, szennyeződésektől. Olykor írásos magyarázatképpen pluszban ragasztós csíkfólia is kerül rá. A Lehúzóhengerek összeköttetésben állnak a már említett kallander hengerekkel. Együttes feladatuk a lemez sebességének beállítása, tartása. Két pár lehúzó összezárásával a közéjük befűzött védőfóliával ellátott lemez két szélét levágják. Haboslemezeknél pengével kb 3mm-es vastagságig. Keménylemezeknél pedig egy kör alakú késsel. Ezek a vágóberendezések a két lehúzó hengerpár között találhatók. Itt található még egy festékfújó berendezés is, ami a védőfóliára rányomtatja a lemez nevét és méreteit. 35

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Daraboló egység felépítésében két széllevágó körfűrészből, egy daraboló körfűrészből, és egy lemezvágó ollóból áll. A paramétereket az egység mellett található vezérlőszekrény panelján lehet betáplálni. Szélességi, hosszúsági méreteket. Ezen méretek függvényében a fűrész, vagy olló pozícionálható. Ahogy a lemez továbbítódik a görgőkön megfelelő vastagság és felület elérése után általában filcel elhelyezett jelölés után látja, a darabolót, és rakatolót vezérlő munkás, hogy mehet a termékre a védőfólia, valamint tovább a raklapra. Lemezvastagság függő, hogy fűrész vagy olló szükséges a daraboláshoz. 3mm-nél vastagabb habos lemezeket már daraboló fűrész vágja méretre, alatta azonban az olló (szakzsargonban giotin). Keménylemezeknél 2mm-ig olló, e méret felett pedig fűrész darabol. Selejt érkezése esetén kisebb méretekre darabolják szükségszerűen a lemezeket és munkások teszik félre raklapra,

hogy

onnan

targoncával

a

darabolóba

juttatva

ledarálódjon,

valamint

újrahasznosítódjon egy következő ugyanolyan termékben. El kell távolítanunk egy Fűrészpor elszívó és tároló egységgel a fűrészport. Fontos, hogy a keletkezett por ne kerüljön a termékre, ugyanis akkor nem felelne meg az elvárt előírásoknak. Lényegében háztartási porszívóhoz hasonlít csak monumentális kivitelben és sok-sok porzsákkal. Motoros meghajtású nagy erejű szívóerő kiszívja a fűrészek köré erősített burokból a port, állított porzsákokba. Ezeket a porzsákokat megrezegteti egy rezgető gép és a por a gravitáció hatására lepereg a részegység aljára erősített zsákokba. Ez a por azonban már nem újrahasznosítható, hiszen több egységben szennyeződött. A méretre vágott védőfóliával ellátott, fűrészportól mentesített lemeztermék egy Rakatoló egységhez ér. Ez lényegében egy görgős asztal. Beállító panelon kézi potméterekkel lehet a görgők sebességét változtatni. Erre az asztalra érkezik terelőkön át a termék mellett a szélhulladék is. Az asztal végén, ami egyben az extrudersor vége is, egy ütköző található. Az egység mellett található egy raklaptartó asztal. Pneumatikus kapcsolókkal, ellátva az egység a szélhulladékot felemeli és eltolja alatta a terméket a raklapra. Letéve a szélhulladékot a visszafelé haladó tolórész egy billenőkar által a másik oldalon lévő szélhulladék tárolóba dobja. Oldalra tolás segítése végett találhatóak a görgők között, csapágygolyókat tároló fém lecek. A raklaptartó asztal fokozatosan úgy helyezkedik a súlyt és a lemezvastagságot érzékelvén, hogy egymásra csússzanak a lemezek. Egy darabszámláló készülék, közli a raklapra kerülendő lemezek számát. Az ütközéseket számolva mutatja értékeit. Hibás termék esetén az említett kamera észrevételét itt jelzi egy sípoló hang. A rakatolót vezérlő munkás átvizsgálja a terméket, és ha tényleg nem megfelelő, akkor a selejtek közé helyezi. 36

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2.2.1. Az elkészült lemeztermék Az extudersorról lekerült késznek tekintett lemez, még koránt sem készült el. Ennyi tüzetes lépés, alakadás után is, gondos odafigyelést, raktározást, minősítést igényel. A rakatoló egységnél figyelni kell a megfelelő felületet, méretet, színárnyalatot, stb. Feltéve, ha a vevő is magas igényeket, minőségi elvárásokat tűz ki célul. Raklapok előkészítése után pontosan figyelni kell a rákelülő lemezek darabszámára. Felületi hibák esetén, olykor a védőfólia hibáinál, alsó felület csíkozódásakor selejtbe kerül a termék. A selejteket késsel összevágják, összetörik és mehet a darálóba. Ahol külön-külön megfelelő darálékként majd visszaforgatják a termelésbe. A munkásoknak raklaponként jelezni kell az adatokat, amik az átlagvastagság, köztes vastagságok, átlók, színek, sűrűségek, stb. lehetnek. Mindezt egy adatnaplóban. Időközönként a lemezekből kivágott mintákon kell végezni méréseket. A lemez vastagságot tolómérővel mérni kb. 10cm-enként, majd átlagvastagságot számolni, a minta hosszúságát mérőszalaggal lemérni, és a szélesség adott értékét figyelembe véve térfogatot számolni. A mintadarab súlyát elosztván a térfogattal megkapjuk a sűrűséget. Ez az érték viszonyítási alapul szolgál a termelésirányítási lapban szerepelt értékhez. PDA-s készülékkel lehet színárnyalatokat, színmélységeket, áttetszőséget, stb. mérni. Elvárás szerint a lemez közepén vagy még a két szélén is. Mérések, ellenőrzések arra szolgálnak, hogy folyamatosan ellenőrizzük a termékeket. Észrevett hibák, problémák korrigálhatóak legyenek még időben, elkerülve ezzel a vevő felőli reklamációt. Ha teljesen megfelelnek a körülmények és az értékek, lehet csomagolni a raklapokon a lemezeket. Majd kinyomtatott címkékkel ellátni, ami a lényeges adatokat tartalmazza pl. méretek, vevő, gyártási szám, stb. Az 5S termelésirányítási rendszernek megfelelően az üzembe minden elvárás szerint hozzáférhetőségben a helyén megtalálható. A becsomagolt felcímkézett termékeket targoncákkal helyezik a raktárba. A lemeztermék ilyenkor tekinthető teljesen késznek. A raktárban várva a vevő kamionjait még egy fontos dolgot meg kell megemlíteni. Mégpedig a fény bejutását a raktárba. Köztudott hogy hosszútávon a fény hatásának kitett PVC veszít tulajdonságaiból. Például sósav csapódik le belőle, és adalékaiban is változhat. Lemezeknél általában a hullámosodás, összesülés jellemző a nem megfelelő raktározás miatt.

37

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3. Műanyagok húzószilárdságának meghatározása A műanyagok húzóvizsgálata ekvivalens a szakítóvizsgálattal fémek esetében. Eltérés az eszközparkban és a vizsgálati körülményekben van. Érvényes persze rájuk is, ami a fémekre vonatkozik, de a műanyagokra jellemző a viszkoelaszticitás, azaz késve-rugalmasság miatt a húzás sebességének kifejezetten nagy hatása van a szakítógörbe alakjára. A vizsgálatok eredményét a hőmérséklet is jelentősen befolyásolja. A fémekhez képest nagyságrendekkel nagyobb nyúlás a húzási tulajdonságok meghatározására szolgáló szakítógép konstrukcióját módosítja. Eltérő anyagminőség polimerek húzóvizsgálatának eredményei csak a vizsgálati körülmények azonossága esetén hasonlíthatóak össze. Ezért kifejezetten nagy jelentősége van a szabványban rögzített feltételek betartásának és közlésének. Húzóvizsgálat során a szabványban leírt geometriájú próbatestet két végénél befogva, meghatározott mérési körülmények (szakítási sebesség, hőmérséklet, nedvességtartalom) mellett egytengelyű húzó igénybevétel alatt szakítjuk el, eközben mérjük és regisztráljuk a hosszváltozás függvényében fellépő húzóerőt. Valamint meghatározzuk az anyagok egytengelyű húzó igénybevétellel szembeni ellenállásaikat. Segítségével meghatározhatjuk az anyag rugalmasságát, szilárdságát, alakváltoztató képességét, szívósságát jellemző anyagjellemzőket [14].

3.1. Műanyagok szakítódiagramja Ahogyan a fémeknél, a műanyagoknál is egytengelyű húzó igénybevétel során mérjük a próbatestre ható erőt és a nyúlást. Szakító diagramot készítünk, majd megadjuk a szilárdsági mérőszámokat. Műanyagok esetén a húzóvizsgálatból kiszámolható mérnöki feszültségnyúlást nem R-el, hanem σ-val jelöljük. Műanyagok esetén tipikus szakítógörbe alakokat a 19. ábra mutatja. Rajta az eltérő viselkedésű anyagszerkezetű műanyagok betűvel kiemelt és feltüntetett magyarázatával. Megfigyelhető a duroplaszt (a) és az amorf és részben kristályos termoplaszt (b, c, d) anyagok és a hozzájuk tartozó kikövetkeztethető alakváltozásuk alatt történő plasztikus deformációk. Az amorf és részben kristályos termoplaszt polimerek szemmel látható szívósságot mutatnak. Az alakítási keményedésre hajlamos műanyagoknál (c) megállapítható hogy a szakításukhoz szükséges erő nagyobb, mint a folyást eredményező tényező. Lágy műanyagok (d) alakítási keményedést nem mutatnak náluk folyáshatár nem adható meg [14].

38

Kriston Zsolt

19. ábra


Szakdolgozat 2013

Eltérő viselkedésű műanyagok húzódiagramjai és a nevezetes pontjai [14]

3.1.1. Műanyag szakítódiagramok anyagminőség szerint Mint ahogy a szakítódiagramokból is láthattuk, a polimerek estén is akárcsak a fémeknél eltérő jellegzetes diagramokat különböztetünk meg. Különböző műszaki és tömegműanyagok húzódiagramjait a 20. ábra mutatja. Jól látható hogy a műanyagok az acélhoz képest két nagyságrenddel kisebb modulusúak lehetnek a nyúlásuk viszont több százszoros lehet. Jól látható még, hogy mennyire eltérő viselkedést mutatnak az egyes polimer típusok. Vannak olyanok, amelyek azonos körülmények mellett ridegen törnek, de akadnak olyanok is, amelyek nagy nyúlást képesek elviselni teljes tönkremenetel nélkül. Például a (PS) polisztirol jellegzetes rideg nyúlása csupán néhány százalékos, 80MPa húzószilárdságú. Ütésálló kopolimer ABS (akrilnitril-butadién-sztirol) nagy szilárdságát a butadién polimerláncba történő beépülésével, rugalmassággal kombinálja. A PE (polietélen) szívós tömegműanyag. Az LDPE szívósabb műanyag, mint a HDPE szakadási nyúlása akár 800% is lehet [14].

39

Kriston Zsolt


20. ábra

Szakdolgozat 2013

Egyes polimer típusok tipikus szakító görbéi [14]

3.1.2. Mérési körülmények A polimerekre jellemző, hogy a vizsgálati körülmények megváltozása jelentősen befolyásolja az anyag mechanikai tulajdonságait. Az alábbiakban a főbb befolyásoló paraméterek és azok hatásai kerülnek áttekintésre. Szakítási sebesség: nagyobb szakítási sebességek esetén a viszkoelasztikus tulajdonságokkal rendelkező anyagok (polimerek) merevebben viselkednek, általában a szilárdságuk is nagyobb értékre adódik. Amíg a fémek illetve polimer mátrixú kompozitok esetén 1mm/perc nagyságrendű a szakítási sebesség, addig a hőre lágyuló polimerek illetve elasztomerek esetén, ahol több 100%-os relatív nyúlás jöhet létre, az alkalmazott szakítási sebességek is nagyságrend(ekk)el nagyobbak is lehetnek. Vizsgálati hőmérséklet: a polimerek esetén már kis hőmérsékletváltozás is jelentősen befolyásolja a merevséget, a szilárdságot, illetve a tönkremeneteli folyamat jellegét. A polimerek az ún. üvegesedési hőmérsékletük (Tg) alatt üvegszerű állapotban ridegen, míg e felett az ún. nagy rugalmas állapotban szívósabban viselkednek és nagyobb a szakadási nyúlásuk is 40

Kriston Zsolt

21. ábra


Szakdolgozat 2013

(a) Szakítási sebesség illetve (b) hőmérséklet hatása a szakítógörbékre

Nedvességtartalom: vannak olyan polimerek, amelyek képesek a tulajdonságaikat befolyásoló mennyiségű (1-4%) nedvesség abszorbeálására (pl.: poliamidok, poliészterek, természetes polimerek, egyes szálerősített kompozitok). A nedvességnek lágyító hatása van, azaz csökkenti a rugalmassági modulust, szilárdságot, növeli a szakadási nyúlást

3.1.3. A húzóvizsgálatból meghatározható mechanikai jellemzők A műanyagok húzóvizsgálatára vonatkozó MSZ ISO 527-1:1999 szabvány a húzóvizsgálat során mérhető jellemzők pontos értelmezését adja meg. Az eltérő húzódiagram alakok miatt a jellemző szilárdsági értékek eltérő helyen vannak, de értelmezésük azonos. A szabvány húzófeszültségnél σ jelölést használ a fémeknél elterjedt R jelölés helyett. A húzóvizsgálat eredményeként az adott mérési körülményekre vonatkozóan megkapjuk az anyag erő-nyúlás (F-Δl) görbéjét. Ezt át lehet skálázni mérnöki feszültség - relatív nyúlás (σ-ɛ) görbévé (22. ábra): az erő tengely helyén a mérnöki feszültséget (σ [MPa]) megkapjuk, ha az erőt (F [N]) osztjuk a próbatest kiindulási keresztmetszetével (A0 [mm2]): [15]

41

Kriston Zsolt

22. ábra


Szakdolgozat 2013

Műanyagok húzási jellemzőinek meghatározása (MSZ ISO 527-1:199) [15]

σY folyás határ: azaz első feszültség, amelynél a nyúlás a feszültség növekedése nélkül növekszik. A gyakorlatban bizonyos polimereknél fel sem lép a folyás jelensége, másoknál több 100%-os folyási alakváltozás következhet be, amelyet a próbatesten nyakképződés és szerkezeti átalakulás kísérhet. A folyást bizonyos polimerek esetén az ún. feszültség fehéredés jelezheti [14].

σM húzószilárdság: a maximális erő és a kezdeti keresztmetszet hányadosa. A maximális erő elérésekor az anyag a leggyengébb pontjában helyileg instabil állapotba kerül, ezen a helyen megkezdődik a keresztmetszet kontrakciója, helyi keresztmetszet csökkenése. A folyamat folytatódhat nyakképződéssel, vagy hirtelen szakadással [14].

σB szakítószilárdság: a szakadáskor mért erő és a kezdeti keresztmetszet hányadosa. A feszültség-relatív nyúlás diagram segítségével az alakváltozási mutatószámok is meghatározhatók [14].

σx húzófeszültség x-százalékos nyúláskor: ez tulajdonképpen ,,egyezményes folyáshatár” megfelelője. X százalékos nyúláshoz tartozó feszültség. Mindig kisebb kell legyen, mint a húzószilárdsághoz tartozó nyúlás. Szükség csak akkor van rá, ha a vizsgált műanyag folyáshatárral nem rendelkezik [14]. A műanyagok vizskoelasztikus és releaxációs viselkedése miatt a nyúlási jellemzőket (Ɛ) csak a terhelés közben mért értékek alapján határozzuk meg. Folyáshatár előtti és folyáshatáron túli nyúlásokat különböztetünk meg [14]. 42

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

A névleges nyúlás (Ɛt): a folyáshatár meghaladó feszültségértékekhez tartozó nyúlásokat a befogópofák közötti távolságra vonatkoztatva értelmezzük.

ahol L0 a befogópofák eredeti távolsága mm-ben. Δl a befogópofák közötti távolság növekedése mm-ben [15]. Nyúlás a folyáshatárnál (ƐY): valódi folyási pontban mérhető nyúlás. Néveges nyúlás a húzószilárdságnál (ƐM): a húzószilárdság pontjában mérhető nyúlás. Ez azonban csak a folyáshatárral nem rendelkező műanyagoknál értelmezett.

ahol L0 a próbatest vizsgált szakaszának eredeti terheletlen hossza, LM a próbatest vizsgált szakaszának a maximális erőnél mért megnyúlt hossza [15]. Névleges szakadási nyúlás (ƐB):

ahol LB: a próbatest vizsgált szakaszának a szakadáskor mért megnyúlt hossza[15]. Műanyagok esetén a húzási rugalmassági modulus (Young-modulus) Et jelet kap. Számítógépes adatfeldolgozásnál a két jól meghatározott feszültségi pont lineáris regressziójának segítségével határozzuk meg. A regressziós egyenes iránytangense a modulust adja az alábbi összefüggés szerint;

[MPa] vagy [GPa]

ahol

σ1 és σ2

rendre az Ɛ1 = 0,05%, illetve az Ɛ2 = 0,25% teljes megnyúláshoz tartozó

húzófeszültségek. Mértékegysége MPa vagy GPa.

43

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3.2. Műanyagok szakítására alkalmas eszközök és berendezések 3.2.1. Elektromechanikus anyagvizsgáló gép Az Instron elektromechanikus anyagvizsgáló rendszerei átfogó és költséghatékony megoldást kínálnak a mechanikus anyagvizsgálatok követelményeinek kielégítésére. Alkalmasak az alapvető szakító és nyomóvizsgálati feladatok elvégzésétől, egészen az összetett méréstechnikai igények kielégítéséig, valamint ciklikus-, relaxációs- és kúszás vizsgálatokhoz.

Kapacitástartomány

tekintetében

széles

skála

(0.5kN-

600kN)

állrendelkezésre. Az Instron 5500 digitális elektronika vezérli a vizsgálórendszert és gyűjti az adatokat, melyhez axiális pozíció, terhelőerő-vezérlő és adatgyűjtő csatornákkal rendelkezik. Az elektronika ellátja a próbatest védelmét az előválasztható határterhelés túllépésével szemben. Automatikusan felismeri és kalibrálja a jelátalakítókat, az erőmérő cellákat, stb. A rendszer alkalmas valamennyi vizsgálati paraméter eltárolására és későbbi betöltésére. A gép vezérelhető manuálisan, a vezérlőpanelről (konzolról), vagy a BLUEHILL szoftverrel. Bármilyen vizsgálat kompletten végrehajtható PC-ről (kezdve a beállítások elvégzésétől az eredmények kiértékeléséig). A mért adatok statisztikai kiértékelését, tárolását, komplett jegyzőkönyv formátumú kidolgozását (szakítódiagram, mért és számított adatok, dátum, vizsgálatot végezte, vizsgálat paraméterei stb.) a szoftver automatikusan elvégzi. A szoftver a mért alapadatokból képes további kb. 1000 mechanikai jellemző automatikuskiszámítására (pl. fajlagos nyúlás, Young-modulus, Poisson-szám, szakítószilárdság, stb.) [16]. Kiegészítők mechanikai anyagvizsgálatokhoz: 

Befogók (mechanikus, pneumatikus, hidraulikus),



Vezérlő, adatgyűjtő-, kiértékelő szoftverek,



Klímakamrák, és kemencék (-150°C +1500°C hőfoktartományban),



Finomnyúlás-mérők (felcsíptethető és érintésmentes – video extenzométerek, automata extenzométerek, biaxiális extenzométerek)

44

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

A műanyagok húzási jellemzőinek meghatározásához alkalmazható asztali kivitelű, INSTRON 5566 típusú szakítógép látható a 23. ábrán. Amely korszerű 10kN terhelhetőségű szakítógép

műanyagok

vizsgálatára.

Kétoszlopos

asztali

kivitelezés

összetettebb

anyagvizsgálati feladatok végrehajtására, kutatási fejlesztési célokra is alkalmas (habok vizsgálata, ciklikus vizsgálatok, terheléstartás, hiszterézis vizsgálat, automatikus próbatest védelem, statikus és ciklikus előterhelés stb.) [16].

23. ábra.

A dolgozat méréseihez alkalmazott INSTRON 5566 típusú szakítógép

3.2.2. Általános polimer húzó próbatestek adatai A polimerek egyik sajátossága, hogy a szakítódiagramjuk, és így a belőle meghatározható mechanikai jellemzőik függnek a próbatest alakjától és méreteitől. A gyakorlatban kör és téglalap keresztmetszetű próbatesteket alkalmaznak, polimer anyagoknál a téglalap keresztmetszet terjedt el jobban. Ennek geometriai méretei is az anyag típusától függően változnak. Arra, hogy egy adott anyagnál melyiket kell használni, az MSZ EN ISO 527-es szabvány tartalmaz előírásokat. 24. ábrán hőre lágyuló polimerek (a) és a kompozitok (b) vizsgálatára alkalmazott próbatestek láthatók [15].

45

Kriston Zsolt

24. ábra


Szakdolgozat 2013

Próbatest típusok: (a) hőre lágyuló polimer anyaghoz, (b) hőre keményedő mátrixú kompozithoz [15]

A próbatestek gyártástechnológiája és annak beállítási paraméterei is nagyban befolyásolhatják a mechanikai jellemzőket. Méreteik attól függenek, hogy milyen gyártástechnológiával készítik őket. Fröccsöntéssel melegsajtolással, fóliatermékekből próbatest kiemelés lyukasztás. hőre keményedő műanyagokból fémipari berendezésekkel (pl. marás). Elasztomereknél jellemző az alakos lyukasztók használata [17]. A próbatest előállítása során arra kel ügyelnünk, hogy az eredeti felület megmaradjon. Ugyanis repedés vagy egyéb sérülések nagyban befolyásolják a majdani vizsgálatokat. összehasonlító vizsgálatra az eltérő hosszúságban kivágott vagy eltérő technikával kiemelt próbatestek nem alkalmasak [17].

4. Az elvégzett mérések ismertetése A vizsgálat lemezmintái a kazincbarcikai Ongropack Kft gyártástechnológiájával előállított poli-vinil klorid bázisú, extrudált lemezekből állnak, kemény illetve habosított lemezkivitelből. Ezekre a termékekre egységesen jellemző, hogy nehezen éghetőek, önkioltóak, megfelelnek a műanyagokra vonatkozó különböző nemzeti tűzállósági előírásoknak. Műszaki

paramétereik széles spektrumúak hosszúságuk, szélességük,

vastagságuk változó, extruderszerszám és alkalmazásfüggő.

46

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

4.1. A vizsgált habosított PVC lemez Mechanikai, elsősorban húzóvizsgálatoknak alávetett ONGROFOAM AYTU típusú lemez próbatestek. A lemezek integrálhabokkal kialakított szerkezetűek, ahol egyetlen technológiasorán alakul ki a termék belső habszerkezet, amely a külső felületek felé haladva fokozatosan tömörré válik, ezáltal a termékek vastagsága és hajlítómerevsége nő anélkül, hogy a tömege megnőne. Kémiai habosítószerek („hajtóanyagok”) hozzáadásával készül a lemeztermék. A finom eloszlású port, amelyet a pvc porhoz, törzsanyaghoz, darálékhoz szárazon kevernek még az extruderbe történő betáplálás előtt. Extrudáláskor a gyúrás és hő hatására a habosítószer elbomlik, miközben habosítást elősegítő gázok keletkeznek. A finom eloszlású por, mint a buborékképződés gócképzője is kifejti hatását. A gócképződés az a jelenség, amelynek során egyfázisú rendszerben az anyafázistól elkülönülnek a már stabilis új fázis parányi részecskéi. Függetlenül az anyafázis és az új fázis halmazállapotától . A 25. ábrán látható a vizsgált habos szerkezet

25. ábra.

Szerkezeti hab [9]

4.2. A vizsgált kemény PVC lemez Az ONGRODUR IRCN típusú kemény PVC lemezekből kinyert próbatesteken szintén húzóvizsgálati mérések történtek, csakúgy, mint a habosított lemezeken. Ezek a lemezek teljes egészében tömör anyagszerkezetűek, azonos, egyenletes anyageloszlásúak. Ebből következik, hogy sűrűségük is nagyobb, eltérőbb a habos lemezektől. Komponenseikben sem tartalmaznak annyi alapanyagot. Nem keményítenek meg a lemezen alsó felső réteget hagyva, hogy az anyag egész metszetében egynemű legyen. Ez a lemez is tartalmaz lágyítót csak kisseb mennyiségben. Hőformázhatóak, vághatóak, hegeszthetőek, laminálhatóak és

47

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

nyomtathatóak. Minden típus ellenáll a legtöbb kémiai vegyületnek szobahőmérsékleten. Előnyei: kiváló vákuumformázás, ütésállóság, kedvező mechanikai tulajdonságok. A 26. ábrán látható egy kemény, nem habosított szerkezet.

26. ábra.

Kemény, nem habosított szerkezet [9]

4.3. Vizsgálatoknál használt próbatestek adatai A vizsgálatoknál használt bélyeggel kivágott próbatest paramétereit, valamit a kiszámolt területet (a sűrűségek megállapítása érdekében) az alábbi 27. ábrán mutatja.

27. ábra.

A kivágott, és vizsgált próbatest geometriája

Az egyenként kivágott próbatestek tömegei külön-külön lettek mérve a sűrűségek (g/cm3) megállapításhoz, melyek a lemért tömeget (g), a fenti terület (cm2) és az átlagvastagság (cm) segítségével lettek külön-külön meghatározva minden próbatest esetében. A mérések elemzésénél a sűrűségek állagát figyelembe véve került összehasonlításra a 0,5 sűrűségű alatti, ill. feletti habos továbbá a jóval nagyobb sűrűségű kemény lemezek húzófeszültség 48

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

vizsgálata. A különböző vastagságú és anyagszerkezetű próbatestek mért sűrűségeit és átlagaikat a dolgozathoz csatolt MELLÉKLET 2. részletesen tartalmazza. Minden vastagságból és sűrűségből 10-10 db próbatest lett elszakítva a fentebb már megemlített Instron 5566 típusú szakítógépen klimatizált helységben, normál körülmények között, 20°C hőmérsékleten, 50%-os páratartalomnál. Az alakváltozási sebesség minden esetben 10mm/min volt. A szakítógéphez nagysebességű adatgyűjtő kártyán keresztül számítógép csatlakozik melyen a BlueHill 2 nevű szoftver szabályozza a vizsgálatot és az adatgyűjtést. Ennek segítségével tetszőleges mintavételezési frekvenciával lementhető a vizsgálat közben az elmozdulás, és hozzá tartozó erő, amiből a szélesség és vastagság(mm), szakítás előtti és a szakítás utáni adataiból tetszőleges anyagvizsgálati jellemzők határozhatók meg. Esetünkben a kontrakció(%),a max. erő(N), a húzószilárdság(MPa), a szakadási nyúlás(m/m vagy %), a szakadási erő(N), és a rugalmassági modulus(MPa)számoltuk ki vizsgálatonként. A mérési adatokból meghatároztam ezen mérőszámok átlagát, minimumát, maximumát, szórását. A vizsgálatok során felvett húzódiagramokat a dolgozathoz csatolt MELLÉLET 1. tartalmazza. A 28. és 29. ábrán láthatóak a vizsgálat előtti habos és kemény próbatestek.

28. ábra.

A vizsgált habos próbatestek a vizsgálat előtt (összesen 240 db)

49

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

29. ábra. A vizsgált kemény próbatestek a vizsgálat előtt (összesen 34 db)

5. Mérési eredmények, kiértékelés A követezőkben a meghatározott húzási jellemzők közül a húzószilárdság, rugalmassági modulus, szakadási nyúlás átlagai vannak ábrázolva oszlopdiagramban, az oszlopok tetején a szórási intervallumokkal vagy más néven hibasávokkal a 30-38. ábrákon. Az eredmények lemezvastagságonként sűrűség szerint 0,5 g/cm3 alatti (a) és feletti (f); valamint extrudálási irányhoz viszonyított orintáció szerint párhuzamos (p) és merőleges (m) minták szerint vannak csoportosítva. Az eredeti alapkeverékből habosító nélkül extrudált, és ennek megfelelően sokkal nagyobb sűrűséggel rendelkező ún. keménylemez (k) háromféle vastagságban állt rendelkezés,2 mm, 3 mm és 4,5 mm. Ezek közöl csupán a 3 mm lemezvastagságú extrudált hab eredményei voltak összevethetők a habosított lemezek eredményeivel, melyek 3 mm, 4 mm és 5 mm lemezvastagságban álltak rendelkezésre. Ezért csak a 3 mm-es lemezvastagság esetében vannak eredmények három különböző sűrűségű lemezről. Általános megállapítás, hogy minden lemezvastagság és sűrűség esetében az értékek nagyobbak az extrudálási iránnyal párhuzamosan kivágott próbatestek esetében. Ennek okai a PVC, mint makromolekuláris polimer atomos szerkezetében keresendők. A polimerláncokon belül nagy energiájú elsődleges, kovalens kötés van, melynek felszakításához nagy erőre van szükség. Azonban a polimerláncok között több nagyságrenddel kisebb energiájú másodlagos kötések vannak. Az extrudálás hatására a polimerszálak az extrudálás irányába orintálódnak 50

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

mely irányban ennek megfelelően sokkal nagyobb terhelést képes elviselni a polimer.Ezzel ellentétben merőleges irányban kisebb a szilárdságuk, ugyanis a molekuláris kötések nem az elsődleges, főlánci irányában kezdenek el, nyúlni,szakadni, hanem a másodlagos kötések irányában, ezért könnyebben szakad a próbatest. A diagramokon a két eltérő sűrűségben, ugyanúgy kivágott és szakított habos lemezek mért adatait, valamint az első három diagramban a kemény lemezek adatait is megtalálhatók. Továbbá az értékekhez tartozó szórási intervallum is feltüntetve látható. Elemezve a 3mm vastag lemezeket a további következtetések állapíthatóak meg. A habos szerkezeti értékek a kemény lemez adatokhoz képest maximum harmadánál kisebbek, viszont a szórás a keménylemezek esetében szemmel láthatóan nagyobb, de az 5%-os mérnöki intervallumnak megfelelnek. Habszerkezet „levegős”, nem egynemű tömör anyagból áll. A terhelést nem a teljes befoglaló térfogat viseli, hanem csupán az egytengelyű feszültségre merőleges keresztmetszeten az anyag. Minél kisebb a sűrűség, annál több „lukat” tartalmaz az anyag, és annál kevesebb a terhelést ténylegesen felvevő anyag aránya. A 30. 31. és 32 ábrán a 3mm vastag merőleges, ill. párhuzamos kemény lemez szakítási adatai vannak összevetve. A többi ábrában a 4 mm-es és 5 mm-es habos lemezek adatai láthatóak. A kapott értékek alapján összehasonlíthatóak a lemezek, a vastagságból adódó eltérések. A lemezvastagság növekedésével – a sűrűséghez hasonlatosan a – a szilárdsági jellemzők rendkívül kis mértékben, de javuló tendenciát jeleznek, a szakadási nyúlás értékei viszont kis mértékben javulnak.

30. ábra.

3 mm vastagságú, extrudált PVC lemez húzószilárdsága 51

Kriston Zsolt


31. ábra.

Szakdolgozat 2013

3 mm vastagságú, extrudált PVC lemez rugalmassági mudulusa

32. ábra.

3 mm vastagságú, extrudált PVC lemez szakadási nyúlása

52

Kriston Zsolt


33. ábra.

34. ábra.

Szakdolgozat 2013

4 mm vastagságú, extrudált PVC lemez húzószilárdsága

4 mm vastagságú, extrudált PVC lemez rugalmassági modulusa

35. ábra.

4 mm vastagságú, extrudált PVC lemez szakadási nyúlása

53

Kriston Zsolt


36. ábra.

37. ábra.

Szakdolgozat 2013

5 mm vastagságú, extrudált PVC lemez húzószilárdsága

5 mm vastagságú, extrudált PVC lemez rugalmassági modulusa

38. ábra.

5 mm vastagságú, extrudált PVC lemez szakadási nyúlása 54

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Összefoglalás Azonos alapkeverékből különböző habosító tartalommal, sűrűséggel, és különböző lemezvastagsággal extrudált PVC habok húzási tulajdonságait – különös tekintettel a húzószilárdságra, rugalmassági modulusra, és a szakadási nyúlásra – vizsgáltam az extrudálás irányában és rá merőlegesen egyaránt. Az extrudált termék anizotrópiáját jól mutatja, hogy az extrudálás irányában megállapított valamennyi húzási tulajdonság kedvezőbb, mint a rá merőleges irányban. 3 mm-es lemezvastagság esetén három különböző sűrűségű anyagot vizsgáltam. Az eredeti, habosítómentes PVC-t, 0,5 gcm-3feletti (f) és alatti (a) sűrűségű anyagot. Azonos orientáció esetén a mechanikai tulajdonságok nagymértékben növekednek, a szakadási nyúlás viszont csökken a sűrűség növekedésével. A lemezvastagság növekedésével – a sűrűséghez hasonlatosan – a szilárdsági jellemzők rendkívül kis mértékben, de javuló tendenciát jeleznek, a szakadási nyúlás értékei viszont kis mértékben javulnak. A vizsgálati eredmények szórása, az oszlopdiagramokra illesztett hibasávokon jól látható módon rendkívül kicsi, a mérnöki gyakorlatban elfogadott 5% -on belül van minden esetben. Összességében a műanyag-alapanyaggyártás jelentős tőkeigényessége miatt a világon mindenütt nagyvállalatokhoz kapcsolódik. A vállalatok meglevő kapacitásai további termelésbővülést tesznek lehetővé, mivel technológiai oldalról behatárolódik a felgyorsult piaci változások követése. A hazai műanyag-alapanyagipar termékeit döntően az ún. tömegműanyagok: a poliolefinek, a PVC és polisztirolok alkotják. A PVC lemezgyártó ipar felfelé ívelő tendenciát ír le. Számos piaci trendnek megfelelően megnőtt a nagy teljesítményű lemezek iránti kereslet. A kemény és habosított extrúzióval gyártott PVC építőipari profilok és lemezek a piac mintegy 10%-át teszik ki.

Köszönetnyilvánítás A bemutatott tudományos diákköri munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

55

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Summary In my thesis I examined tensile properties in particular the tensile strength, elastic modulus, and module of felxibility of PVC extruded foams. Made from the basic mixture with different foaming content, densities and diverse thicknesses the extrusion direction and perpendicular to it as well. The anisotropy of the extruded product shows that in the direction of extrusion of the set, all tensile properties are better than in the perpendicular direction. I examined three materials of different density with 3mm thicknesses. The original free blowing PVC and the material density above (f) and under (a) 0.5 g/cm3. At the same orientation, the mechanical properties greatly increased, though the strain at break decreasing as density increasing. By increasing the thickness – just as for the density - the strength properties show slight improvement, tough the elongation values slightly improved. The standard deviation of the test results, - as the bar graph’s error bars show - is extremely small, is within the accepted engineering practice, 5% in all cases. All in all, the production of plastic material is linked to large companies all over the world due to it’s significant capital needs. The companies’ available capacities provide further expansion, since although following market changes is limited by technological reasons. The national plastic industry mostly produces commodity plastics: polyolefins, PVC and polystyren. The PVC plate manufacturing industry shows an upward trend. According to several market trends the demand for high-performance plate has increased. The tough and foamed PVC construction profiles, manufactured by extrusion, make up 10% of the market.

56

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

Idézett forrásmunkák [1]

Czvikovszky - Nagy-Gál; A polimertechnika alapjai Műegyetemi Kiadó.

Budapest, 2006. ISBN 963 420 621 2 [2]

Jakab Árpád-Thurzó György - Zincz Béla; A PVC előállítása feldolgozása és

alkalmazása Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1957. [3]

George Matthews: PVC: production, properties and uses Institute of Metals,

London 1996. ISBN: 0-901-71659-6 [4]

Kovács László - Dr. Szabó Ferenc - Zeöld Ildikó; PVC porok, porkeverékek,

granulátumok Műanyagipari műszaki és gazdasági tájékoztató, Műanyagipari kutató intézet, Budapest, 1977. [5]

W. V. Titow: Pvc Technology Else vier applied science published, New York,

1894. ISBN: 0-85334-249-0 [6]

Dr. Mondvai Imre; Polimerek előállítása és feldolgozása Budapesti Műszaki

egyetem Vegyészmérnöki kar, Tankönyvkiadó, Budapest, 1981. [7]

Dr. Érsek Lászlóné; PVC Anyagismeret Budapesti Műszaki Egyetem

Továbbképző Intézete előadás sorozatából: 4913, Kézirat, Budapest,1974. [8]

George Wypych: PVC Degradation and Stabilization ChemTec Publishing,

Ontario, Canada 2008. ISBN:978-1-895198-39-3 [9]

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Polimertechnika Tanszék:

Polimer habok Budapest, 2012. május 11. http://www.pt.bme.hu/futotargyak/46_BMEGEMTMMA1_2012tavaszi/hab-kompozit gumi.pdf [10]

Pál Károlyné: Műanyagbabok 2005.

http://www.muanyagipariszemle.hu/2006/06/muanyaghabok07.pdf [11]

http://www.ongropack.hu/

57

Kriston Zsolt

[12]


Szakdolgozat 2013

J. Leadbitter - J. A. Day - J. L. Ryan: PVC - Compounds, Processing and

Applications Rapha Technology Limited, UK. Rapra review repotrs, volume 7, number 6, 1994. [13]

Nagy András: Ongropack Kft., belső anyag 2010.

[14]

Czél György – Kollár Mariann; Anyagvizsgálati praktikum Sunplant Kft,

Debrecen, 2008. ISBN: 978 963 06 4216 3 [15]

EN ISO 527 szabvány: Szakítóvizsgálat

[16]

Tóth Péter: Az Instron nagy kapacitású vizsgálógépei Atestor Kft. 2005.

http://www.anyagvizsgaloklapja.hu/avl/cikkek/05_1_toth_peter.pdf [17]

Charles E. Wilkes - James W. Summers - Charles Anthony Daniels: PVC

Handbook Garl Hanser Verlag, Munich 2005. ISBN: 3-446-22714-8

58

Kriston Zsolt


MELLÉKLET 1.

59

Szakdolgozat 2013

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3mm vastag, 0,5 sűrűség alatti merőlegesen kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_ha32m 7 1 2 6

3 4 5

Húzófeszültség, MPa

5

4

3

2

1

0 0

5

10

15 Alakváltozás, %

20

25

30

pvc_ha33m 7 1 2 6

3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10


60

20

25

30

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013


3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10

Alakváltozás, %

15

20

25

pvc_ha43m 7 1 2 6

3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10


61

20

25

30

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013


3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10

Alakváltozás, %

15

20

25

pvc_ha53m 7 1 2 6

3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10

Alakváltozás, %

62

15

20

25

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3mm vastag, 0,5 sűrűség feletti merőlegesen kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_hf32m 7 1 2 6

3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

2

4

6

8 10 Alakváltozás, %

12

14

16

18

pvc_hf33m 7 1 2 6

3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

2

4

6

8 Alakváltozás, %

63

10

12

14

16

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013


3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10

Alakváltozás, %

15

20

25

pvc_hf43m 8 1 2

7

3 4


6

5

5 4 3 2 1 0 0

2

4

6


64

12

14

16

18

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013


3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10

Alakváltozás, %

15

20

25

pvc_hf53m 7 1 2 6

3 4 5


5

4

3

2

1

0 0

5

10

Alakváltozás, %

65

15

20

25

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3mm vastag, 0,5 sűrűség alatti párhuzamosan kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_ha32p 16 1 2

14

3 4


12

5

10 8 6 4 2 0 0

5

10


25

30

35

pvc_ha33p 16 1 2

14

3 4


12

5

10 8 6 4 2 0 0

5

10


66

25

30

35

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

4mm vastag, 0,5 sűrűség alatti párhuzamosan kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_ha42p 16 1 2

14

3 4


12

5

10 8 6 4 2 0 0

5

10

Alakváltozás, %

15

20

25

pvc_ha43p 14 1 2 12

3 4 5


10

8

6

4

2

0 0

5

10

Alakváltozás, %

67

15

20

25

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

5mm vastag, 0,5 sűrűség alatti párhuzamosan kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_ha52p 14 1 2 12

3 4 5


10

8

6

4

2

0 0

5

10


20

25

30

pvc_ha53p 12 1 2 3

10

4


5 8

6

4

2

0 0

5

10

15


68

25

30

35

40

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3mm vastag, 0,5 sűrűség feletti párhuzamosan kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_hf32p 18 1 2

16

3 4

14


5 12 10 8 6 4 2 0 0

2

4

6

8


14

16

18

20

pvc_hf33p 18 1 2

16

3 4

14


5 12 10 8 6 4 2 0 0

2

4

6

8 Alakváltozás, %

69

10

12

14

16

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

4mm vastag, 0,5 sűrűség feletti párhuzamosan kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_hf42p 25 1 2 3 20

4


5 15

10

5

0 0

5

10


20

25

30

pvc_hf43p 16 1 2

14

3 4


12

5

10 8 6 4 2

0 0

5

10

Alakváltozás, %

70

15

20

25

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

5mm vastag, 0,5 sűrűség feletti párhuzamosan kivágott habos próbatestek szakítódiagramjai; pvc_hf52p 16 1 2

14

3 4


12

5

10 8 6 4 2 0 0

5

10


25

30

35

pvc_hf53p 16 1 2

14

3 4


12

5

10 8 6 4 2 0 0

5

10


71

25

30

35

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2mm vastag merőlegesen kivágott kemény próbatestek szakítódiagramja; pvc_2_k_m 50 1 2

45

3


40

4 5

35

30 25 20 15 10 5 0 0

,5

10

20


40

50

60

3mm vastag merőlegesen kivágott kemény próbatestek szakítódiagramja; pvc_3_k_m 45 1 2

40

3 4

35


5 30 25 20 15 10 5 0 0

5

10

15


72

25

30

35

40

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

4,5mm vastag merőlegesen kivágott kemény próbatestek szakítódiagramja; pvc_4.5_k_m 50 1 45 2 40


3 35

30 25 20 15 10 5 0 0

5

10

Alakváltozás, %

15

20

25

2mm vastag párhuzamosan kivágott kemény próbatestek szakítódiagramja; pvc_2_k_p 60 1 2 3

50

4


5 40

30

20

10

0 0

10

20

30

40


73

70

80

90

100

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3mm vastag párhuzamosan kivágott kemény próbatestek szakítódiagramja; pvc_3_k_p

4,5mm vastag párhuzamosan kivágott kemény próbatestek szakítódiagramja; pvc_4.5_k_p 60 1 2

50


3 40

30

20

10

0 0

2

4

6

8


74

14

16

18

20

Kriston Zsolt


MELLÉKLET 2.

75

Szakdolgozat 2013

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

3mm vastag merőlegesen, ill. párhuzamosan kivágott habos próbatestek sűrűsége 0,5 alatt ill. felett;

ha32m

ha32p

hf32m

hf32p

ha33m

ha33p

hf33m

hf33p

súly átlagvastagság (g) (mm) 4,26 2,96 4,28 2,96 4,27 2,96 4,28 2,96 4,32 2,96 4,2 2,98 4,2 2,98 4,24 2,98 4,32 2,98 4,37 2,98 4,29 2,76 4,29 2,76 4,26 2,76 4,21 2,76 4,16 2,76 4,3 2,76 4,28 2,76 4,29 2,76 4,29 2,76 4,24 2,76 4,23 2,88 4,25 2,88 4,17 2,88 4,14 2,88 4,08 2,88 4,23 2,86 4,21 2,86 4,15 2,86 4,12 2,86 4,12 2,86 4,18 2,66 4,11 2,66 4,11 2,66 4,11 2,66 4,12 2,66 3,94 2,81 3,95 2,81 3,96 2,81 4,01 2,81 4 2,81

terület (mm2) 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 76

sűrűség (g/cm3) 0,49 0,50 0,50 0,50 0,50 0,48 0,48 0,49 0,50 0,50 0,53 0,53 0,53 0,52 0,52 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,50 0,51 0,50 0,49 0,49 0,51 0,51 0,50 0,49 0,49 0,54 0,53 0,53 0,53 0,53 0,48 0,48 0,48 0,49 0,49

Átlag Min Max Szórás

Átlagsűrűség (g/cm3) 0,49 0,48 0,50 0,0067


0,53 0,52 0,53 0,0056


0,50 0,49 0,51 0,0070


0,51 0,48 0,54 0,0252

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

4mm vastag merőlegesen, ill. párhuzamosan kivágotthabos próbatestek sűrűsége 0,5 alatt, ill. felett;

ha42m

ha42p

hf42m

hf42p

ha43m

ha43p

hf43m

hf43p

súly átlagvastagság (g) (mm) 5,95 3,93 5,95 3,93 5,62 3,93 5,58 3,93 5,6 3,93 5,63 3,88 5,57 3,88 5,59 3,88 5,56 3,88 5,55 3,88 5,75 3,84 5,83 3,84 5,83 3,84 5,75 3,84 5,75 3,84 5,86 3,42 5,75 3,42 5,71 3,42 5,75 3,42 5,74 3,42 5,42 3,84 5,44 3,84 5,45 3,84 5,37 3,84 5,31 3,84 5,22 3,83 5,11 3,83 5,11 3,83 5,06 3,83 5,06 3,83 6,01 3,89 6,01 3,89 5,95 3,89 5,9 3,89 5,86 3,89 5,95 3,95 5,78 3,95 5,91 3,95 5,99 3,95 5,98 3,95

terület (mm2) 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 77

sűrűség (g/cm3) 0,52 0,52 0,49 0,49 0,49 0,50 0,49 0,49 0,49 0,49 0,51 0,52 0,52 0,51 0,51 0,59 0,58 0,57 0,58 0,58 0,48 0,49 0,49 0,48 0,47 0,47 0,46 0,46 0,45 0,45 0,53 0,53 0,53 0,52 0,52 0,52 0,50 0,51 0,52 0,52




0,55 0,51 0,59 0,0327


0,47 0,45 0,49 0,0139


0,52 0,50 0,53 0,0082

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

5mm vastag merőlegesen, ill. párhuzamosan kivágott habos próbatestek sűrűsége 0,5 alatt, ill. felett;

ha52m

ha52p

hf52m

hf52p

ha53m

ha53p

hf53m

hf53p

súly átlagvastagság (g) (mm) 7,05 4,71 6,97 4,71 6,9 4,71 6,91 4,71 6,86 4,71 6,53 4,83 6,5 4,83 6,47 4,83 6,68 4,83 6,71 4,83 7,82 5,05 7,83 5,05 7,86 5,05 7,85 5,05 7,87 5,05 7,45 4,9 7,49 4,9 7,55 4,9 7,55 4,9 7,66 4,9 6,72 4,61 6,73 4,61 6,66 4,61 6,67 4,61 6,8 4,61 6,78 4,7 6,68 4,7 6,75 4,7 6,81 4,7 6,86 4,7 7,68 4,99 7,69 4,99 7,78 4,99 7,82 4,99 7,76 4,99 7,74 4,8 7,49 4,8 7,77 4,8 7,74 4,8 7,82 4,8

terület (mm2) 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 78

sűrűség (g/cm3) 0,51 0,51 0,50 0,50 0,50 0,46 0,46 0,46 0,47 0,48 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,52 0,52 0,53 0,53 0,54 0,50 0,50 0,50 0,50 0,51 0,50 0,49 0,49 0,50 0,50 0,53 0,53 0,54 0,54 0,53 0,55 0,54 0,56 0,55 0,56




0,53 0,52 0,54 0,0047


0,50 0,49 0,51 0,0051


0,54 0,53 0,56 0,0119

Kriston Zsolt


Szakdolgozat 2013

2, 3, és 4,5 mm vastag merőlegesen, ill. párhuzamosan kivágott kemény próbatestek sűrűsége;

pvc_k_2_m

pvc_k_2_p

pvc_k_3_m

pvc_k_3_p

pvc_k_4,5_ m

pvc_k_4,5_p

súly átlagvastagsá (g) g (mm) 7,87 1,92 7,88 1,92 7,87 1,92 7,87 1,92 7,88 1,92 7,92 1,90 7,82 1,90 7,94 1,90 7,94 1,90 7,94 1,90 11,94 3,04 11,95 3,04 11,92 3,04 11,87 3,04 11,95 3,04 11,88 3,02 11,88 3,02 11,97 3,02 11,98 3,02 11,98 3,02

terület (mm2) 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32 2913,32

sűrűség (g/cm3) 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,43 1,41 1,43 1,43 1,43 1,35 1,35 1,35 1,34 1,35 1,35 1,35 1,36 1,36 1,36




1,35 1,34 1,36 0,0072

2,15 2,09 2,20 0,0488

17,53 17,72 17,7

2,88 2,88 2,88

2913,32 2913,32 2913,32

2,09 Átlag 2,11 Min 2,11 Max Szórás

18,24 18,29 18,25

2,86 2,86 2,86

2913,32 2913,32 2913,32

2,19 2,20 2,19

79

PVC alapú extrudált habok mechanikai vizsgálata

Recommend Documents