Természetes és mesterséges polimerrendszerek

Természetes és mesterséges polimerrendszerek Dr. Alpár Tibor L.

Fa- és Papíripari Technológiák Intézet

Szakkönyvek Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai M!egyetemi Kiadó, Budapest, 2000. http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/adatok.html Bodor G.; Vas L. M.: Polimer anyagszerkezettan M!egyetemi Kiadó, Budapest, 2000. Schwarz O., Ebeling F.-W., Furth: Kunststoffverarbeitung Vogel Verlag, 2009 Takáts Péter: Szervetlenkötésű fa- és rostkompozitok Szaktudás Kiadóház, Budapest, 2010. Németh Károly: Faanyagkémia Mez"gazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest, 1997. Werner Pankoke: Continuous Press Technology Verlag Moderne Industrie, Landsberg, 1997.

Bevezetés

AT

Fa, mint polimer rendszer

AT

Mesterséges polimerek

CsL

Természetes polimerek

HK

Polimer feldolgozás I.

AT

Polimer feldolgozás II.

AT

Hőpréselés

AT

Kerámiák

AT

Tervezett tulajdonságú termékek

AT

Kompozitok

AT

Fa-műanyag rendszerek

AT

ZH

AT

Polimerek A polimerek ismétl"d" egységekb"l, monomerekb"l felépül" nagyméret! molekulák, melyekben az egységeket kémiai kötések kapcsolják össze. Elvileg végtelen sok ismétl"d" egységb"l állhatnak, szemben az oligomerekkel, amelyeket meghatározott számú (10-100) monomer alkot.

Természetes és mesterséges polimerek A polimerek lehetnek természetesek pl. cellulóz, fehérje stb., természetes alapú mesterséges anyagok pl. viszkóz, PLA, stb., vagy a természetben nem el"forduló, mesterségesen létrehozott vegyületekb"l szintetizált polimerek pl. PP, PE, PET, stb.

poli - meros Görög eredet! szavak összetételéb"l: “poli” = sok “meros” = rész A polimer kifejezést el"ször a svég Jöns Jacob Berzelius alkalmazta 1833-ban, bár kissé eltér" értelemben: azonos empirikus képlettel leírható, de eltér" molekulatömeg! szerves vegyületeket nevezte így.

Kis történelem 1811: Henri Braconnot: cellulóz származékokat hozott létre. 1824: Friedrich Wöhler el"állítja a karbamidot. Kés"bb a XIX. században a vulkanizálással javították a természetes polimer, a gumi tartósságát. 1907: Leo Baekeland megalkotta az els" szintetikus polimert, a bakelitet, fenol és formaldehid precízen ellen"rzött h"mérsékleten és nyomáson való reakciójával.

Kis történelem A polimerek elméletével el"szü az 1920-as években foglalkozott Hermann Staudinger, aki feltételezte, hogy a polimerek kovalens kötéssel kapcsolódó atomok hosszú láncából állnak. Ezért 1922-ben Nóbel díjat kapott. Az ipari elterjedés alapjai: nylon, polietilén, teflon és szilikon. Új feljesztés pl. OLED

Makromolekulás vegyületek Kis molekula- tömeg tiszta állapotban el"állíthatók azonos molekulatömeg! egyedek pl. H2O, NaOH, CH3

Makro-molekulás: molekulatömeg nem állandó! új tulajdonságok, pl. elaszticitás

Polimerek

A polimerek szerves makromolekulás anyagok: természetes: növényi rostok, fehérjék, stb. mesterséges: celluloid, bakelit, PP, PET, stb.

Polimerek csoportosítása

Gyártásuk szerint Feldolgozás szerint Primer szerkezet szerint

Gyártásuk szerint Polimerizációval (PE, PP, PVC, PS) Polikondenzációval (PA, PET) Poliaddícióval (PUR, EP) Természetes (alapú) polimerek (cellulóz, üveg, bazalt, azbeszt, fehérje)

Feldolgozás szerint h"re lágyuló (termoplaszt): PP, PE, PET, PVC, PLA, stb.

h"re keményed" (duroplaszt): fenol-, karbamid-, melaminformaldehid, MDI, epoxi, stb.

elasztomerek - általában h"re keményed"k: gumi, szilikonkaucsuk, stb.

Primer szerkezet szerint

Homopolimer, azonos monomerekb"l áll a f"lánc (PE, PP, PVC, PS) Kopolimer, keverék (ABS, Poliblend)

Szerkezet szerint lineárisak - pl. cellulóz, elágazóak - pl. poliózok, bizonyos fehérjék, térhálósak - pl. fenoplasztok, elasztomerek, folyadékkristályok

A m!anyagipar nyersanyagai Alap nyersanyag bázisok: szén, k"olaj, földgáz, természetes eredet!

A szén elgázosítás lepárlás cseppfolyósítás

Tőzeg 4-6 mév, 90% víz

Lignit 40-60 mév, 50% víz

Antracit 400-600 mév, 3% víz

A k"olaj, földgáz lepárlás, atmoszférikus lepárlás, vákuumos krakkolás

•Telített szénhidrogének •Aromás szénhidrogének •Gyanták és aszfaltének

Temészetes polimerek

•Növényi eredetű származékok •celluloid, viszkóz, stb. •politejsav, biotenanol alapú PE, stb. •Állati eredetű származékok •kazein, véralbumin, csontenyv

Polimerek általános jellemzése kis sűrűség (900...2000 kg/m3), kis rugalmassági modulus; hőre lágyuló (0,7...4000 MPa),

nagy hőtágulási együttható,

hőre keményedő (2500...10000 Mpa),

kisebb szilárdság és merevség,

kis szakítószilárdság (5...80 MPa), általában nagy nyúlás (100...800 %), kis súrlódási együttható, jó siklási tulajdonság, kis hővezető képesség, jó elektromos szigetelő, jó ellenállás savakkal, lúgokkal környezeti hőmérsékleten, jó hangszigetelés, rezgés- és zajcsillapítás, könnyű megmunkálhatóság, viszonylag alacsony gyártási ár

elektrosztatikus feltöltődés, kúszási hajlam már 20°C-on is, nagyobb öregedési hajlam normál környezeti hatásokra, kis kifáradási határ, nagyobb gyúlékonyság környezeti hatások

Polimerek tulajdonságai Kötések: molekulán belül, között: kovalens molekulák között: van der Waals, H-híd

Cellulóz

Taktikusság Makromolekula szomszédos csomópontjainak sztereokémiai helyzete: izotaktikus: azonos oldalon szündiotaktikus: két oldalon felváltva ataktikus: két oldalon rendezetlenül

Polimerek el"állítása Polimerizáció: telítetlen, szerves monomer molekulák aktiválása, a szabad vegyértékek telítése melléktermék keletkezése nélkül, exoterm láncreakciókban hosszú (>103) láncú kovalens kötések kialakításával, pl.: polietilén (PE), polipropilén (PP), polisztirol (PS).

Polikondenzáció: különböz" típusú monomerek egyesítése láncreakcióban makromolekulává kis molekuláris reakciótermékek (H2O, HCl, NH3, NaCl stb.) keletkezése mellett, pl.: telített poliészter (PET, PBT), poliamid (PA), fenoplaszt (PF).

Poliaddíció: reakcióképes funkciós csoportok egyik monomerb"l egy másikhoz való átrendez"dése melléktermék keletkezése nélkül, pl.: poliuretán (PUR), epoxigyanta (EP), szilikon gyanta (SI).

Polimerizációs reakciók kett"s, hármas kötés

nem szükséges kett"s kötés, melléktermék képz"dik

egyik monomerben kett"s kötés, H vándorlás

Polimerek jellemz" h"mérsékletei Üvegesedési h"mérséklet (Tg): amorf szerkezet! lineáris polimereknél az a molekulaszerkezett"l függ" T, amely felett szegmensmozgás lehetséges

Kristályolvadási h"mérséklet (Tkr): az a T, amely felett a kristályos tartomány szegmensmozásai lehetségesek

Olvadási h"mérséklet (To): az a T, amelynél fázisátalakulás történik

Degradálódási h"mérséklet (Td): az a T, amely felett a polimer leromlik, degradálódik

Polimer típusok Szerkezetük alapján a polimerek lehetnek: amorf, gyengén térhálós, kristályos fázisokkal térhálósodott, er"sen térhálós.

Amorf polimerek Amorf polimerek (plasztomerek, pl. PVC, PS, PC): üvegesedési h"mérsékletük alatt használhatók terhelt szerkezetekben, üvegesedési h"mérsékletük fölött rugalmasan viselkednek, nagyobb h"mérsékleten meglágyulnak és képlékenyen viselkednek.

Gyengén térhálós polimerek Gyengén térhálós polimerek (elasztomerek, pl. PUR, SIL): üvegesedési h"mérsékletük kicsi (-70...-130°C), mechanikai igénybevételre rugalmasan válaszolnak, nincs jellegzetes lágyulásuk és olvadásuk, gumiszer! állapotukat a degradálódásig megtartják, két szomszédos polimer molekulához egyszerre kapcsolódó atomokkal (pl. S) hozhatók létre.

Részben kristályos polimerek Részben kristályos polimerek (plasztomerek pl. PE, PP, POM): üvegesedési h"mérséklet alatt kemények, üvegesedési h"mérséklet fölött jelent"s szilárdság mellett szívósan viselkednek, kristálybomlási h"mérséklet fölött a kristályos részek amorf állapotba mennek át, meglágyulnak és képlékenyen viselkednek.

Er"sen térhálós polimerek Er"sen térhálós polimerek (duromerek pl. PF, MF, UP): melegítéskor nem lágyulnak és nem olvadnak, kemény állapotukat a degradálódásig megtartják.

Molekulaközi erők

Jellemző Példa hőmérsékletek

Hőre lágyuló polimerek plasztomerek

Van der Waals poláros H-híd

amorf: Tg,To, Td

amorf: PS, PVC,PMMA,PC

részben kristályos: Tg,Tkr, To, Td

részben kristályos: PE,PP,PTFE,POM,PA

Hőre keményedő polimerek duromerek, duroplasztok

kovalens (sok)

amorf: Tg, Td

fenol-formaldehid gyanták (fenoplasztok, bakelitok) amin-formaldehid gyanták (aminoplasztok, lágy bakelitok) telítetlen poliészterek epoxi gyanták

Elasztomerek

kovalens (kevés)

amorf: Tg, Td

természetes kaucsuk mesterséges kaucsuk

Termoplasztikus elasztomerek

mikro-

Tg,Tkr, To, Td

PUR

kristályokkal

A fa kémiai felépítése Faanyag

Lignin

Cellulóz

Xilánok

Holocellulóz

Járulékos anyagok

Poliózok (hemicellulóz)

Mannánok

Glükánok

Galaktánok

Néhány rost alapanyag kémiai alkotórészeinek megoszlása [%] Fafaj

Cellulóz Poliózok Lignin

E-B* Forróvizes Hamu extraktok extraktok

Erdeifenyő

41,4

13,2

27,6

6,6

4,1

Lucfenyő

46,0

8,3

27,3

2,0

2,0

Akác

50,1

23,7

20,6

2,8

4,6

Bükk

49,1

12,0

23,8

0,8

Tölgy

41,1

22,2

29,6

0,4

Fehér nyár

49,0

25,6

23,1

0,2

Egynyári növ.

33-38

27-32

16-19

4-8

*E-B: etanol-benzén

0,5

0,3 0,3

12,2

0,3

A cellulóz kémiai felépítése I. A cellulóz alap építőeleme a β-D-glükóz (glükopiranóz). A makromolekulában ismétlődő egység a cellobióz, melyben két β-D-glükóz kapcsolódik glikozidos kötéssel. A makromolekula közel lineáris – a glikozidos kötéseknél kissé tört – ezért inkább nyújtott szalag formájú. A cellobióz egység hossza 1,03 nm.

A cellulóz kémiai felépítése II. A cellulózlánc alakját, konformációját meghatározza: a β-D-konformációs glükóz formula, amely az ekvatoriális kapcsolat eredménye a piranózgyűrű minimális energiaszintű kádformája, amely szinte sík alakzatot hoz létre hidrogénhidas kötések, amelyek rögzítik a planáris szerkezetet, de meg is törik a lineáris alakot

Egy glükóz egység mérete 0,515 nm A cellulózmolekula hossza a polimerizációs fok (n) függvényében n · 0,515 nm A cellulóz a farostokban található, ezért a sértetlenül feltárt

A cellulóz polimerizációs foka A polimerizációs fok (DP) az egy polimerre eső molekulaszám. A farostok feltárásakor a DP-t magasan kell tartani. A 14 000 DP-s cellulózlánc hossza 7,2 µm, azaz 14 000-szer nagyobb, mint a lánc átmérője, tehát a cellulóz nagyon hosszú

Cellulóz

Átlagos DP

Természetes fa

8000 – 10000

Természetes gyapot

14000 – 15000

Poliózok

80 – 200

Technikai cellulózok

600 – 2000

Regenerált cellulózok

200 – 900

A poliózok kémiai felépítése A poliózokban előforduló cukoregységek: pentózok, hexózok, hexuronsavak és dezoxi-hexózok. A lombos fák legfőbb polióza a xilóz. A fenyőfélék legfőbb polióza a mannóz, ill. arabinóz. A poliózok főláncában a szénhidrátegységek piranozid formában, az oldalláncokban furanozidos szerkezetben fordulnak elő. A polióz makromolekulák különböző mértékben elágazóak. A főlánc kémiai felépítése alapján osztályozhatók: xilánok, mannánok, glükánok, galaktánok. A pektinek azok a galaktouronsav polimerek, galaktánok és arabinánok, amelyek aktív kolloid sajátosságokat mutatnak, pl. gélképződés.

A poliózok cukoregységei

A lignin A lignin pontos kémiai, szerkezeti felépítését nem ismerjük. Az átlagos elemi összetétele a legtöbb fafajnál: széntartalom: 58 – 64 % oxigéntartalom: 29 – 35 % hidrogéntartalom:

6,1 – 6,5 %

A rendkívüli komplexitás ellenére van egy szerkezeti elem, amelyből a lignin makromolekula struktúrája felépíthető: fenil-propán egység. Emellett a ligninben metoxilcsoportok is jelen vannak (-OCH3)

Járulékos (extrakt) anyagok Egyszerű fenolok és polifenolok egyszerű fenolok lignánok flavonoidok és kondenzált tanninok hidrolizálható tanninok stilbének kinonok tropolonok

Terpének és gyanták További járulékos anyagok cukrok ciklitek zsírok, viaszok alkaloidok

Hogyan építik fel a kémiai alkotóelemek a fa anatómiai alkotóelemeit?

Kémiai alkotóelemek – anatómiai alkotóelemek A cellulóz mikromolekulás szerveződése

Micelláris elmélet Cellulóz: orientált, kristályos – a micella közepe – és orientálatlan, amorf – a micella végei – részekből áll. Ezek a micellák (elemi cellák – cellulóz-I) kapcsolódnak össze elemi fibrillákká (mikrofibrilla – 40-50 cellulóz-molekula) – Ø 3,5…4,0 nm. A mikrofibrillák fibrillákká szerveződnek (több ezer cellulózmolekula) – Ø 10…25 nm. Az elemi cella – monoklin kristály – cellulóz-I Az a tengely irányában intermolekuláris hidrogénhidas kötések hatnak A b tengely irányában van der Waals er!k

A cellulóz szerepe a sejtfal felépítésében A sejtfalban a mikrofibrillák és fibrillák lazán kapcsolódnak egymáshoz. Távolságuk: nedves állapotban: 1,2 – 5 nm száraz állapotban: ~ 1 nm

Az interfibrilláris teret rendezett, de nem kristályos ill. duzzasztott állapotban rendezetlen szénhidrátok, ill. víz tölti ki. A cellulóz molekulák mikrofibrillákban való elhelyezkedésé-nek alapelvei: Hosszirányban a rendezett tartományt egy rendezetlen követi – rojtos micella. A szalagszerű, egyedi fibrillák hosszirányban rendezett és rendezetlen részekből állnak. A hosszirányban lévő rendezett terület hajtogatottan tömörített láncokból áll. Ezek a szomszédos lánckötegek rendezetlen részeihez kapcsolódnak.

A poliózok (hemicellulózok) Szabálytalan felépítésűek, elágazó lánc szerkezettel. Különbségeik a cellulózzal szemben: sokkal rövidebb molekulalánc, kisebb molekulatömeg nagymértékű polidiszperzitás elágazások a főláncon a láncot több alapegység építheti fel A pliózok poliszacharidok, és lehetnek homopolimerek (azonos molekulákból szervezettek) vagy heteropolimerek (láncában különböző szénhidrátegységek vannak) Ide tartoznak még a poliuronsavak és a poliuronidok. Szerkezetükben átmenetet képeznek a kristályos cellulóz és az amorf lignin között. Így a cellulózból származó nagy merevség jelentős rugalmassággal párosul.

A poliózok szerepe a fában A cellulózzal hidrogén hidas, míg a ligninnel kémiai kötésben vannak. A húzott és nyomott fa nagy mennyiségben tartalmaz különböző poliózokat és poliuronsavakat. A középlamellát és az udvaros gödörkéket főleg galaktánok, galakturonánok és arabinánok alkotják. A mikrofibrillák elsősorban cellulózból állnak, a poliózok a fibrillák között találhatók.

A főbb poliózok előfordulása a fában [%] Polióz

Lombos fák

Fenyőfélék

Xilán

20 – 35

5 – 15

Mannán

3–5

20

A poliózok jelentősége a termék-gyártásban A fa polióz tartalma befolyásolja pl. a faanyag rostosíthatóságát, őrölhetőségét a rostfeltárásban. Azok a holocellulózok, amelyek sok alkáliában oldódó poliózokat tartalmaznak, az erős vízszorpció miatt jól őrölhetők, és pl. nagyobb szilárdságú papír gyártható belőlük, mint az α-cellulózból. A poliózok megfelelő rostfeltárás esetén jelentősen hozzájárulnak a farostlemez szilárdságához, mivel részt vesznek a kötésben. A különböző ragasztóanyag használat nélküli lapgyártási kísérletek éppen ezen poliózok megfelelő szabaddá tételén alapulnak.

A lignin szerepe a fában A cellulóz mellett a legnagyobb mennyiségű szerves polimer vegyület a növényvilágban. Mindig a cellulózhoz kapcsolódva található. A tér minden irányában polimerizálódik, és kitölti a cellulóz alkotta vázat, így szilárdítva a sejtfalat. A lignin fában való helyzetének két fő elmélete: térháló elmélet: a lignin a fában 3-dimenziós hálót alkot, amely rövid lineáris láncokat tartalmaz, kovalens kötéssel kapcsolódva a köztes láncokhoz. Így a lignin semleges oldószerekkel oldhatatlan (kivéve az izolált). lignin-szénhidrát kötés elmélete: a lignin kapcsolódik a fa szénhidrát frakciójához, égy a lignin oldhatatlan lesz.

A lignin szerepe a termék gyártásban A hidrotermikus kezelés hatására a lignin-hemicellulóz kötések felszakadnak. A lignin víz jelenlétében már 90°C-on plasztikussá válik, a préselési hőmérsékleten pedig viszkózussá. Egy termikus alakadási eljárás során ezek az aktivált fenoplasztszerű anyagok új kötéseket hoznak létre egymás és a cellulóz között a rostok határfelületén. A nagy lignintartalom csökkenti a farostlemez vastagsági dagadását és növeli a nyomószilárdságát.

A fa anatómiai felépítése A fa makroszkópos felépítése: kéreg héjkéreg háncs kambium fatest szíjács geszt bélsugarak edények gyantajáratok bél

A fa mikroszkópos felépítése: Feny"félék: áledények (tracheidák) 90 – 95% bélsugarak (parenchima ill. tracheida sejtekb"l) gyantajáratok Lombos fajok: farostok (libriform rostok) edények (tracheák) faparenchimák bélsugár-parenchimák

A fa anatómiai felépítése A fát szilárdító, szállító és raktározó szövetek, sejtek építik fel. A sejtek alakja, méretei fafajonként, de fajokon belül is igen eltérek. A sejtek: sejtfallal határolt kezdetben élő sejtplazma. Később a sejtfal megszilárdul, a plazma helyét fafajtól függően sejtüreg vagy pl. akác esetén thyllisek veszik át. A sejtfal elemi részekből épül fel. A cellulóz részaránya kb. 50 % a fában, ezért ez a meghatározó szerkezeti szempontból.

Celluzóz

A sejt felépítése I. KL: középlemez P: primer fal S1: szekunder fal, külső réteg S2: szekunder fal, középső

réteg S3: szekunder fal, belső réteg T: spirális sejtfalvastagodás

vagy tercier réteg Sz: szemölcsös réteg

A sejt felépítése II. Középlamella: a sejteket kapcsolja össze. A sejtosztódáskor keletkezik, ekkor pektinből áll. Később a cellulóz lerakódásával sűrűsödik, a pektin helyét átveszi a lignin.

Primer fal: pektinből és poliózokból áll. Lazán kötődő cellulóz fibrillák hálózzák be. Cellulóztartalma a száraz tömeg harmada.

Középréteg = középlamella + primer fal Vastagsága 0,1 – 3 µm. Rostosítás feladata ennek a középrétegnek a plasztifikálása, majd a rostok elcsúsztatása, szétválasztása e középréteg mentén. A rost-rost felületkémiai reakciók biztosításához a primer fal külső rétegét is fel kell bontani.

A sejt felépítése III. Szekunder fal: Három további rétegre oszthatjuk: vékony külső réteg középső réteg – a legvastagabb belső réteg – nem alakul ki minden fajnál (pl. nyír rostok, lucfenyő tracheidák)

Mikrofibrillák kristályos láncrácsa szilárdítja – részben párhuzamosak, részben kapcsolódnak egymáshoz. A rost hossztengelyéhez képest rendszerint csavarvonalban helyezkednek el. Az emelkedési szög befolyásolja a szilárdságot, és a dagadást. Az alacsony emelkedési szög nagy rostszilárdságot ad. Elfásodáskor az interfibrilláris teret extrakt anyagok és a mikrofibrillákhoz kapcsolódó lignin tölti ki. A lignintartalom a primer fal felé nő.

Tercier réteg: ez határolja a sejtüreget.

A fában előforduló sejttípusok a)edények 1-5) keresztfalak

b)rostok 1-2) tracheidák - lombos

c)parenchim sejtek 1-3) libriform rostok

d)bélsugár elemek 1) bélsugár sejtek 2-4) hossz parenchim sejtek

e)tracheidák f) bélsugár sejtek

Sejttípusok szerepe a rosttechnológiában Fontosak a szklerenchima vagy szilárdító rostok: lombos fákban ezek jórészt a libriform rostokat jelentik tűlevelűekben a kései pászta tracheidáit.

A szklerenchima rostok mennyisége változó: tűlevelűekben: kb. 91 – 95 % lombos fákban: kb. 66 % egynyári növényekben: kevesebb, mint 25 %

A parenchim sejtek vagy edények csupán töltőanyagot jelentenek, ill. a kimenő technológiai vizet szennyezik.

A tűlevelűek anatómiai jellemzői I. Keresztmetszet

Bélsugár parenchima Gyantajárat

Kései pászta (tracheidák) Évgy!r! határ Korai pászta (tracheidák)

Bélsugár parenchima Tangenciális metszet

Udvaros gödörke Sugárirányú metszet

A tűlevelűek anatómiai jellemzői II. Fő építőelemek a tracheidák – 96 V% Kis mennyiségben parenchim sejtek is előfordulnak. Szerepük szerint edény és rost tracheidák vannak. Korai pászta: szállító szövetek – nagy lumen, vékony fal jól összenyomható, karcsú farostokat adnak nagy, sima nemezelő felület

Kései pászta: szilárdító szövetek – kis lumen, vastag fal

Ezek aránya befolyásolhatja a farostlemez sűrűségét. Kevés, sugárirányú bélsugár jellemző a tűlevelűekre.

A lombos fák anatómiai jellemzői I.

A lombos fák anatómiai jellemzői II. Lombos fák sejttípusai: edények (tracheák) – 6 – 65 % libriform rostok - 13 – 80 % parenchim sejtek – főként az edények, bélsugarak körül bélsugár sejtek – sugárirányúak, több rétegűek A korai és kései pászta edényátmérői 10:1 arányúak is lehetnek. Felépítésük lehet szórt vagy gyűrűs likacsú. A farostok falvastagsága fafajonként igen változó, és adott törzsön belül is eltérő.

Az egynyári növények anatómiai jellemzői

Az egynyári növények sejtfelépítése hasonló a fákéhoz: középlamella, primer fal, szekunder fal – állhat több részből, tercier fal, sejtüreg.

A rosttechnológia szempontjából a vékonyfalú nagy sejtüregű háncssejtek fontosak.

A fa anatómiájának szerepe a termék-gyártásban I. Gyártástechnológiailag fontos anatómiai jellemzők: műszakilag hasznosítható rostok mennyisége farostok geometriája feltárt farostok felületének nagysága, minősége farostok kémiai felépítése

Rostkihozatal: a rostosítással gyártott rostmennyiség a teljes feltárt fához viszonyítva. A technológia és a gazdaságosság egyik alapja Maximális rostkihozatal: tűlevelűek: 95 % lombos fák: 66 % egynyári növények: 25 %

A fa anatómiájának szerepe a termék-gyártásban II.

A rostosítás célja, hogy a feltárt szklerenchima rostok minél hatékonyabban vegyenek részt a farostlemez kialakításában (nemezelődés, filcelődés, felületkémiai reakciók.) A parenchim sejtek és a tracheák csak töltőanyagok. Arányuk növekedése növeli a kész lap nedvszívó képességét, és a nedves eljárás víz szennyezését. A farostok filcelődését, víztelenesését, tömörítését befolyásoló geometriai jellemzők: hossz átmérő

}

karcsúság

felület nagysága sejtfal vastagság sejtüreg térfogat

}

sejtfal-lumen arány

A fa anatómiájának szerepe a termék-gyártásban III. Az összenyomhatóságot a sejtfal-lumen arány határozza meg: vastag falú, kis sejtüregű rostok nehezen tömöríthetőek, és visszarugóznak vékony falú, nagy üregű rostok jól tapadnak egymáshoz, jól tömöríthetők zárt felületté

A filcelődést a karcsúság határozza meg: nedves eljárásnál a hosszú, karcsú, hajlékony rostok megfelelőek – tűlevelűek – l/d : 89 – 115, száraz eljárásnál a rövid, sima felületű, vékony rostok – lombosok – l/d : 30 – 50.

A felület nagysága a rostok között kialakuló kapcsolatokat határozza meg: a lehető legnagyobb tapadó és aktív ragasztási felületet kell elérni.

Rost alapú termékek Papír (csomagolástechnika, nyomtatás, stb.) Papírmasé (bels"építészet, m!vészet) Farostlemez (bútoripar, autóipar) Rost-cement termékek (épít"ipar) Rost-gipsz termékek (épít"ipar) Fa-m!anyag kompozitok (atóipar, bútoripar, stb.) Kerámia (épír"ipar, bels"építészet) Sziegetel" anyagok (épít"ipar) Textilek (viszkóz)

Papír (csomagolástechnika, nyomtatás, stb.)

Papírmasé (bels"építészet, m!vészet)

Farostlemez (bútoripar, autóipar)

Rost-cement termékek (épít"ipar)

Rost-gipsz termékek (épít"ipar)

Fa-m!anyag kompozitok (atóipar, bútoripar, stb.)

Kerámia (épír"ipar, bels"építészet)

Sziegetel" anyagok (épít"ipar)

Textilek (viszkóz)

Gyakorlati polimerek

Polietilén részben kristályos plasztomer etilén homopolimerizációja PE

nyomás: kicsi - közepes – nagy

S$r$ség:

LDPE 0,91 kg/dm3 ~ 50 % krist. hányad HDPE 0,97 kg/dm3 ~ 70 % krist. hányad

Jell. h!m:

Tg ~ -80 ºC (legkisebb a polimerek között) To ~ 140 ºC, Talk ~ -80 - +90 ºC

Szil.:

n", ha nö a -molekulatömeg, -kristályos hányad -textúrásság, -s!r!ség

Vegysz:

jó, szobah"m.-en nincs oldószere fesz. korr. hajlamos (mech. fesz.+vegyszer)

Egyéb

nem poláros, nem tölt"dik, vízfelv. nem hajlamos, olcsó, áttetsz", neg. h"tág. együttható

Felh:

csomagolástechnika, épít"ipar, mez"gazdasági fólia, vill. ipar, zsugorkötés

Polipropilén PP

részben kristályos plasztomer propilénb"l polimerizálva etilénnel kopolimerizálva

Taktikusság:

izo (70 % krist.) – szindio – ataktikus

Kristályosság:

molakulatávolság, tömeg, takticitás, elágazottság, h!tési sebesség, alakítás

H!m.:

a PE-hez képest felfelé tolódnak -15 – 0 ºC között ridegedés

Szil.:

szil., rug. mod., kúszásállóság jobb

Egyéb

jó éghet"ség – csepegés – t!z terjedése – égésgátló adalék

Felh:

csomagolástechnika, épít"ipar, labor és konyhafelszerelés, játék, sportszer

Polisztirol PS

amorf plasztomer sztirolból polimerizálva

Taktikusság:

ataktikus – amorf szindiotaktikus - kristályos

H!m.:

80 ºC alatt rideg –szálkás törés

Egyéb

kicsi nyúlás, átlátszóság hátrányos tulajdonságok

Ko-polimerek

ABS – akril-nitril butadién sztirol SAN – sztirol – akrilnitril SB – sztirol – butadién

Cél:

szil. és szív. növelés rideg, szálkás törés megszüntetése

Mód:

elasztomerrel modifikálás, sztirol kopolimerizátum – kompozit

Eljárás:

kopolimerizáció, mech. keverés

Eredmény:

többfázisú felépítés diszperz elasztomer fázis

Polivinilklorid PVC

amorf plasztomer vinilkloridból polimerizálva amorf, poláros, ataktikus er"s mközi er"k – lágyítók kemény PVC ~5 % lágyító lágy PVC ~10-40 % lágyító

H!m.:

80-ról 0 ºC-ra csökkenthet" a Tg

Mechanika:

jó, szívósság elég jó Tg alatt is, képlékenység elég jó a kemény PVC-nél is

Kopolimerek

ütésálló PVC kopolimer mech. keverés, nitril-kaucsuk

Feldolgozás:

az er"s szekunder kötések miatt segédanyagok nélkül nem lehet (lágyítók, csúsztatók)

Egyéb:

vegyszerállóság igen jó, nagyfrek-venciás technikában – polárosság(!)

Alkalmazás:

csomagolás: tartály bélés, palack, épít"ipar: ablak, ajtó keret, tapéta, padló, szigetelések; játékok, hanglemez

Poliamidok PA Nylon

részben kristályos plasztomer poliamid, diamin és dikarbonsav polimerizálva CO és NH csoportok között H-hidak alakulnak ki

H!m.:

-40 és +120 ºC-között jó tulajdonságok

Mechanika:

szil. n" a CH2 csoportok számának csökkenésével

Hátrány:

vízfelvételi hajlam – duzzadás súrl. egyh. – n" a h"mérséklettel

Alkalmazás:

szál (szil., kopásállóság, jó elsztic.), damil, háló, húr, textil, fogaskerék, fólia, csapágy

Plexi PMMA

- polimetil-metakrilát - metakrilsav-metilészter polimerizációjával amorf plasztomer

H!m.:

-40 és +70 ºC-között

Mechanika:

kicsi képlékenység, némileg szívós feszültségkorrózióra hajlamos

Egyéb:

átlátszó, 99 %-os átereszt" képesség, UV sugarakat is átengedi biológiai közömbösség szövetbarát jelleg

Alkalmazás:

optikai eszközök (szerves üveg) ablakok, véd"burkolatok protézisek, csontpótlások

PC

-polikarbonát - difenilol propán és foszgén polikondenzációja, amorf plasztomer - allil-csoportos monomer polimerizációjával duromer

H!m.:

-40 és +130 ºC-között

Mechanika:

nagy szil., üvegszállal fokozható kicsi képlékenység, ütésállóság

Egyéb:

kiváló tulajdonság együttes átlátszóság, szilárdság, rugalmasság, ütésállóság

Alkalmazás:

villamos ipar (szigetel"k, dobozok, világítótestek), biztonságtechnika (maszkok, sisakok, konténerek), épít"ipar (kupolák, csarnokok)

Teflon PTFE

politetrafluor-etilén részben kristályos plasztomer er"s kristályosodási hajlam, lineáris tetrafluor-etilénb"l polimerizálva nem poláros

H!m.:

Tg -70 ºC, To 340 ºC

Feldolgozás:

megolvasztva nem viszkózus csak spec. módszerrel dolgozható fel polimerizáció – por – formára sajtolás hidegen – szinterelés (370-400 ºC) – h!tés – féltermék (rúd, lap, tömb) – forgácsolás – késztermék fóliák: tömbökb"l „hámozással” porextrudálás: profil, kábel bevonat

Egyéb:

nagy s!r!ség (2,4 g/cm3) nagyon vegyszerálló antiadhezív nagy h"m. is fény- és id"járás álló, éghetetlen

Alkalmazás:

csapágyak, h"- és vegyszerálló szerelvények, szigetelés, tömítés, konyhai eszközök, pengék bevonata

PUR

-poliuretán, izocianát és polialkohol reakciójának eredménye lehet: -h"re lágyuló PUR, részben kristályos, -elasztomer PUR, gyengén térhálós -duromer PUR, er"sen térhálós -PUR hab -termoplasztikus elasztomer PUR

H!m.:

-szil., rug. mod. széles határok között, -alacsony h"mérsékleten is szívósak -40, esetenként -200 ºC (!)

Mechanika:

kifáradási ellenállás, kopási ellenállás kiemelked"en jó

Egyéb:

-sokszín!ség, jó szigetel"k -szövetbarát viselkedés a térhálósodott min"ségeknél

Alkalmazás:

-H"re lágyuló PUR: szál, ruhanem! -Elasztomer PUR:energiaelnyel" elemek, rugók, bordásszíjak, sícip"k, terel" pofák -Kemény PUR (duromer): fémalkatrészek védelme, tartály bélelés, konvejor görg"k, csúszó alkatrészek

Elasztomerek

- poliizoprén, polibutadién, SBS Neoprén (poliklorophén), szilikonok -gyengén térhálós szerkezet -vulkanizálás

H!m.:

Tg -50 és -70 ºC-között h"állósági határ 80 és 120 ºC-között

Mechanika:

-kicsi rug. mod., nagy rugalmas nyúlás -képlékeny alakítás kizárt

Egyéb:

polibutadién – gáztömörség kopolimerizáció: poliSztirén-Butadién-Sztirén (SBS) termoplasztikus elasztomer

Alkalmazás:

autógumi, ütköz"elemek, rugók, sportszerek,

Duromerek

-h"re keményed" -reakcióval keményed" -térhálós szerkezet

Feldolgozás:

-sajtoló anyag (por, lap sajtolása f!tött szerszámban) -önt"gyanták (reagens hatására formában térhálósodnak)

Reakció:

-polikondenzáció (fenol-, amin gyanták) -poliaddíció (epoxi gyanták) -polimerizáció els" szakasza: alapanyaggyártó, második szakasz:feldolgozó üzem

Egyéb:

-tölt", er"sít" anyagok -nincs olvadás csak degradáció

Típusok:

-fenol-formaldehid gyanták, fenoplasztok (bakelitek) -melamin-formaldehid gyanták, aminoplasztok -epoxigyanták -poliésztergyanták -PUR duroplasztok

Baekeland, 1907

Fenoplasztok bakelitek

-fenolok+aldehidek – gyanta jelleg! -makromolekula – két funkciós -térhálós – három funkciós két típus: novolak – rezol

Tulajdonságok:

-jó, ütésállóság kicsi -jó h"állóság, elszenesedés -nem ég, nem csepeg -súrl. együttható csökkenthet" vízzel -olcsó

Egyéb:

-rezol – rezitol – rezit állapot (olvasztható – oldható – oldhatatlan) -köt"anyag, vázanyag, adalékok (fa, üveg, papír, textil, színezék, stb.)

Gyártás:

fenol-form. gyanta (rezol) – "rlés – adalékok – melegítés (rezitol) – lepény – "rlés – sajtolópor

Alkalmazás:

-mag. h"m.-en m!köd" házt. gépek alkatrészei, fék és kuplung betétek, csapágyak, épít"ipari habok, rétegelt lemez, ragasztó

Aminoplasztok

-karbamid-formaldehid gyanta (UF) -melamin-formaldehid gyanta (MF)

Tulajdonságok:

-jó, ütésállóság kicsi -rugalmassági modulusz jó -közepes h"állóság, -nem ég, égésgátló -melamin – élelmiszerrel érintkezhet -olcsó, színezhet"

Egyéb:

-fokozatos kondenzáció -tölt", vázanyagok – kompozit -sajtoló anyag – rétegelt lemez

Alkalmazás:

-doboz, tányér, pohár, tálca, laboráru -nagyfrekvenciás szigetelés -dekorációs lemezek (impregnált papírlemez rétegek, fenolgyatás mag, kemény, fényes, vegyszer- és vízálló)

Epoxigyanták

gy!jt"név – epoxi csoport, addíció alkalmazás els"sorban kompozitként üveg-, szén-, aramid szál

Tulajdonságok:

-kicsi h"állóság max. 130°C -éghet", csak adalékokkal -nagy szilárdság kompozitként -jó vegyszerállóság, jó tapadás -drága

Egyéb:

-térhálósítás szobah"mérsékleten: keverés térhálósítóval -térhálósítás növelt h"mérsékleten el"re keverés (sajtolóanyagok)

Alkalmazás:

önt"gyanta, beágyazás ragasztó (acél, alumínium) kompozit (hajó, csúszda, tartály, sporteszköz, ) Nyák panel, int. ármakör tokozás

Poliészter

-észter csoport alapanyaggyártás: polikondenzáció térhálósítás: kopolimerizáció (sztirol) -els"sorban kompozit anyag -polieilén-tereftalát (PET), plasztomer -polietilén-naftalát, plasztomer

Duromer:

-jó szilárdság, ütésállóság, kicsi rug. modulusz, -közepes h"állóság (130°C) -felületi gyantaréteg kell a vízfelvétel miatt csövek, tartályok, hullámlemezek, hajótest, lámpatestek, aknafedelek, polimer beton, karosszériaelemek, padlók

Plasztomer: PET

-amorf és kristályos változat (120→ 65 °C) -mechanikai merevség, méretstabilitás, -gázzárás, -PEN – magasabb üvegesedési h"mérséklet m!szál, palackok, fóliák (mez"gazdasági, írásvetít"), billenty!k, magnószalag, fogaskerekek, villamos csatlakozók, szállítószalagok

Polimertechnika Polimer feldolgozás

Szakirodalom • Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.:

A polimertechnika alapjai Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000.

• Bodor G.; Vas L. M.:

Polimer anyagszerkezettan Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000.

• Schwarz O., Ebeling F.-W., Furth: Kunststoffverarbeitung Vogel Verlag, 2009

Technikák • Előkészítés gépei • • •

Száraz keverés

• • • •

Kalanderezés

Ömledék keverés Granulálás

• Gyártás Extrúzió Fröccsöntés Különleges technológiák

Előkészítés I. Keverés

Keverés • Szinte minden termék alapanyaga

összetett keverékből áll. Pl. PVC cső 6-8-féle adalék.

• Adalékok: • •

védő adalékok - valamilyen hatás ellen funkcionális adalékok - valamilyen tulajdonság növelése miatt

Védőadalékok • antioxidánsok - oxidáció ellen • stabilizátorok - öregedés ellen • antisztatikumok - feltöltődés ellen • tűzvédő adalékok • biostabilizátorok • stb.

Funkcionális adalékok • lágyítók • csúsztatók • ütésállóságot javítók • erősítő szálak • habosítók • térhálósodást indítók • kristályosodást indítók • színezékek, stb.

Alapanyagok • A polimerek általában: • •

granulátum,

• • • •

granulátum,

por.

• Adalékok lehetnek: por, folyadék, paszta.

Keverési technológiák • száraz keverés (dry blend) poroknál •

ezt követően közvetlen adagolás a feldolgozógépbe

• ömledék keverés, magasabb hőmérsékleten

•

feldolgozógépbe adagolás előtt

• •

granulálás, szemcsézés granulátum szárítása

Keverési módok • Diszperzív keverés •

kohezív, összetartó komponensek méretcsökkenésével együtt járó intenzív keverés - pl. összetapadt festékpor keverése polimer porba fluid mixerrel,

• Disztributív keverés •

eloszlató, méretcsökkenéssel nem járó, extenzív keverés - pl. ömledék polimerek keverése ikercsigás extruderben

Keverékek •

Kompaund (compound): adott célra összeállított keverék (polimerek + adalékok)

•

Blend: polimer-polimer keverékek, amelyek homo- vagy kopolimerként viselkednek termodinamikailag kompatibilisek

•

Ötvözet (alloy): termodinamikailag összeférhetetlen polimereknél kompatibilizáló adalékokkal - nagyon intenzív keverési megoldásokkal

Száraz keverés

Száraz keverés • Porok, granulátumok keverhetők • • •

gravitációs úton vagy keverő hatású gépelemekkel, mesterkeverékek (masterbatch) készítéséhez

• •

szabadesés elvű buktatott hordó, eltolás elvű keverők, forgatott lapát forgatott edényben, eltolás és repítés elvű fekvő hengerek, örvénykeverő (nagy sebességű centrifugális)

• Porkeverők alaptípusai: • •

Buktatott hordó

Eltolás elvű keverő

Jellemző fordulatszám: 0,1-1 m/s

Eltolás-repítés

Nagy sebességű

Kever berendezések 5

Száraz keverékek kever berendezései

•

Fluid-ágyas örvénykever

Porok fluidizációs keverése:

• • • •

akár 4000 ford./min 5-10 min alatt 100°C szakaszos csatlakozó hűtőkeverő/aprító

Silós keverők • Gravitációs siló • Pneumatikus keverő siló • Vándorcsigás siló • Függőleges csigás siló Kever berendezések

4

Száraz keverékek kever berendezései

4

Függőleges csigás keverő

A keverendő anyagok mérete és sűrűsége közel azonos legyen.

Kúpos keverők

Vándorcsigás High shear

Ömledék keverés

Ömledék keverés • Polimerek és adalékaik megfelelő, homogén keverése csak ömledék állapotban lehetséges.

• A keverő lehet: • •

szakaszos - Banbury keverő - gumiipar folyamatos - extruder (nem csak keverő, hanem önálló feldolgozógépek is!):

• • •

egycsigás ikercsigás bolygócsigás

Szakaszos ömledék keverés

Hengerszék • •

•

Gumiipar, gumiabroncs gyártás Fő gépe a hengerszék:

• • • •

két közeli, de nem érintkező fűtött henger egymással szembe forog eltérő (10%) fordulatszámmal. keverék hőmérséklete: 100-120 °C keverés ideje ~1 óra

Ebből fejlődött ki a kalanderezés technológiája.

Hengerszék és zártkeverő 1: hengerpalást 2: kéregöntvény 3: a hűtővíz furatai 4: forgó szakáll 5: keverékpalást 1: felső kapu (bélyeg) 2: kamrafal 3: keverőkamra 4: rotor 5: hűtővízcső 6: alsó kapu

Banbury keverő • Belső keverés, • • •

két, egymással szembe forgó fűtött, bütykös hengerrel 8-as keresztmesztetű házban.

• Fordulatszám alacsony: 1 ford./ min

• A keverés tulajdonképpen dagasztás (kneader).

• Működése szakaszos.

Banbury keverő

Folyamatos ömledék keverés

Egycsigás extruder • Az extrudercsiga határozott menetszárny

szélességű csavarorsó, amely jól illesztett fűtött hengerben forog.

• A keverés jellegét meghatározza a menetemelkedés.

• Tipikus extrudercsiga: • •

hossza 20-30 x átmérő egy fordulatra eső menetmelkedés = átmérő

Egycsigás extruder csak diszperzív • Nagy menetemelkedés: Kever berendezések keverés (t > D) 7

•

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruder Kis menetemelkedés: disztributív, alapos keverés (t ≤ D)

Kever berendezések

Egycsigás extruder

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek

•

•

Hatékonyság növelés csigaprofilokkal, amelyek az anyag-áramlást:

• • • •

lassítják, gyorsítják megtörik, turbulenssé teszik, szakaszosan visszafordítják.

Csiga és hengervégen: üreges anyagátviteli kialakítás

cavity transfer

Kétcsigás extruder • Keverőhatás fokozása: kétcsigás (ikercsigés) extruderrel

• Fekvő 8-as alakú, fűtött házban: • •

egymást nem érintő vagy egymásba hatoló menetszárnyakkal.

8

Kétcsigás extruder

Folytonos ömledék kever berende

• Lehet mindkét esetben: •

azonos irányban forgatott (nagyobb nyíró igénybevétel) vagy

•

egymással szemben forgatott (hatékonyabb anyagtovábbítás) csigákkal.

Kever berendezések

Bolygócsigás extruder 9

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Bolygócsigá

a. főcsiga b. bolygócsigák c. fűtött ház d. beadagolás

Bolygócsigás extruder • További hatékonyság növelés. • Központi csiga körül további kisebb csigák. • A kis csigák központival kényszerkapcsolatban forognak.

• A kis csigák kényszer-

kapcsolatban vannak a fűtött házzal is.

• Kis csigák közti térben a legnagyobb a nyírás.

Ko-knéter • Csiga, amely nem csak forog, hanem tengelyirányú oszcilláló mozgást is végez.

• Menetszárnyai 120°-

onként megszakítottak, hogy kikerüljék a henger keverő fogait.

• Igen hatékony

ömlegékkeverés.

Előkészítés II. Granulálás, szárítás

Granulálás • A 2-3 mm átmérőjű extrudált szálakat • •

vízfürdőn átvezetve hűtik (szilárdítják), majd szemben forgó késes hengerrel aprítják.

• A granulátumot szárítani kell a tovább feldolgozás előtt.

Granulálók Hideg (szál) granulálás

Meleg (die face) granulálás

Aprítás • • •

Jellegzetesen az újrahasznosítás gépei. Alacsony fordulatszám. Kemény anyagok őrlése nagy kés szám, plasztikus anyagok őrlése 3-6 kés.

U U

documentation Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Options Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a PLC-intelligent operation PLC provides a number 515 of benefits; specific application U Integrated IMD function U

REV-function:

Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kW motor option)

U

U U

240

915 1365

Model

A

B

100-22

220

410

C

D

100-34

340

520 1065 1830

100-46

460

645 1185 1950

945 1710

Aprítás

640 Integrated REV function Records all stops/blockings during operation for evaluation and documentation 100-46 Twin Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application

500

515 640

REV-function:

Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kW motor option)

100-46 Twin 2100

IMD – Integrated Metal Detection

Integrated safety against metal – The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool.

500

1450 2100

IMD – Integrated Metal Detection

Integrated safety against metal – The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes 1100 the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool. 610

1450

150

1330

1100

610

825

825

150

1330

Szárítás •

Gyakran a fröccsgép adagolója egyben szárító is.

•

A higroszkópikus műanyagokat (PA, PET, PC, PBT) jelentős nedvességfelvétele miatt, különösen fröccsöntés előtt szárítani kell.

•

A nem higroszkópos anyagokat is szárítani kell, ha pl. a felületükön pára csapódik le.

•

Műanyagipari szárítók:

• •

meleglevegős szárítók, száraz levegős szárítók.

Szárítás Meleglevegős szárító fröccsgép adagológoz

Szárítás Szárazlevegős szárító

3

1. 2. 3. 4. 5.

fűtött anyagtartály anyagszállító harmatpont érzékelő záró szelep fűtés

6. 7. 8. 9. 10.

levegőszűrő ventilátor váltó aktív abszorpciós tartály regenerálás alatti abszorpciós tartály regeneráló szakasz ventilátora mikroszűrő fűtés nedves levegő kifúvása

11. 12. 13. 14.

Adagoló berendezések

Adagolók 17

Adagoló tartály kialakítása, pr

• Jellegzetesen kúpos tartályok • Problémáik: • •

beboltozódás, “patkánylyuk” kialakulása.

• Elkerülésük bolygató vagy

vibrációs berendezésekkel.

Problémák:

Adagolók • Anyagszállítási szempontból lehetnek: • • •

egy vagy két csigás, forgólapátos, egyéb (rezgő, szállítószalagos, forgóasztalos).

Adagolók • Anyagmennyiség kontrollálása szerint: • •

volumetrikus (térfogat szerint), gravimetrikus (tömeg szerint).

Keverő-adagolók

Polimerfeldolgozás

Technológiák Eljárás

[1/sec]

[Pa.s]

[g/mol]

Folyási mutatósz. [g/10 min]

szakaszos

10

10 000

> 106

0,5

Kalanderezés folyamatos

102

1 000

105

1

Sajtolás

Jellege

Nyírósebesség Viszkozitás Átl. móltömeg

Extruzió

folyamatos

103 - 104

100

105

5

Fröccsöntés

szakaszos

104 - 106

100

104

10

Szálgyártás

folyamatos

> 106

10

103

50

Feldolgozás Extruzió Polimer

Fröccsöntés

T [°C]

P [MPa]

T [°C]

P [MPa]

LDPE (kis sűrűségű polietilén) HDPE (nagy sűrűségű polietilén)

125-135 140-170

10-40 10-40

134-145 200-260

20-50 60-120

PP (polipropilén)

185-240

15-40

200-280

80-150

PS (polisztirén) lPVC (lágy polivinil-klorid) kPVC (kemény polivinil-klorid) ABS (akrilnitril-butacién-sztirol kopolimer) PA (poliamid /nylon/) PMMA (poli(metakrilát)) POM (polioximetilén) CA (cellulóz-acetát) PC (polikarbonát) PTFE (politetraflouretilén)

170-200 15-20 160-240 60-150 155-160 10-20 160-170 80-100 160-180 10-20 170-180 100-150 180-200 15-25 180-220 80-120 250-300 15-25 260-320 70-100 160-180 5-10 180-240 50-100 180-200 5-10 180-230 80-140 190-210 15-25 170-210 100-140 250-300 15-25 270-350 100-140 por szinterezés (ömlesztés) 370-400 °C

Recycling •

A hőre lágyuló műanyag termékek gyártása hulladékmentes technológiájú, mivel

• • •

plasztikus alakadású, és a keletkező selejt aprítás után ismét feldolgozható.

A hőre lágyuló műanyag termékek elhasználódás után újra feldolgozhatók.

Gyártás I. Kalanderezés

Kalanderezés anyagai •

Alapanyag: amorf, hőérzékeny, termoplasztikus polimerek, amelyek olvadási hőmérséklet tartománya széles:

• • • • •

kemény és lágy PVC, PVC kopolimerek, ütésálló polisztirol, ABS, cellulóz észterek.

• •

Egymással szemben forgó fűtött hengerek között.

•

Gyártási sebesség akár 100 m/min is lehet.

30-800 μm vastagságú, akár 4 m széles lemezt, fóliát vagy hordozóra polimer bevonat készíthető.

(textil) polimer bevonatot készítünk, •

nagy sebességgel (akár 100 m/perc).

•

Alapanyaga jellemz en amorf h re lágyuló (PVC, PS, ABS) polimer.

Kalander elrendezés

Kalander hengerek elrendezése:

WIY

WLY

WFY

WZY

• • •

3-4-5 henger.

•

F-típus: lágy PVC, mert az L-nél a fóliára lágyító gőzök csapódhatnak le.

•

Z- típus: szövet vagy más hordozó bevonásához.

I-típus: ritka a nehézkes betáplálás miatt.

2

L-típus: előnye, hogy a betáplálás alul, az első fokozatban történik - kemény PVC.

Kalander

• • •

Párhuzamos tengelyű hengerek stabil vázban. Hengertávolság precíziós állítása. Hengerek fűtése egyik végről, meghajtása másik végen.

Kalander

•

Minden henger külön, fordulatszám szabályzású, egyenáramú motorral hajtott.

• •

Átmérő: 600 - 800 mm Szélesség: 2 - 4 m

Kalanderhengerek •

• •

Hengereknek ellen kell állniuk a résben fellépő nagy erőknek:

• • •

hajlítás, torzió, nyomás.

Ezért: nagy átmérő, kemény (500-550 HB), kopásálló felület, rendszerint köszörülve (0,1 μm érdesség) vagy polírozva (0,01 μm érdesség). Korrózió ellen keménykrómozás (PVC esetén).

Kalanderhengerek •

Kalanderezés Hengerek között nagy nyomás → kihajlás

3

lép fel.

Kalanderhengerek:

•

Kompenzálásuk:

•

600/800 mm átmér j

•

2/4 m széles

• • • •

• • •

profilköszörülés (bombírozás),

Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás F t közeg be- és elvezetés

henger tengelyének szögelállítása,

Nagy kopásállóságú (500-550 HB) felület (köszörült vagy polírozott)

visszahajlítás ellennyomatékkal.

Nagy er k lépnek fel a hengerek között: kompenzálni kell!

Kalanderhengerek •

Szögállítás: utolsó előtti henger tengelyének befogása elfordítható elfordítással nő a széleken a rés, kompenzálja a kihajlást.

•

Ellenhajlítás: utolsó henger tengelyét hidraulikusan deformálják.

•

Ezek nem elegendők - utolsó két hengert melegen méretre köszörülik (hordó alakúra).

•

Így 5 μm pontosság érhető el.

Kalanderezés Kalanderezés 4

Kalandersor:

• •

•

4

Kalanderezés Kalandersor:

Kalandersor és szálképződés Szakállképz dés a hengerek között

A polimer a

• • •

Szakállképz dés a hengerek között A polimer a •

mattabb,

mattabb,

•

melegebb melegebb,

melegebb,

•

nagyobb kerületi sebesség

nagyobb kerületi sebességű

hengerre tapad.

g tapad. p hengerre

Gyártás II. Extrúzió

Extrúzió •

A polimerfeldolgozás lefontosabb, leghatékonyabb technológiája, ahol:

•

képlékeny állapotba hozza, majd a viszkózus ömledéket homogenizálja, ae. legázosítja, majd komprilálja, változatlan keresztmetszetű szerszámon keresztülsajtolja, utána lehűtik, és így állandó keresztmetszetű, folyamatos terméket gyárt. Hulladékmentes technológia.

• • • •

• •

Extrúzió termékei • Fólia • Lemez • Szál

Extrúzió termékei • Cső • Többszörösen összetett

üreges termék (ablakprofil)

Felépítés 1. Csiga 2. Plasztifikáló henger 3. Adagoló 4. Hajtó motor 5. Hajtás 6. Fűtőszálak 7. Hőmérséklet érzékelő 8. Nyomásmérő 9. Törőtárcsa 10. Nyomásszabályzó szelep

Csiga zónák

Csigazóna

Funkciók

etető v. behúzó

polimer granulátum betáblálása, ömlesztés kezdete

kompressziós

ömlesztés folytatása, befejezése, sűrítés, homogenizálás

homogenizáló, kiszállító

homogenizálás befejezése, kisajtolás megemelt nyomáson

Extrudercsiga • menetes orsó, • ritka vágású, • nagy menetemelkedés (t ≈ D), • hengerben laza illesztéssel (rés = 0,005 D),

• több szakaszú temperálás (villamos fűtés, és levegő/folyadék hűtés)

Plasztifikáló egység 7

Kompresszió

Plasztifikáló egység = csiga + henger

• Kompresszió = menetárok térgogatának csökkentése:

•

mag átmérőjének növelése Extrúdercsiga részei: (magprogresszív),

•

menetemelkedés szögének Kompresszió elérhet csökkentése (=menetárok térfogatának csökke (szögdegresszív), • Mag átmér jének növekedésével (magprogresszív, ábra)

•

menetszárny •szélesség-növekedéssel M Menetemelkedés t lk dé szögének ö é k csökkenésével ökk é é l (szögdegresszív) ( ö d í ) •

Menetszárny szélesség-növekedéssel

Csiga keverőelemek

Plasztifikáló egység 9

Csiga kever elemei:

9

Csiga kialakítások I. 3 zónás csiga II. magprogresszív csiga 1. behúzó zónában egy-, majd kétmenetes 2. egymenetes, csökkenő menetemelkedésű de konstans menetmélységű 3. egymenetű, rövid kompressziójú 4. egymenetes legázosítós csiga 5. ömledékzónában kétmenetű

Csiga jellemzői • • • • • •

• L : behózó zóna hossza • L : komprezziós z. hossza • L: csiga hossza

h2: menetárok mélység 2.

1

t: menetemelkedés

2

e: menetszárny szélessége

L3: kitoló z. hossza D: csiga átmérő

h1: menetárok mélység 1.

• •

b: menetszárny távolság φ: mentszány szöge

Különleges csigák, extruderek

ikercsigás oldaladagolóval, ható. Ebben az esetben egy ással, valamint a szükséges va. Az extruder több ilyen az oldaladagoló egységek ben. Az oldaladagolónak a tetsz legesen változtatható sigás el toló egységb l áll, kiépítésben rendelkezik h t

Csiga kialakítások

•

Gáztalanító csiga:

•

a magas hőmérséklet mellett zsdamentes acélból készült volumetrikus nedvesség és egyéb VOC gázok agoló csiga felett elhelyezked kever lapátból áll. A rendelhet . A csigáttávozása változtatható fordulatszámú miatt, ek teljesítménye 0,3 kW. A fordulatszám vezérlése a

•

ységgel lehetséges. Amint a jobboldali ábrán látható, a ynek köszönhet en az adagológaratból könnyen

a gáztalanító szakaszon vákuumos legázosító (eltömődhet),

ítésben 1 db gáztalanító zónával rendelkezik, mely a nnyal rendelkez változat standard kialakításban még kus gáztalanító zónával átalakítható vákuumos Így lehetséges mindkét ztalanítást végezni. szer egy rozsdamentes csonkot tartalmaz, amely van ellátva (lsd. bal oldali er nyitható fed vel, egy el és nyomás-mér vel van egység háza egy gyantamely megakadályozza, hogy a gázelszívás során nek eltömítsék a vákuumpumpa cs vezetékeit. (lsd.

•

ikercsigás oldaladagoló.

Csiga kialakítások

Kever berendezések 7

•

Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek Különleges kiszállítószakaszú csigák (homogenizáló):

•

nem maradhatnak szilárd, fel nem olvadt részek,

•

homogenitást növelő kialakítások a csigák kiszállító szakaszában.

Csiga kialakítások •

Ömledék szétválasztó (Maillefer-) csiga:

•

ömlesztő zónában szétválasztja az ömledéket és a granulátumot - növelhető a plasztifikáló teljesítmény.

•

Ömlesztő zónában második (elválasztó) menet:

• • •

menetemelkedése nagyobb, mint a főmeneté,

a.

kis térfogatú horony ömledékhez,

b.

mélyebb a granulátum ömlesztéshez.

a zóna végére utoléri azt. A kialakított hézagon csak az ömledék jut át.

Csiga kialakítások

követ en 60 HRC fölött van. Ez h mérséklet-tartományig használha

•

•

Moduláris csiga: rendkívül flexibilis, számos anyag feldolgozását teszi lehetővé:

• • • •

rövidebb, hosszabb kompressziójú, dekompressziós, különféle nyíró-, keverő, különböző menetprofilú szakaszok.

Moduláris csigaház: könnyen szerelhető, cserélhető, változatos összeállítás (pl. oldaladagolók, legázosítók)

A kü V m va A K cs és

A teljes ikerfészkes kialakítású kivitelben készül és a rögzít csa kinyitható. Ez a konstrukció könny és a házhoz, mely egyszer síti a tis a csigaház-betétek cseréjét, v kompaundálási-karakterisztika szem

Kétcsigás extruder • Keverési hatásfok,

szállítóteljesítmény

növelése

•

PVC porkeverékek, Plasztifikáló egység 10

fa-műanyag kompozitok gyártása Csigakialakítások •

Egycsigás gy g kialakítás

•

Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás

Ellentétes irányban •

Gáztalanító extrúdercsiga

Azonos irányban

Kétcsigás extruder a. együttforgó, egymásba hatoló, b. szemben forgó, egymásba hatoló c. szemben forgó, nemegymásba hatoló d. változó menetszárnyak d

Kétcsigás extruder • Ellenkező irányban forgó csigák: • •

egyszerűbb hajtás (egy hajtás + fogaskerék)

• •

nagyobb nyírás,

alacsonyabb nyíróhatás

• Azonos irányban forgó csigák: alaposabb keverés

Kétcsigás extruder • •

Csigák illesztése igen szoros.

•

Az át nem jutott hányad a C alakú részben a csúcs felé kényszerül - kényszeráramlás:

Minél mélyebben nyúlnak egymásba, annál kevesebb anyag juthat át a résen.

• •

kíméletes plasztifikálás, rossz keverés - ezért gyúrótárcsákat iktatnak közbe.

Kétcsigás extruder • Az ikercsigás extruderekben igen nagy a nyomás, ezért:

•

az egycsigásokénál lényegesen nagyobb a szállítóteljesítményük (alkalmasak pl. nagy átmérőjű csövek gyártására),

•

a nagy igénybevétel miatt a tengely elvékonyítása helyett a kompressziót

• •

az alacsonyabb menetemelkedési szöggel vagy a szélesedő fejszalaggal lehet biztosítani.

Kúpos csiga • Szintén a kompresszió növelését szolgálja.

• Jellegzetesen a szálerősített

polimer kompozitok gyártásánál alkalmazzák (pl. WPC)

Gyártás III. Fröccsöntés

Fröccsöntés • • •

Tetszőleges alakú 3D termékek, alkatrészek gyártása

• •

szakaszosan.

zárt szerszámban, nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével, Hulladékmentes technológia.

Szerszámkitöltés •

Kis ömledékviszkozitás oka, hogy az összetett szerszámteret gyorsan és teljesen kitöltse.

• •

Kitöltési idő: max. néhány másodperc.

•

Anyagok:

Gyártható termék méretei a gép függvényében, akár 50 mg ... 50 kg

• • •

termoplasztikus polimerek, duromerek, elasztomerek.

Anyagok • Hőre lágyulók: •

PE, PP, PS, PVC, PMMA, ABS, POM, stb.

•

fenoplasztok, aminoplasztok, melamin-epoxi kombináció, stb.

• Duromerek: • Elasztomerek: •

gumik

Termék létrejötte • Hőre lágyulók: •

ömledék fröccsöntés - szerszámban lehül

• •

reaktív fröccsöntés (RIM)

•

a térhálósodás magában a fröccsszerszámban

•

relatív kis nyomáson

• Duroplasztok és elasztomerek: kiinduló anyagok: prepolimerek (pl. szilikon és PU esetén két folyadékból)

Alapelve A fröccsöntés alapelve tehát az, hogy a polimer ömledéket, - amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba vittünk, nagy sebességgel, szűk beömlő nyíláson át zárt szerszámba „fecskendezzük”, és ebben a zárt szerszámban a nagy nyomás alatt kihűlő polimerből alakul ki a tetszőlegesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag hulladékmentes, képlékeny alakítással, nagy méretpontossággal.

Fröccsgép felépítése Szerszám záró egység

Szerszám felfogó

Szerszám

Adagoló

Vezérlés

Fröccsaggregát

Fröccsöntő gép • A csigadugattyús fröccsöntő gép két fő egysége: •

a hidraulikus záróegység, és

•

a csigás fröccsöntő egység.

Szerszám záró egység • •

Az ömledék igen nagy nyomása nagy felületen érvényesül, Fröccsönt gép részei 0 szerszámzáró egység

így az osztott szerszám részeit összatartó erő, A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfog

(függ leges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízsz vezet oszlop vezeti. Egyes gépeken a szerszámzárás egy nyitott, f alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását hidra vagy (könyökemel s) mechanikus rendszer biztosítja.

•

amelynek 15-20%-kal meg kell haladnia a szerszámüregben kialakuló erőt,

•

már közepes gépeken is meghaladja a 100 t (106 N) záróerőt.

Szerszám záró egység • Álló és mozgó szerszám felfogó lapból áll. • A mozgót 4 robusztus vezető oszlop vezeti. • Ezt a gép ciklusonként zárja, majd annak végén nyitja.

16

Mechanikus zárás Mechanikus Zárás

Arburg K záró egység ARBURG K záróegység

ARBURG K záróegység

17

Hidraulikus zárás Hidraulikus Zárás

19

Arburg C záró egység

Fröccsöntő egység • A fröccsöntő egység a hengerrel a

csigadugattyúval és tartozékaival szintén elmozdul minden ciklusban:

• •

csatlakozás után rázár a szerszámra, majd a befröccs után elszakad tőle.

• Zárás oka: megfelelő ömledéknyomás átadás.

• Eltávolodás oka: a fröccsegység csúcsa fűtött, a szerszám hűtött.

Csiga • Hasonló az extruder csigához, de ez

tengelyirányú (dugattyú-szerű, hátrafelé irányuló) mozgásra is alkalmas.

• A visszahúzódó dugattyúmozgás közben a csiga megömleszti és maga elé tolja a polimert.

• Így nagy nyomás, nagy gyártási sebesség, nagy hatékonyság, nagyfokú automatizáltság valósul meg.

Csiga • Jellemző méretek: • • •

átmérő: 20 - 200 mm L/D: 20 (18 - 25) fordulatszáma: 100 - 250 1/min

Keverőelemek

•

Adalékok, főleg színező anyagok elkeverésére szolgálnak.

•

A keverés lehet:

•

• •

diszperzív (részecskék méretének csökkentése) disztributív (részecskék egyenletes eloszlatása)

A keverő mozgása szerint lehet:

• •

dinamikus (együttforog a csigával és így kever), statikus (álló, zegzugos kialakításával az ömledéket folyamatos irányváltoztatásra kényszeríti)

Dinamikus keverőelemek Fröccsegység Dinamikus kever elemek, fejek

Fröccsegység Dinamikus kever elemek, fejek

48

Statikus keverőelemek Frö Fröccsegysé ccsegység Statikus kever elemek, fejek

50

Az anyag keveredése statikus kever ben

Fröccsegység Statikus kever elemek, fejek

Folyásnyomok

A beömlés helye

A kever elem alkalmazásának hatása (nem mindig ilyen egyértelm ) integrálható Kever fúvóka,

(Forrás:Sulzer)

Fúvókába statikus kever elem

statikus

keverés A kever beépítve a fúvókába

A kever fúvóka felszerelve a fröccshengerre

Forrás:Sulzer Chemtech

Fröccs ciklus 1. szerszám záródik 2. fröccsaggregát rázár a szerszámra 3. befröccsöntés - a csiga dugattyúmozgásával, majd nyomásfokozás 4. hűtés, közben a csiga forgómozgással hátrafelé mozog és plasztifikál (megömleszit és maga elé tolja a következő adagot) 5. fröccsegység visszahúzódik, elszakad a szerszámtól 6. szerszám nyit, alkatrészt kidob

A fröccsöntés folyamata Zárás& Befröccs&

Hűtés&

Kidobás

Ciklusidő •

A mozgáselemek időszükségletét jól jellemzi példaként egy tipikus, igényes fröccstermék, egy PC (polikarbonát)-ból készült CD lemez fröccsöntésének részadatai: szerszámzárás, aggregát zárás $ $ $ $ 0,84 sec befröccsöntés $ $ $ $ $ $ $ $ $ 0,22 sec utónyomás $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 0,25 sec hűtés$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 2,22 sec szerszámnyitás (+ beömlőcsövek levágása)0,73 sec a kész CD kiemelése (robottal) $ $ $ $ 0,74 sec Összes ciklusidő:# # # # # # # # 5,00 sec

Ciklusidő összetevői •

Szárazfutási idő – gyártó adattáblázata (Euromap 6 szerint mérve, mindig egy előírt mozgási úton), a fröccsöntőgép műanyag nélkül végrehajtott ciklusideje, csak tisztán a gépmozgások.

•

Befröccsöntési idő – általában a csiga mozgási sebessége 100-180 mm/s. A gyártó adattáblázatában a fröccsöntési teljesítményt [cm3/s] és a csigaátmérőt találjuk [mm], az adagolási út ismeretében számítható a befröccsöntés ideje.

•

Hűtési idő – plasztikálási idő – a fröccsöntőgépen a maradék hűlési időt állítjuk be, ami a tényleges hűlési idő és az utónyomási idő különbsége. A maradék hűlési időbe bele KELL férnie a plasztikálási időnek.

Ciklusidő összetevői •

Késztermék eltávolítási ideje – szünetidőnek is nevezik, nagyságát úgy kell megválasztani, hogy a termék biztonsággal el tudja hagyni a szerszámot és ne záródjon a szerszámlapok közé. Tehát a kidobás és a termékkiesés vagy termékkivétel (kézzel vagy robottal) együttes ideje. Nagysága általában 0,3 -1,0 másodperc között van.

•

Mellékmozgások ideje – ez alatt a szerszámmozgásokkal nem párhuzamosan lefutó magmozgásokat és a robotok különleges műveleteit – pl. betétek behelyezése a szerszámba – értjük. Előfordul, hogy nincsenek ilyen műveletek, ekkor nem számít bele a ciklusidőbe.

Két(több)komponensű fröccsöntés •

A kétkomponensű fröccsöntés két Kétkomponens fröccsöntés alaptípusa:

• •

2F (két szín, egymás mellett), 2K (két komponens egymás alatt, szendvics-szerűen)

A kétkomponens fröccsöntés két alaptípusa

5

A fröccs-sajtolás másik, 3 újabb 3 értelmezése szerint a fröccsönt gépb l érkez ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé nyitott szerszámba érkezik. A teljes kitöltéshez elégséges polimer anyagot ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Az így készült termék legnagyobb el nyeaafröccsöntőgépből h re lágyulók esetén is jól A fröccs-sajtolás során érvényesül: az utónyomás egyenletesebb érkező ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé (pl. a nagyfelület , körszimmetrikus nyitott szerszámba érkezik. munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézbentartható, A teljes kitöltéshez elégséges polimer kevesebb anyagot bels feszültséghez vezet.

Fröccs sajtolás

• • •

ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Előnye: az utónyomás egyenletesebb (pl. a nagyfelületű, körszimmetrikus munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézbentartható, kevesebb belső feszültséget eredményez.

Polimer kompozitok

Mi a kompozit? A kompozitok olyan összetett anyagok, amelyek két vagy több különböző szerkezetű és makro-, mikro- vagy nanoméretekben elkülönülő anyagkombinációkból épülnek fel a hasznos tulajdonságok kiemelése és a káros tulajdonságok csökkentése céljából, mivel a kompozitok alapanyaga az erősítő fázis segítségével ér el jobb tulajdonságokat. Az alapanyagot mátrixnak, a többi elemet pedig második (vagy erősítő) fázis(ok)nak nevezzük.

Kompozit • • •

Tervezett tulajdonságú,

• • •

erősítőanyag(ok)ból és

•

kisebb szilárdságú. ám szívós mátrixból.

többfázisú, összetett (több anyagból álló szerkezeti anyag), amely beágyazó anyagból (mátrix) áll. Rendszerint nagy szilárdságú és rugalmassági tényetőjű szálerősítő és

Szál erősítés • Erősítőanyag jellemzően szálas anyag: •

egy irányban jelentős szilárdság növekedés.

• • •

méret-hatás,

• Szálerősítés indokai: fajlagos felület növelése, hajlékonyság.

Méret-hatás •

Az erősítő anyag tönkremenetelét a szerkezeti hibahelyek indítják.

•

Ha ezek számának valószínűsége egy vizsgált térfogatban adott, akkor a vizsgált térfogatú anyagból a leghatékonyabb erősítést akkor érjük el, ha a lehető legkisebb keresztmetszetű szálat képezzük belőle.

•

Üveg- és szénszálak szilárdsága az átmérő csökkenésével nő!

Fajlagos felület •

A fajlagos felület növelése a kompozit tulajdonságait alapvetően befolyásoló határfelületen meghatározó jelentőségű.

•

A rövid szálak l/d (karcsúság) aránya kiemelt jelentőségű.

Hajlékonyság • A vékony szál, mint rúd merevségének reciproka, a hajlékonyság a szál átmérőjének 4-ik hatványával fordítottan arányos.

• A vékony üveg- vagy szénszálak

hajlékonysága (szemben az üvegrúd/pálca törékenységével) lehetővé teszi bonyolult térformájú idomok gyártását.

Erősítő szálak • Üvegszál • Szénszál (karbonszál) • Aramid szál • Polietilén szál • Fémszálak (pl. acélsodrony abroncsban) • Farost/cellulóz

Üvegszál • Szilikát vegyület: SiO

+ fémoxidok kovalens és ionos kötéssel - kvázi polimer. 2

•

Az ömledékből 103 nagyságrendű elemi szálbó álló köteg húzható.

• Elemi szálak átmérője ~10 μm. • Feleületkezelést igényel: • •

feldolgozás alatti védelem (írezés) biztosítani kell a mátrixanyaggal való határfelületi kapcsolódást (pl. epoxivegyületekkel, szilánokkal)

Üvegszál

Karbonszál • A legnagyobb szén-szén kötőerő a legnagyobb rendezettség mellett a gyémántban van.

• A szénszálakhoz a szén grafitos

szerkezetét hasznosítjuk: a hatszögletű egységekből felépített lamellák síkjának irányában rendkívül magas szilárdság.

• Karbonszál átmérője: 7-8 μm • Egy köteg 40 000 elemi szálat tartalmaz

Gyártása •

Alapanyaga (előterméke) többféle polimerszál lehet - ezt úgy kell elszenesíteni (karbonizálni majd grafitosítani), hogy közben ne égjen el és ne olvadjon meg, és kialakuljon a kívánt szénszerkezet.

•

Jellegzetes alapanyagai:

• • •

poliakrilnitrit (PAN) - Zoltek Zrt. Nyergesújfalu regenerált cellulóz (viszkóz) kátrány alapú szál.

Karbonszál

Aramid szál • •

•

Aromás poliamid szálak nagyfokú orientáció (nyújtás) révén nyerik el nagy szilárdságukat. Para-kötéssel kapcsolódó aramidok:

• • • •

3000 MPa feletti szakítószilárdság 60-120 GPa húzó modulusz sűrűség: csak 1,44 g/cm3 pl. Kevlar, Twaron, Technora Meta- kötéssel kapcsolódó aramidok: pl. NOMEX szálakból epoxi vagy fenol kötőanyaggal papírvékony lemez készíthető jellegletesen méhszejtes felhaszálás.

•

Kevlar

Polietilén szál •

Nagy molekulatömegű (106 Dalton UHMWPE) géles oldatból nagymértékű orientáció (nyújtás) révén gyártják: HOPE (highly oriented polyethylene).

• Tömegre vonatkoztaott szilárdsága meghaladja az acélét.

• Hátránya: • •

rossz hőállóság (140°C-on olvad) rossz ragaszthatóság, kötődés.

Farost/cellulóz • Rövid szálak alkalmazása. • Fa-műanyag kompozitok (WPC) • Lebomló biopolimerek (PLA) Cellulóz Természetes fa Természetes gyapot Poliózok Technikai cellulózok Regenerált cellulózok

Átlagos DP 8000 – 10000 14000 – 15000 80 – 200 600 – 2000 200 – 900

WPC

H$PRÉSELÉS

Fő#folyamatok • A#terítékben#végbemenő#változások: • új#kémiai#kötések#a#fa#részecskék#határfelületein • pótkötések#kialakulása#a#műgyanta#térhálósodásával • a#teríték#határértékig#víztelenedik • az#elpárolgoE#víz#gőze#távozik • kialakul#a#lemez#vastagsága

• A#hőpréselés#folyamán#a#termék#elnyeri#a#térfogatsűrűségét,# méreteit,#fizikai,#mechanikai#tulajdonságait.

H"transzport M$gyanta térhálósodása adott h!mérséklet tartományban optimális, pl. UF - 100°C Lapvastagság szerepe Lapnedvesség szerepe h!transzport megégés laprobbanás

Hőpréselés#–#gőzütéses#prések • Túl#vastag#MDF#esetén#nagyon#hosszú#a#préselési#idő:#gazdaságtalan# •

a#termelés. Megoldás:#Siempelkamp#–#gőzütéses#eljárása: • a#hő#egy#részét#gőz#közveOP#túlnyomáson. • Az#egyszintes#présben#a#teríték#szigetelve#van#–#a#gőz#nem#szökik#el. • A#furatolt#préslemezeken#keresztül#túlhevíteE#gőzinjektálás. • Gőz#hőmérséklete:#140U160#°C • Gáz#nyomása:#4U6#MPa

• Más#megoldás#a#vastag#lapok#gyártására:#nagyfrekvenciás#présU

S!r!ségeloszlás 900

Térfogati

s_r_ség

3

[kg/m ]

1000

800

700

600

500

400 0

2

4

6

Vastagság

8

[mm]

10

12

Többszintes#hőprések • A#hagyományos#prések#szimultán#zárásúak,#15U32#szintesek,# hidraulikus#tárásúak,#thermo#olaj#vagy#gőz#fűtésűek. • A#prést#hidraulikus#berakó#kas#szolgálja#ki.# • Ez#ugyanannyi#szintes,#mint#a#prés.# • Tolóműből#és#felvonóból#áll.

• Ciklusidő:#teljes#hőpréselés#ideje#–#prészárástól#a#következő# prészárásig. • Szokásos#préshőmérséklet:#180U205#°C#(max.#225#°C) • túl#magas#hőmérséklet#elégeP,#túlszárítja#a#lemezfelületet

• A#préslapok#fűtését#termoUolajjal#vagy#gőzzel#(230#°C,#2,7#MPa)#oldják# meg. • Présnyomás:#~5U7#N/mm2# • Fontos#a#gyors#prészárás#➙ azonos#hőU#és#nyomás#terhelés

Présdiagram#U#nedves#farostlemez#gyártás

a) b) c) d) e) f) g)

prészárás és első tömörítő szakasz első nagynyomású szakasz nyomáscsökkentés második tömörítő szakasz szárító és elgőzölögtető szakasz második nagynyomású szakasz nyomás megszűntetése, présnyitás

Présdiagram • Prészárás:#30U70#s • Magasnyomású#szakasz:#60#s,#5#N/mm2,#kialakul#a#lemez#szerkezete, • meleg#miaE#csökkenő#viszkozitású#víz#gyorsítja#a#víztelenedést#–#ragasztóanyagUvesztés • gőzképződés#–#a#présnyomásUcsökkentés#időpontja#=#mechanikus#víztelenedés#opPmuma

• Alacsony#nyomású#szakasz:#180#s,#1#N/mm2#

• kémiai#kötések#a#rosgelületeken • gőz#eltávozása#→#a#présnyomás#<#gőznyomás • a#szakasz#végén#a#teríték#nedvességtartalma:#5U8#%

• Második#tömörítő#+#nagynyomású#szakasz:#80U120#s,#~2#N/mm2 • kialakul#a#végleges#lemezszerkezet • hosszabb#idő#esetén#egy#darabig#nő#a#lemez#vízzel#szembeni#ellenállása • túl#hosszú#idő#esetén#túlszáradt,#rideg,#porózusfelületű#lapok • a#szakasz#végén#a#teríték#nedvességtartalma:#0,8U1,5#%

Hőpréselés#–#többszintes#prések#U#MDF

fajlagos présnyomás [MPa]

• A#hőpréselési#időt#meghatározza,#hogy#a#teríték#szimmetriasíkja# mikor#éri#el#a#100#°CUt,#ami#minimálisan#szükséges#az#UF#gyanta# kikötéséhez.

7

230°C

5

0 30& &

&

&

&

&

120

idő [s]

Folyamatos#prések • Közös#bennük,#hogy#a#hőU#és#nyomásátadás#acélszalagon#

keresztül#történik,#rendszerint#hosszú#berendezések,#és#több# szakaszra#oszthatók: • terítékbevezető#szakasz, • középnyomású#szakasz, • magasnyomású#szakasz, • visszahűtő#szakasz#(újabb#technológiáknál).

Kalander#hengerprés • A#legegyszerűbb#kivitelben#csupán#két#hengerből#áll,#amelyek# • •

• •

egymással#szembe#forognak.# A#nyomást#a#hengerpalást#révén#vonal#vagy#keskeny#sáv#mentén# fejPk#ki. A#bejövő#anyagot#gyorsan#összetömöríP,#majd#rögtön#a#hengerek# után#el#is#engedi: • a#vonalmenP#nyomás#igen#nagy, • a#présidő#igen#rövid#(rendszerint#a#másodperc#törtrésze) Vastag#teríték#esetén#a#külső#réteget#gyorsabban#átpréseli#a# hengerek#közP#hézagon,#mint#a#belsőt#–#nyíró#feszültség. Ma#a#falemeziparban#ezeket#a#préseket#elsősorban#laminálásra# használják.

Kalander#szalagos#prés#I. • IE#az#egyik#kalander#hengert#acélszalag#váltja#ki: •

• sugárirányban#a#hengerre#feszül • a#hengerrel#azonos#irányba,#azonos#sebességgel#forog#–#hosszabb#présidő Hátrányai: • alacsony#fajlagos#nyomás#a#max.#szalagfeszítő#erő#miaE#–#

max.#0,5#MPa nagy#terhelés#a#szalagon#és#a#henger#csapágyain a#henger#és#a#szalag#deformációi#egyenlőtlen#nyomáseloszlást#adnak mivel#ív#mentén#megy#végbe#a#kötés,#a#késztermék#jellemzőit#ez#befolyásolja az#aszimmetrikus#hőterhelés#aszimmetrikus#szerkezetet#eredményez.

•

• • • • Falemeziparban#csak#vékony#MDFUhez#használják#(ritka).

Kalander#szalagos#prés#II. # # nagyfrekvenciás# ######terítékképzés #######prés########melegítés# ## # # # # # #

hosszra#vágás

Extrúziós#prés • AdoE#alakú#nyíláson#préseli#át#az#anyagot. • Képezhető#vele#profilozoE#felület. • A#fő#préselési#erő#a#betáplálás#felől#lép#fel:

•

• nagy#húzószilárdság • alacsony#hajlítószilárdság • alacsony#minőségű#felület Falemeziparban#egyedül#rostUcement#termékek#gyártásánál# alkalmazzák#–#az#extrúziós#prés#után#még#textúrálják#a# felületét,#pl.#hengernyomóval.

Duplaszalagos#prés#I. • Tulajdonképpen#folyamatos#síkprés: • alsó#és#felső#hengerpárokon#futó#végteleníteE#acélszalagokon#keresztül#fejP# ki#a#présnyomást.

• Előnyei:

•

• sík#préselés#valósul#meg,#nem#ív#menP, • megvalósítható#alacsony#és#magas#fajlagos#nyomás, • mind#a#nyomás,#mind#a#hőmérséklet#változtatható#a#préselési#művelet#során, • az#előtolás#változtatásával#igény#szerint#lehet#a#kötési#időhöz#igazodni, • a#kapacitást#a#prés#hossza#és#sebessége#határozza#meg, • a#moduláris#felépítés#miaE#később#bővíthető#a#kapacitás. Hosszuk#1U50#m#közöo,#igény#szerint.

Duplaszalagos#prés#II. •

A#nyomás#változik#a#prés# hosszában: • nyomásfelvétel • magasnyomású#szakasz • nyomáscsökkentés • kalibrálás

•

Egyes#technológiáknál#(Küsters)# ez#kiegészül#még#egy#hűtési# szakasszal

Duplaszalagos#prés#III. • • •

A prés belépőoldalán a két szalag megfogja a terítéket. A teríték állandó sebességgel végighalad a présen, miközben nyomóerőnek és magas hőmérsékletnek van kitéve. Nagy préseknél a préserő elérheti a 60000 tonnát.

•

Probléma:

• Az együttesen ható nagy vertikális nyomás és horizontális mozgató erő igen jelentő súrlódási erőket ébreszt az acélszalagok és a nyomóberendezések között.

Duplaszalagos#prés#IV. • 1893:#USA#szabadalom:

szalagos,#több#kalander# hengeres#prés#parafalapok# gyártására#U#nem#tudták# kiküszöbölni#a#súrlódási# erőket#1990Ues#évekig

• Súrlódási#Opusok#és#megoldások: • csúszási#súrlódás#–#csúszó#prések • gördülési#súrlódás#–#görgőágyas#prések • fluidizációs#súrlódás#–#folyadékU#vagy#légpárnás#prések

Duplaszalagos#prés–#Csúszó#prés • A#fűtőlapokat#nekiszorítja#az#acélszalagoknak. • A#csúszási#súrlódást#csökkentendő: • •

a#fűtőlapokat#alacsony#súrlódási#tényezőjű#anyaggal,#pl.#poliuretánUePlén#borítják a#fűtőlapok#és#az#acélszalagok#közé#olajat#préselnek#nagy#energiával

• Hátrányai: • • •

a#csúsztató#olaj#nagy#nyomást#és#hőmérsékletet#kell#elviseljen#–#drága 2000#l#olajat#kell#keringtetni#minden#négyzetméternyi#présfelületen#–#magas#üzemeltetési# költségek a#nagy#olajpumpák#háromszor akkora#elektromos#energia# fogyasztást#adnak,#mint#más# duplaszalagos#megoldás#esetén

• Legkisebb#a#piaci#részesedése# (1981#óta#gyártják)

HydroUDyn#prés#–#Bison • • • • • • •

Az acélszalag és a fűtőlapok között olajfilm – kisebb sűrűségű teríték részek felett vastagabb, nagyobb sűrűségű részek felett vékonyabb. Hőmérséklet 170-190 °C Három, csökkenő nyomású présszakasz. Bevezető szakaszon nagy olajigény – 3 MPa préselési nyomásig. Nagynyomású szakasz: 4-7 MPa Olajfogyasztás: 35-70 g per 1 m3 farostlemez Kész lemezek vastagsági tűrése: • vékony lemez: ± 0,1 mm • vastag lemez: ± 0,25 mm Bison&Hydro+Dyn

Duplaszalagos#prés#–#Görgőágyas#prés#I. • A#nyomást#és#a#hőt#a#fűtöE#préslapok#és#az#acélszalagok#közöE#

görgők#adják#át: • fix#pozicionálású,#préslapra#szerelt#görgők • görgőláncokká#vagy#–szőnyegekké#egyesítve#az#acélszagokkal#egyező#irányba,# de#fel#akkora#sebességgel#mozognak

• Két#deformációs#erő#lép#fel: • a#görgőkre#ható#torziós#feszültség, • az#acélszalagokra#ható#hajlítófeszültség.

Deformációs hatások F

F

F

F

F

F F F F F F F F

F

F

F

F

F

F

F F F F F F F F

Ø 12,5 mm

F

Duplaszalagos#prés#–#Görgőágyas#prés#II. • Kégéle#megoldás: • teljes#présszélességben#végignyúló,#hosszú#görgő#rudak, • üreges#hengerek,#melyek#közös#tengelyen#futnak,#alkalmazkodva#a#helyi# nyomásviszonyokhoz.

• A#közös#tengelyen#futó#hengerek#megbirkóznak#a#torzióval: • a#külsők#kisebb#átmérőjűek#lehetnek#(12#mm#20U22#mm#helyeE) • kisebb#átmérő#–#kisebb#görgőtávolság#–#kisebb#hajlító#feszültség#az# acélszalagra.

• A#préselés#izochor#(egyenlő#térfogat): • a#belépőoldali#tömörítés#után#a#görgőágy#egyenlő#távolságot#biztosít#a# szalagfok#közöE#–#egyenletes#térfogat#ill.#vastagság.

• Ezek#a#prések#rendszerint#max.#5#MPa#nyomásig#készülnek.#

ConPRoll#prés#–#Siempelkamp#I. • Kis#átmérőjű#hengeres#fémrudak# alkoEa#szőnyeg,#a#rudak#szabadon# fordulnak • A#hosszú#fémrudak#miaE#nincs# súrlódási#kopás#a#szalagon,#csak# a#görgők#kopnak#–#kisebb# kenőanyagigény. • Acélszalag:#1,8U2,3#mm • Préslapok:#100#mm#–#alsó#fix,#felsőt keEős#hidraulikus#hengersor#működteP • Készlapok#vastagságtűrése:#±#0,1#mm# (1984&óta) • MDFUet#600#kg/m3Uig,#HDFUet#900#kg/m3Uig

ConPRoll#prés#–#Siempelkamp#II. • 18#mUes#ConPRoll#prés,#3#mm#vastag#MDFUből,#800#mm/s# •

előtolással,#400#m3Ut#gyárt#naponta. Felépítés: • rugalmas#présasztal • merev#présfej • alsóUfelső#préslapok#(100#mm) • teljes#szélességű#gördülő#elemek • alsóUfelső#acélszalag • keret#modulok • kétoldali#hidraulika#hengerek • Préselési#idő:#amikor#a#teríték#magja#eléri#a#100#°CUot.#(a#műgyanta#kikötési# hőfoka)

Küsters#prés#I. • Görgők#szőnyegszerű# •

kialakítása Kis,#12,5#mmUes#görgőátmérő: • préslap#és#acélszalag#közP#

(1977&óta)

hőmérsékletkülönbség:# csak#10U20#°C

• Préshengerek#préskapukban,#30#cmUes#munkaszélességben • Fűtőlapok#vastagsága:#70#mm • Jellemző#paraméterek:#hossz#–#70#m,# szélesség#–#3,3#m,#előtolás#–#70#m/min

Küsters#prés#II. A#vékony#görgők#és#így#a#kis#távolságok# lehetővé#teszik#két#görgőszőnyeg# alkalmazását:#hűtés

ConP#Power#rendszer#(ConP#Panel#System)#–# Diffenbacher#I. • Fűtőrendszer#és#hőmérsékleteloszlás

• Préshossz#szerint,#megfelelő#számú#fűtőkört#használ. • Termoolajjal#fűtöE#préslapok#–#vékony#koptatólemez#–#görgőrudak#–# • •

•

acélszalagok. A#görgőrudak#teljes#szélességben#egyenletes#hőmérséklet#eloszlást#adnak. A#megfelelő#hőátadás#miaE#az#acélszalagok#és#a#görgők#egy#szigetelt#kamrában# futnak. A#görgőket#előmelegíPk.

• Nyomásfelépítés#és#nyomáselosztás • Moduláris#felépítés#–#a#prés#két#oldalán#elhelyezkedő#kívül#fekvő#préshengerek. • A#préshengereket#proporcionális#szabályzószelepek#és#digitális#útmérők#vezérlik#–# •

lehető#legjobb#vastagsági#tűrést#biztosít Precízen#állíthatók#az#egyes#szakaszok#tömörítési#és#hőmérsékleP#viszonyai.

ConP#Power#rendszer#(ConP#Panel#System)#–# Diffenbacher#II.

• Előnyei:

• nagy#fajlagos#teljesítmény • könnyen#kezelhető • robusztus,#moduláris#felépítés • jó#hozzáférhetőség#karbantartáskor • nagy#előtolás:#1300#mm/s • gyors#tömörítés • opPmális#hőmérséklet#a#megfelelő# • • •

időhöz állítható#nyomás#vagy#útszabályozás minimális#vastagsági#tűrés változatos#termékskála#a#jó# állíthatóság#révén

Présdiagram 300

225

150

75

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Préshoszz [m]

Nyomás/10 [MPa] Présszalag hőmérséklet [°C]

Lap maghőmérséklet [°C] Vastagság [mm]

Szervetlen kötésű faalapú kompozitok

Definíció

Szervetlen kötésű faalapú kompozitoknak nevezzük azokat a lignocellulóz alapú lemezeket, formatesteket, amelyeknek cement vagy gipsz szolgál kötőanyagául.

Szervetlen kötőanyagok

!

Cement: – –

!

portlandcement magnezit cement (magnézia)

Gipsz: – – – –

természetes gipsz foszfor gipsz füstgáz kéntelenítési gipsz szerves és szervetlen savak gyártása során

Vázszerkezet

fagyapot ! faapríték ! faforgács !

farost ! egynyári növények rostjai !

!

cellulóz

Egy kis történelem 1895 ! 1908 ! 1910 ! 1920 ! 1930 ! 1960 ! 1966 ! 1990 ! 2000 !

– – – – – – – – –

Xilolith magnezit kötésű fagyapot lemez gipszkartonlapok cement kötésű fagyapot lemez fabeton termékek gipszkötésű rostlemezek cementkötésű forgácslap cementkötésű rostlemez cementkötésű cellulózlemez

Cementkötésű kompozitok

Fontosabb cementkötésű termékek kis és nagysűrűségű fagyapotlemezek – HERAKLITH, CANALI, ELTEN ! faapríték blokkok – VELOX, DURISOL ! cementkötésű forgácslapok – BETONYP, DURIPANEL, ELTEN ! cementkötésű rostlemezek – SIEMPELKAMP-FULGURITH, VOITH !

Fontosabb felhasználási területek I.

!

fagyapotlemezek: – – – – –

!

hőszigetelés hangszigetelés födémszerkezet válaszfal teherhordó falszerkezet (nagysűrűségű fagyapot)

faapríték blokkok: – –

teherhordó falszerkezet válaszfal

Fontosabb felhasználási területek II.

!

cementkötésű forgácslap: – – – –

!

külső/belső falburkolat teherhordó falszerkezet födém dupla padló

cementkötésű rostlemezek: – – –

külső burkolás tetőfedés speciális idomok, pl. csövek

Portlandcement A portlandcement gyártása a mészkő és agyag zsugorodásig való égetése által előállított klinkerből ill. a kötésszabályozás céljából, néhány százalékban adagolt gipszkőből történik, ezek együttes őrlése által. Tulajdonságait elsősorban a klinker határozza meg.

A fő klinkerásványok I. !

Alit: – – – –

!

3 CaO * SiO2 - trikalcium-szilikát ezzel érhető el a legnagyobb kezdeti szilárdság nagy hidratációs hő 37 - 60 m%.

Belit: – – – – – –

2 CaO * SiO2 - dikalcium-szilikát legfontosabb módosulata a négy közül a β-módosulat: lassú kezdeti szilárdulást megfelelő utószilárdulást alacsony hidratációs hő 15 - 37 m%.

A fő klinkerásványok II. !

Trikalcium-aluminát: – – – – –

!

3 CaO * Al2O3 leggyorsabban köt, legnagyobb hőt termeli A PC-hez adagolt gipszkő lassítja a túl gyors kötést. 7 - 15 m%

Tetrakalcium-aluminát-ferrit: – – –

4 CaO * Al2O3 * Fe2O3 lassan köt, a szilárdsága ennek az összetevőnek a legkisebb.

A cement szilárdulás szakaszai

kötési folyamat - amíg a cement megkarcolható, ! szilárdulás - általában 28 napig tart, ! utószilárdulás - 28 nap után a víz és a levegő széndioxidtartalmának hatására bekövetkező szilárdságnövekedés. !

A cement hidratációja

A klinkerásványok hidratációs reakciói

!

Trikalcium szilikát:

2 (3 CaO * SiO2) + 6 H2O => 3 CaO * 2 SiO2 * 3 H2O + 3 Ca(OH)2 !

A dikalcium-szilkát reakciója:

2 (2 CaO * SiO2) + 4 H2O => 3 CaO * 2 SiO2 * 3 H2O + Ca(OH)2 !

Általánosan:

kalcium-szilikát + víz = kalcium-szilikát-hidrát + kalcium-hidroxid

A cementhidratáció szakaszai

A víz és a cement kapcsolata I. Víz-cement tényező (w): a keverővíz és a cement aránya. ! Elméleti víz-cement tényező: w=0,25 A klinkerásványok hidratációjához szükséges víz elméleti mennyisége. ! Gyakorlati víz-cement tényező: w=0,35 A víznek a cementben való megfelelő eloszlatása, és a teljes pórustérfogat kitöltése miatt. Ezzel a cement teljes hidratációja biztosítható. !

A víz és a cement kapcsolata II. A víz-cement tényező egyike a cement nyomó és hajlító szilárdságát meghatározó tényezőknek. ! A w=0,32-ről w=0,45-ig történő növelésével a 24 órás cementszilárdság a felére csökken. !

–

!

A szilárdság csökkenését a víz miatt a cementkőben létrejövő nagy kapilláris üregek és a gélpórusok kiürülésekor fellépő erők okozzák, melyeket a cementkő nem tud felvenni.

Befolyásolja a hidratáció sebességét.

A széndioxid hatása a cementre I. A széndioxidos kikeményítésű cementkötésű forgácslapok gyártása során a cement kötésének meggyorsítására, a lapszerkezetbe CO2 gázt injektálnak, minek hatására a megszokott cementhidratáció helyett karbonátosodás játszódik le. ! A hagyományos módon kötő cementnél ez a reakció igen lassú, mert a levegő széndioxid tartalma viszonylag alacsony (0,03 – 0,04 V%). !

A széndioxid hatása a cementre I. A portlandcement főbb összetevőinek reakciói a széndioxiddal: ! mészhidrát: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O !

tri-/dikalcium-szilikát-hidrát:

3 CaO * 2 SiO2 * 3 H2O + 3 CO2 => 3 CaCO3 + 2 SiO2 + 3 H2O

A folyamat exoterm, és jelentős hő fejlődik a préselés során. ! A karbonátosodási reakció tömegnövekedéssel jár, melynek során a rendszer zsugorodik. !

A cementmérgek hatása I. Sandermann és Kohler 90 fafajt elemeztek a faanyagok inhibeáló-anyag tartalmára vonatkozólag ! Az elektronmikroszkópos vizsgálatokkal kiderült, hogy a cukrok adszorbeálódtak az alit felületén ezáltal annak reakcióját a vízzel gátolták. ! Az úgynevezett "cementmérgek" hatásának csökkentésére nátronvízüveget, alumíniumszulfátot és mésztejet alkalmaztak elsősorban. !

A cementmérgek hatása II. 1-Xylóz, 2-Glukorsav, 3-Cellobióz, 4-Raffinóz, 5-Glukóz, 6-Fruktóz

Cementkötésű kompozitok

Vázanyag

Fagyapotlemez

Fabeton

Forgácslap

Rostlemez

fagyapot

faapríték

faforgács

farost/cellulóz

Kötőanyag

portlandcement / magnezit cement

ρ [kg/m3]

360-570

450-800

1000-1400

700-1200

σh [N/mm2]

0,4-1,7

0,4-2,0

9-15

8-10

E [N/mm2]

300

-

3000-5000

3000

λ [W/m°K]

0,09-0,14

0,1-0,2

0,19-0,26

0,18

Heraklith, Elten, Canali

Velox, Durisol,

Falco, Duripanel

Fulgurith, Golden Siding

Gyártók

Fabeton

Fagyapotlemez

Fagyapotlemezek alkalmazása

Fagyapotlemezek alkalmazása

Fagyapotlemezek alkalmazása

Fagyapotlemezek alkalmazása

Faapríték blokkok / Fabeton !

faapríték, gyaluforgács (nemesnyár, fenyő)

!

prés + kalodás kiköttetés

!

formaprés

!

extrúziós prés

!

kiköttetés

!

PC kötőanyag

Alkalmazás: falszerkezetek, hangszigetelés

Faapríték blokk alkalmazása Durisol

Cementkötésű forgácslap

Cementkötésű forgácslapok alkalmazása

Cementkötésű rostlemezek

Gipszkötésű kompozitok

Fontosabb gipszkötésű termékek

Gipszkartonlapok – építőlap, impregnált, tűzvédő – KNAUF, RIGIPS ! Gipszkötésű rostlemezek – FERMACELL, WÜRTEX, BISON ! Gipszkötésű forgácslapok – BISON !

Fontosabb felhasználási területek !

Gipszkartonlapok –

álmennyezet,

–

falborítás tetőtér

–

!

Gipszkötésű rostlemezek

–

álmennyezet, falborítás tetőtér

–

szerkezeti elem

– –

!

Gipszkötésű forgácslapok –

beltéri alkalmazások, mint a gipszkarton

Gipszkartonlap

Gipsz – CaSO4 + 2H2O !

natur gipsz: természetes, bányászott gipsz

!

füstgáz kéntelenítési gipsz: kőszén és szénhidrogén üzemű hőerőművekben

!

foszfor gipsz: a foszforsav gyártás mellékterméke

A gipsz módosulatai !

Kalcium-szulfát-dihidrát (CaSO4.2H2O) –

!

vízoldhatóság (20 °C): 0,21 g/100g oldat

Kalcium-szulfát-félhidrát (CaSO4.½H2O) –

vízoldhatóság (20 °C): ! α-félhidrát:

0,67 g/100g oldat

! β-félhidrát:

0,88 g/100g oldat

!

Anhidrit III. (CaSO4 III)

!

Anhidrit II. (CaSO4 II)

!

Anhidrit I. (CaSO4 I)

Szilárdító vázszerkezet !

Gipszkartonlapok: –

!

Gipszkötésű rostlemezek: –

hulladékpapír rost

–

rostiszap üvegszál műanyag-, fém-, szénszál

– –

!

karton (esetleg plusz üvegszál)

Gipszkötésű forgácslapok: – –

gyaluforgács célgorgács

Adalékanyagok

!

kötéslassítók

(nátrium-szilikát, nátrium karbonát, keményítő,

bórax)

kötésgyorsítók (kalcium-szulfát, ammónium-szulfát) ! gipszerősítők (őrölt gipsz, kalcium-hidrogén-foszfát-dihidrát) ! gipszhabosítók (kalcium-karbonát, alumínium-szulfát) ! töltőanyagok (perlit, habkő) ! vízállóság növelők (műgyanták) ! gipszfolyósítók !

Gyártási eljárások

nedves eljárás (Hatschek) ! öntőeljárás (gipszkarton) ! félszáraz eljárás (Bison) !

!

w > 0,8 w = 0,6 – 0,8 w = 0,3 – 0,4

száraz eljárás (formatestek)w < 0,3

Gipszkötésű kompozitok Vázanyag

Gipszkartonlap

Forgácslap

Rostlemez

papírkarton

faforgács

farost/cellulóz

Kötőanyag ρ [kg/m3]

natúr / füstgáz / foszfor gipsz 820-1000

1000-1200

1000-1200

σh [N/mm2]

3-8

6-9

5-8

E [N/mm2]

3500-4600

3000-5000

2500-5000

λ [W/m°K]

6,0-8,0

0,2-0,35

0,29-0,35

Knauf, Rigips

Sasmox, Arborex

Fermacell, Gypsonyte

Gyártók

Gipszkötésű forgácslap

Gipszkötésű rostlemez

Faalapú kompozitok

Faalapú kompozit lemezek Rétegelt falemez OSB – Oriented Strand Board = Irányított forgácselrendezésű lapok MFP - Multifunktionsplatte Forgácslap Farostlemezek: LDF – Low Density Fiber Board = Alacsony sűrűségű farostlemez (szigetelőlemez) MDF – Medium Density Fiberboard = Közepes sűrűségű farostlemez HDF – High Density Fiberboard = Nagy sűrűségű farostlemez Hardboard – Kemény farostlemez DHF - Diffusionsoffene Holzfaserplatte = Diffúziós farostlemez

Rétegelt falemez – MSZ EN 636

furnér alapanyag rétegenként merőleges szálirány (hő)présben ragasztással PF, PRF, MUF kötőanyag

OSB

„strand” alapanyag (30 x 120 mm) fedőrétegek merőlegesek a középrétegre hőprésben, ragasztással PF, PRF, MUF, PMDI kötőanyag Alkalmazás: külső/belső fal borítás, bútoripar, belsőépítészet

MFP Multifunktionsplatte (többfunkciós lemez). Az OSB-nél kisebb, a hagyományos faforgácslapénál nagyobb forgácsokból készül. Megfelel az OSB 3 technikai paramétereinek.

hőprésben, ragasztással PF, PRF, MUF, PMDI kötőanyag Alkalmazás: külső/belső fal borítás, bútoripar, belsőépítészet

Forgácslapok faforgács alapanyag általában 1-1 fedőréteg és 1 középréteg hőprésben, ragasztással PF, PRF, MUF kötőanyag

Alkalmazás: bútoripar, csomagolóipar, külső/belső borítás

Farostlemezek (MDF, HDF) farost alapanyag általában 1-1 fedőréteg és 2 középréteg (MDF) 1 rétegű (kemény farostlemez) hőprésben, ragasztással PF, MUF kötőanyag

Alkalmazás: bútoripar, járműipar, építőipar

Műgyanta kötésű kompozit lemezek Rétegelt lemez

OSB

Ostya forg.lap

Forg. lap

MDF

Orientálás

┴ rétegek

┴ rétegek

─

─

─

─

─

Fa alkotó

furnér

„strand”

ostya forgács

faforgács

farost

farost

farost

Kötőanyag

PF

MUPF/ PMDI

PF

UF/MUF/ PF

MUF

─

MUF

t [mm]

3-40

6-30

6-30

4-40

2-60 (100)

12-40

2-8

ρ [kg/m3]

500800

620-660

650720

550750

600-800

360

8001000

σh [N/mm2]

15-20

7-20

20-28

8-18

15-34

2-3

20-40

35004500

15004000

2500-32 00

─

49007600

0,26

0,26

0,26

0,04

0,26

E [N/mm2] λ [W/mK]

5000-12000 6000-7000 0,26

0,26

Szigetelő HDF farostl.

Kompozit gerendák LVL (rétegelt furnérfa) LSL (rétegelt szálforgács tartó) PSL / Parallam (párhuzamos szálforgács tartó I-tartók

Jelent"ségük A kompozit gerendák el"nyei a kompozit lemezekéhez hasonlók: A rendelkezésre álló alapanyag jobb kihasználása; Nagyobb méretek (a kompozit fajtájától függ"en jelent"s keresztmetszetek; a természetes faanyaggal csak nehezen vagy egyáltalán nem elérhet" hosszméretek); Kisebb mérték! zsugorodás, dagadás, vetemedés; Megbízhatóság; egyenletesebb, kisebb szórású fizikai és mechnaikai tulajdonságok (magasabb tervezési szilárdságok); El"re tervezhet" tulajdonságok.

LVL Furnérokból felépül" többréteg! termék. Rétegeinek a száliránya mindig párhuzamos, megegyezik a tartó f" tehervisel" irányával. A megfelel" hosszúságú termék elérése érdekében a kb. másfél méter hosszúságú furnérokat hossztoldják. A végtelen hosszúságó terítéket el"préselés után max. 14 m hosszúságúra darabolják, majd egy kétszintes h"présben egyesítik a furnérokat. A termék vastagsága 25-90 mm között változik, leggyakrabban 35-45 mm (általában 13-17 réteg!). Az LVL nagy táblák formájában kerül ki a présb"l, majd ezeket hasítják fel a kívánt keresztmetszetnek megfelel"en.

LVL A furnérokat a gyártás el"tt roncsolásmentesen min"sítik Lehet beltéri, valamint víz- és f"zésálló is. Az alkalmazott alapanyag európában általában lucfeny". Európában Finnország gyárt: KERTO-S – hagyományos szerkezet! LVL, tehervisel" szerkezetek (pl. tartók, könny!szerkezetes épületek keretváza, stb. céljára. Min. szilárdsága 44 MPa. KERTO-T – kisebb s!r!ség! furnérokból gyártott, alacsonyabb teherbírású LVL termék, könny!szerkezetes falak bordáihoz. KERTO-Q – kimondottan felületborításokhoz kifejlesztett LVL termék, mely 15%-ban keresztirányú rétegeket is tartalmaz a méretstabilitás és a keresztirányú teherbírás érdekében. Max. 2,5 m szélesség!.

LVL

LSL Az OSB alapanyagához hasonló szálforgácsokból felépül" termék, amelyeket azonban a tartó teljes keresztmetszetében hosszirányban rendeznek. Az LVL-hez hasonlóan nagyobb, 32–100 mm vastag, szélesebb panelek formájában készül, amelyet igény szerinti szélesség!re vágnak. Az LSL általában poliuretán gyantával készül, amelyhez az id"járásállóság javítására viaszt is adagolnak.

LSL

Építési terület: 18 000 négyzetméter Létesítmény alapterülete: 5000 négyzetméter Össz-alapterület: 12 670 négyzetméter Szintek száma: 4 Épületmagasság: 28,50 m Szerkezet: beton, fa és acél Tervezés: 2004-2005 Építés: 2005-2011 Beruházás költsége: 90 millió Euro

PSL A parallam vastagabb furnércsíkokból készül, melyeket egy szállítószalagokból kialakított vályúban rendeznek hosszirányban, majd egy mikrohullámú keretprésben préselnek. Igen nagy keresztmetszetben készítik (pl. 28 x 42 cm), amit ezután igény szerint hasítanak és szabnak megfelel" keresztmetszeti és hosszméret!re. A technológia jelent"sen tömörít, így a végtermék s!r!sége az alapanyagénál ~ 40 %-kal magasabb, és a szilárdság is ennek megfelel"en növekszik. El"nye, hogy a szerkezete nem rétegekb"l épül fel, így a rétegelválás veszélye nem áll fenn.

PSL

I-tartók A különböz" faalapú kompozitok el"nyeit egyesíti nagy inerciájú termékben. Öv: LVL, tömör fa Mag: OSB, rétegelt lemez, hullámlemez, LVL, MDF, stb.

Termékvizsgálatok

Késztermék vizsgálatai

• Anyagvizsgálatok • Felületvizsgálatok • Termékvizsgálatok követelmény szabvány - vizsgálati szabvány

Anyagvizsgálatok Az általánosan alkalmazott vizsgálatok: – – – – – – –

hajlítószilárdság és hajlítási rugalmassági tényező vizsgálata: MSZ EN 310 lapsíkra merőleges szakítószilárdság vizsgálata: MSZ EN 319 térfogati sűrűség meghatározása: MSZ EN 323 vastagsági dagadás meghatározása áztatás után: MSZ EN 317 nedvességtartalom meghatározás MSZ EN 322 felületiréteg-tapadó szilárdság: MSZ EN 311 formaldehid tartalom meghatározás, perforátor módszerrel: MSZ EN 120

Késztermék vizsgálatai

Hajlítószilárdság és hajlítási rugalmassági tényező vizsgálata I. ! !

A hajlítószilárdságot az Fmax törési terhelőerőhöz tartozó M hajlító nyomaték és a keresztmetszeti tényező arányából számítjuk. A hajlítószilárdsági vizsgálat próbatesteinek méretei: – –

! !

szélesség: 50 ± 1 mm, hosszúság: t * 20 + 50 mm, de legfeljebb 1050 mm és legalább 150 mm.

A vizsgálóberendezésen egypontos terhelést alkalmazunk, az alátámasztási köz pedig t * 20 mm. Ügyelni kell a vizsgálat során az alkalmazott sebességre, ugyanis a túl gyors szánmozgás téves, nem statikus hajlító szilárdsági eredményt hozhat.

Késztermék vizsgálatai

Hajlítószilárdság és hajlítási rugalmassági tényező vizsgálata II. F ∅ 30 ± 0,5 mm

l1/2

Hajlító szilárdság: , ahol

!

– – – – –

fm: Fmax: l 1: b: t:

[N/mm2]

a hajlítószilárdság [N/mm2] a törőerő [N] az alátámasztási köz [mm] a minta szélessége [mm] a minta vastagsága [mm]

∅ 15 ± 0,5 mm l1 l2

3 pontos hajlítás

Késztermék vizsgálatai

Hajlítószilárdság és hajlítási rugalmassági tényező vizsgálata III. Hajlítási rugalmassági tényező:

[N/mm2]

, ahol: – – – – –

–

Em: a hajlítási rugalmassági tényező [N/mm2], l 1: az alátámasztási távolság [mm], F2 b: a próbatest szélessége [mm], t: a próbatest vastagsága [mm], F2 - F1: a terhelőerő növekedése [N]-ban, a terhelőerő-alakváltozás görbe egyenes szakaszán. Az F1 megközelítőleg a törőerő (Fmax) 10 %-a, az F2 pedig a 40 %-a legyen. F1 a 2 - a 1: a próbatest lehajlásának növekedése a próbatest közepén mérve, a1 az (F2 - F1) terhelőerő-növekedéssel összefüggésben.

0,4 Fmax

0,1 Fmax

a lehajlás

a2

Késztermék vizsgálatai

Lapsíkra merőleges szakítószilárdság vizsgálata A próbatest felületére vonatkoztatott legnagyobb terhelőerő határozza meg. A próbatest méretei: –

azonos hosszúságú oldalak:

50 ± 1 mm.

A próbatest mindkét felületére keményfa, rétegelt lemez vagy fém vizsgálófeltétet kell ragasztani. A feltétek felragasztásához olyan ragasztóanyagot kell alkalmazni, amely a feltét és a próbatest között megfelelő szilárdságú kötést biztosít. A számításhoz használt képlet: ahol: – – –

fti: Lapsíkra merőleges szakítószilárdság [N/mm2] Fmax: a szakítóerő [N] a, b: a minta szélessége és hosszúsága [mm]

[N/mm2]

Késztermék vizsgálatai

Lapsíkra merőleges szakítószilárdság vizsgálata

Késztermék vizsgálatai

Térfogati sűrűség meghatározása A sűrűséget a próbatestek azonos nedvességtartalom mellett mért tömegének és térfogatának hányadosaként határozzuk meg. Próbatestek mérete: –

azonos hosszúságú oldalak:

50 ± 1 mm.

A próbatesteket 65 ± 5 %-os relatív légnedvességű és 20 ± 2 °C hőmérsékletű légtérben tömegállandóságig kell kondicionálni. A próbatestek sűrűségének számításához használt képlet: [kg/m3] ahol: – – – –

r: m: b 1, b 2: t:

térfogati sűrűség [kg/m3], a próbatest tömege [g], a próbatest szélessége és hosszúsága [mm], a próbatest vastagsága [mm]

Késztermék vizsgálatai

Vastagsági dagadás meghatározása áztatás után A vastagsági dagadást a vízben tárolt próbatestek vastagságnövekedésének mérése alapján kell meghatározni. Próbatestek mérete: –

azonos hosszúságú oldalak:

50 ± 1 mm.

Áztatás időtartama: –

a terméktípustól függően 2 h vagy 24 h

A próbatesteket 65 ± 5 %-os relatív légnedvességű és 20 ± 2°C hőmérsékletű légtérben tömegállandóságig kell kondicionálni. A mérést a lapátlók metszéspontjában kell végezni. A számításhoz használt képlet: ahol: –

Gt: vastagsági dagadás [%]

–

t1: a próbatest áztatás előtti vastagsága [mm]

–

t2: a próbatest áztatás utáni vastagsága [mm]

Késztermék vizsgálatai

Vastagsági dagadás meghatározása áztatás után

Késztermék vizsgálatai

Nedvességtartalom meghatározás A próbatesteknek a mintavétel időpontja és a 103 ± 2 °C-on tömegállandóságig végzett szárítása között fellépő tömegveszteséget határozzuk meg. A tömegveszteséget a próbatest szárítása után mért tömegére vonatkoztatva számítjuk. Próbatestek mérete: nagysága és formája lényegtelen, de min. 20 g tömegűnek kell lennie. A számításhoz használt képlet: [%] ahol: – – –

H: a nedvességtartalom [%], mH: a próbatest mintavétel utáni tömege [g], m0: a próbatest szárítás utáni tömege [g].

Késztermék vizsgálatai

Nedvességtartalom meghatározás

Késztermék vizsgálatai

Felületiréteg-tapadó szilárdsága

! !

A lemez felületén és a belsejében lévő forgácsok közötti kötés felületi szilárdsága vagy minősége. A meghatározáskor azt az erőt mérjük, amely a forgácslemez felületéhez ragasztott acél húzódarabnak a forgácslemez felületéről való leszakításához szükséges. Az 50 x 50 mm-es próbatest felületébe kör alakú árkot vágunk, és az ez által határolt területre ragasztjuk az acél húzódarabot. Az acél húzódarab felületről való leszakításához szükséges erőt mérjük. Az árok belső átmérője: 35,7 mm A húzódarab ragasztási felületének átmérője: 35,6 mm A számításhoz használt képlet: SS = F/A [N/mm2] ahol – – –

SS: a felületiréteg-tapadó szilárdsága [N/mm2], F: a szakadáskor fellépő erő [N], A: a ragasztási felület nagysága (1000 mm2)

Késztermék vizsgálatai

Formaldehid tartalom meghatározás, WKI módszerrel 2 db klimatizált 25 x 25 x t mm próbatestet egymásra helyezve gumiszalaggal összekötnek és 50 ml desztillált víz felett egy 500 ml-es polietilén palackban felfüggesztenek. A lezárt üveget 40 °C hőmérsékletű szárítószekrényben 24 és 48 óráig tárolják, majd 30 perces hűtést alkalmaznak jeges vízben. Ez idő alatt megtörténik a formaldehid teljes abszorpciója. Az utólagosan lehasadt formaldehid tartalmat jodometriás titrálással vagy spektrofotometriás úton határozzák meg. WKI érték =

mg/100g

ahol: – b: az elhasznált 0,01 n nátriumszulfát oldat a vakpróbához [ml], – a: az elhasznált 0,01 n nátriumszulfát oldat a mintához [ml], – u: a minta nedvességtartalma [%], – P: a 2 db vizsgált mintatest összes tömege [g].

Formaldehid tartalom meghatározás, Perforátor módszerrel ! ! ! !

110 g, 25 x 25 mm-es próbatestet toluolban főzünk, extraháló készülékben. A keletkezett gőzöket, gázokat desztillált vízben fogjuk fel. A formaldehid tartalmat jodometriás titrálással vagy spektrofotometriás úton határozzuk meg. Az eredményt mg/100g formában adjuk meg.

1. Kúpos kötőelem

6.

Üvegcső gömbbel

2. Dimróth-hűtő

7.

Erlenmeyer lombik

3. Tok-dugó átmenet

8.

Tok-dugó átmenet

4. Szűrőbetét

9.

Gömblombik

5. Perforátorfeltét

Formaldehid tartalom meghatározás, Perforátor módszerrel

Felület vizsgálatok • Anyag szerint: • Lakkozott • Papírlaminált • HPL/CPL • Műanyag (PVC, PC, stb.)

• Termék szerint:

• Bútorfelület • Parketta • Laminált padlóburkolar • “Linóleum” • Lamináltlap

• Termék függő szabványok

• MSZ vs. EN

szabványok

titanic.nyme.hu/~atibor/ATL [email protected] 20 532 1187