Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI

Átírás

1 POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI Április 02. Nyersanyagok gyarmatokról Európába felhasználhatatlan kaucsuk. (kecsua: ca-huchu kau: fa, ucsu: könnyezni fák könnye ) 1516 De Orbe Novo A kaucsuk a Hevea brasiliensis kérgét bevágva tejszerű nedv tűz és füst - rugalmas anyag (termék előbb ragacsos, majd kemény) 1770 Priestley fedezte fel, radírozásra használta. rubber 1791 Samuel Peal szövetek vízhatlanítása 1820 Thomas Hancock hengerszék rugalmas kötözőanyagok, kesztyűk 1823-ban Charles Mackintosh benzol, két szövetréteg közé -keményedik 1839-ben Charles Goodyear (vaskereskedő) kén és ólomfehér véletlenül túlhevítve Vulkanizáció 1

2 Rövid áttekintés Schottola Ernő február 17-én gumigyártás céljából céget alapított, Kerepesi úti gyártelep 1891-ben azonban a bécsi Österreichische-Amerikanische Gummifabrik AG átvette a telephelyet, Magyar Ruggyantaárugyár RT (MRG), amelyben előbb 100%, majd később 67% volt az osztrák tulajdon. (Ma a Michelin tulajdonában.) Rövid áttekintés vasúti ütközők, féktömítések 1893-tól kerékpárgumik, 1895-től játékkészítés (gumilabda, babák) 1902-től keménygumi 1909-től Palma gumisarok előállítása ben gumiabroncsok Tauril Cordatic (kordfeldolgozás) 1912-ben az MRG létrehozta a Budapesti Automobil Közlekedési Rt (Autotaxi) ben Dr.Dorogi és Társa Gumigyár Rt, csipogó gumijátékok és gumitalpú vászoncipők Hungária Gumiárúgyár Rt 2

3 Kaucsuk: trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag, térhálósítható elasztomer (szintetikus-természetes) molekulatömeg részben kristályos molekulatömeg-eloszlása széles magas a látszólagos viszkozitása Üvegesedési hőmérséklete alacsony (-73 o C fok) kristályosodási hőmérséklete 28 o C dekrisztallizálás Vulkanizáció -lineáris polimereket -kismolekulájú anyaggal -térhálós rendszerré alakítják TÉRHÁLÓSÍTOTT KAUCSUK = GUMI A természetes kaucsuk szerkezete A természetes kaucsuk szerkezetének fő tömege 1-4 cisz-polizoprén 3

4 A természetes kaucsuk termelése Hevea brasiliensis Dél-Amerika, Délkelet-Ázsia Afrika egyenlítői vidékei. A természetes kaucsuk-latex % Kaucsuk szénhidrogén 32,0 41,0 Fehérjék 2,0 2,7 Gyanták, zsírsavak 0,5 3,4 Cukrok és egyéb szerves anyagok 1,0 4,2 Ásványi anyagok 0,3 0,7 Víz 52,0 60,0 A természetes kaucsuk termelése 4

5 A természetes kaucsuk termelése Koagulálás Koaguláló kádban, kiemelhető válaszfalakon Higítás 15-20%-ra ph-beállítás ecetsav vagy hangyasav ph 4,8-5,1 koagulálás (izoelektromos pont) A sebesség a latex hőmérsékletének emelésével (28-35 o C) gyorsítható A természetes kaucsuk termelése RSS típusok (Ribbed Smoked Sheets) RSS 1x RSS 1-5 kimosás hengerszékeken, bordázás, 2-4 napig tartó füstölés C fokon száraz, tiszta, egyenletes füstölés, hólyagszennyeződés-mentes, hibátlan csomagolás minőségi sor a fenti szempontokra Krepp típusok (crepe: palacsinta) Pale Crepe latexhez nátriumhidrogénszulfit adagolása, a koagulátum kimosása hengerszéken, szárítás 45 C fokon 5-12 napig.) Brown Crepe TSR típusok (Tough Rubber Sheath) kiindulás hulladék-koagulumból, mosás, szárítás koagulumok aprítása, morzsázása, erős mosás, intenzív levegőáramban történő szárítás, bálázás 5

6 A látszólagos viszkozitás mérése A vulkanizációs görbe 6

7 A természetes kaucsuk felhasználási területei Abroncsgyártás % Mártott technológiák % Műszaki gumicikk gyártás % Latextechnológiák A természetes latex kezelése Tartósítás mikroorganizmusok hatásának megszüntetése stabilizálás ammónia (olcsó, jól szállítható, könnyen eltávolítható, kellemetlen szag) Besűrítés 60-68% szárazanyagtartalomra feleslegesen szállítandó víz eltávolítása - elpárologtatás (folyamatos eljárás, fekvő hengerben) - lefölözés (ülepítési eljárás, a sűrűségkülönbségen alapul) - centrifugálás (folyamatos lefölözés) 7

8 A természetes latex előkészítése gyártáshoz Ammónia-mentesítés Szűrés kifúvatás, és/vagy semlegesítés (60-70 C fokon, állandó keveréssel, és/vagy formaldehid oldat adagolás) Segédanyagok: Szilárd anyagok előkészítése (20-60% diszperziók golyósmalom) Folyadékok előkészítése (olajszerű fázisok emulgeálószerekkel) Oldatkészítés (vizes oldat) Előkészített latex A latexkeverék összetevői Vulkanizáló szerek (kén, kéndonorok, fémoxidok) Aktivátorok Gyorsítók Öregedésgátlók Lágyítók Töltőanyagok (cinkoxid, kalciumoxid, magnéziumoxid) keresztkötések száma (ditiokarbamátok, tiuramok) sebesség (kémiai gyökfogók, viaszok) (hidegállóság növelésére) (kaolin, kréta, titándioxid, gyanták) 8

9 Latextechnológiák A koaguláció: a kaucsukrészecskék felületén lévő adszorpciós réteg (hidrátburok) megszüntetése Koagulációs hatású eljárások ph = 4,7 izoelektromos pont - savak adagolása (leggyakoribb) - fémsók adagolása (kisózás) - szerves folyadékok - hőhatások - mechanikai hatások (keverés, szivattyúzás, habverés) - elektromos egyenáram a rendszer nem stabil részecskék között nincs taszító erő Latextechnológiák Mártás Közvetlen mártás (koagulens nélkül) (formahőmérséklet C fok, többszöri mártás) Formák: üveg vagy porcelán (óvszer, műtőkesztyű) Koagulenses mártás (formahőmérséklet 60 C fok, előbb koagulensbe, majd latexbe mártva) Formák: rendszerint porcelán Termoszenzibilis mártás (formahőmérséklet C fok, latexbe retarderek adagolása) Formák: alumínium (ipari-,és háztartási kesztyűk, ballonok, egészségügyi termékek) (vastag falú termékek, pl. csizmák) 9

10 Latextechnológiák Öntés Üreges termékek (Labdák, babafejek, színházi kellékek, műtárgy utánzatok) latexkeverék koaguláltatása és térhálósítása Álló forma Gipsz (olcsó, de sérülékeny) (vízadszorpció-fémionok) Könnyűfém (drágább, tartós) (termoszenzibilizált keverékek) Teljes kitöltés, maradék kiöntése Rotációs öntés, meghatározott mennyiség beadagolása GUMIFONAL: latexkeverék kapillárisokon keresztül - koaguláltató fürdő - mosás, szárítás vulkanizálás Kaucsukkeverék Kaucsuk 100 tömegrész Térhálósító Kén 1,5 Aktivátor 5 Zsírsavak 1 Gyorsítók 2,5 Töltőanyagok Kormok 100 Szervetlen (szilikátok) 45 Lágyítók 50 Öregedésgátlók 2 Egyéb 10 Összesen 302 tömegrész 10

11 A kaucsuk-feldolgozás berendezései 2100-as, sima hengerű, fix frikciójú hengerszék A kaucsuk-feldolgozás berendezései A zártkeverő A zártkeverő metszeti képe (tangenciális, Banbury-típus) 1. Keverőtér 2. Hűtőkamra 3. Rotorok 4. Felső kapu (etetőnyílás) 5. Záróhasáb (bélyeg) 6. Záróhasáb működtető hengere 7. Alsó kapu 8. Ürítőtér 11

12 A kaucsuk-feldolgozás berendezései A tangenciális zártkeverő Zártkeverő nézeti képe (Tangenciális, Banbury-típus) A kaucsuk-feldolgozás berendezései Intermix Rotorkiképzés Banbury 12

13 A kaucsuk-feldolgozás berendezései Extruder A melegetetésű (hengerszékekről C) L/D < 10 A hidegetetésű szobahőmérséklet L/D > 10 Gépjármű légabroncs (Pneumatic) A felhasznált anyagokat, valamint a termékek összes tömegét tekintve Gumiipar legnagyobb mennyiségben előállított termékei. A termelt természetes kaucsuk mennyiség mintegy 70% Alapvető szerkezete: gumizott szilárdsághordozóból készült szövetváz acélkarikával erősített peremszerkezet (KARKASZ) gumiból kialakított futófelület, és oldalfal 13

14 A gumiabroncs funkciója: jármű és az út közötti kapcsolat létrehozása a jármű saját rezgéseinek és az út felületi egyenetlenségeiből következő rezgések csillapításával Szükséges tulajdonságok: - A terhelés hordozása (80% levegő) - Rugalmasság (sugár, oldal, kerületi, torziós) - Sebességtűrés - Nyomatékátvitel (kerékpánt-abroncs-út) - Úttartás (oldalerők ellensúlyozása) -Üzembiztonság - Gazdaságosság (Ft/ekm, futózás) Sebességtűrés kritikus sebesség A kritikus sebesség tartományában fellépő jelenségek a szilárdsághordozó és a gumi késleltetett rugalmasságára 14

15 Szilárdsághordozók Pamutszövetek Pamutkordok Poliamid Poliészter kordszövetek Acélkord Speciális Aromás poliamid (Kevlar), üvegszálak Élettartam 1912-ben 5600 km 1990-ben km A diagonál (bias) szerkezetű gumiabroncs fok 15

16 A szilárdsághordozó váz kordszálai a koronavonalra merőlegesen A radiál szerkezetű gumiabroncs Szilárdsága oldalfal vastagsága csökken Nincs koronairányú szilárdsága. Ezért a futófelület alá 2-5 réteg öv beépítésével (0-20 fok) lánctalpszerű gördülés KRITIKUS SEBESSÉG Keverékkészítés,feldolgozás 16

17 Textilkord felpréselés Kalanderezés Extrudálás Acélkord felpréselés Felépítés, bombírozás 17

18 Vulkanizálás Köszönöm a figyelmet! 18