Természetes és mesterséges polimerrendszerek

Átírás

1 Természetes és mesterséges polimerrendszerek Dr. Alpár Tibor L. Fa- és Papíripari Technológiák Intézet

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

3 Bevezetés Fa, mint polimer rendszer Mesterséges polimerek Természetes polimerek Polimer feldolgozás I. Polimer feldolgozás II. Hőpréselés Kerámiák Tervezett tulajdonságú termékek Kompozitok Fa-műanyag rendszerek ZH AT AT CsL HK AT AT AT AT AT AT AT AT

4 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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

9 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

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

11 Polimerek csoportosítása Gyártásuk szerint Feldolgozás szerint Primer szerkezet szerint

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

13 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.

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

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

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

17 A szén elgázosítás lepárlás cseppfolyósítás Tőzeg 4-6 mév, 90% víz Lignit mév, 50% víz Antracit mév, 3% víz

18 A k"olaj, földgáz lepárlás, atmoszférikus lepárlás, vákuumos krakkolás Telített szénhidrogének Aromás szénhidrogének Gyanták és aszfaltének

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

20 Polimerek általános jellemzése kis sűrűség ( kg/m 3 ), kis rugalmassági modulus; hőre lágyuló (0, MPa), hőre keményedő ( Mpa), kis szakítószilárdság ( MPa), általában nagy nyúlás ( %), 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 nagy hőtágulási együttható, kisebb szilárdság és merevség, elektrosztatikus feltöltődés, kúszási hajlam már 20 C-on is, nagyobb öregedési hajlam normál környezeti hatásokra, kis kifáradási határ, nagyobb gyúlékonyság környezeti hatások

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

22 Cellulóz

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

24 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).

25 Polimerizációs reakciók kett"s, hármas kötés egyik monomerben kett"s kötés, H vándorlás nem szükséges kett"s kötés, melléktermék képz"dik

26 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

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

28 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.

29 Gyengén térhálós polimerek Gyengén térhálós polimerek (elasztomerek, pl. PUR, SIL): üvegesedési h"mérsékletük kicsi ( 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.

30 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.

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

32 Molekulaközi erők Jellemző hőmérsékletek Példa Hőre lágyuló polimerek plasztomerek Van der Waals poláros H-híd amorf: T g,t o, T d részben kristályos: amorf: PS, PVC,PMMA,PC részben kristályos: PE,PP,PTFE,POM,PA T g,t kr, T o, T d Hőre keményedő polimerek duromerek, duroplasztok kovalens (sok) amorf: T g, T d fenol-formaldehid gyanták (fenoplasztok, bakelitok) amin-formaldehid gyanták (aminoplasztok, lágy bakelitok) telítetlen poliészterek epoxi gyanták Elasztomerek kovalens (kevés) amorf: T g, T d természetes kaucsuk mesterséges kaucsuk Termoplasztikus elasztomerek mikrokristályokkal T g,t kr, T o, T d PUR

33 A fa kémiai felépítése Faanyag Lignin Holocellulóz Járulékos anyagok Cellulóz Poliózok (hemicellulóz) Xilánok Mannánok Glükánok Galaktánok

34 Néhány rost alapanyag kémiai alkotórészeinek megoszlása [%] Fafaj Cellulóz Poliózok Lignin E-B* extraktok Forróvizes extraktok Hamu Erdeifenyő 41,4 13,2 27,6 6,6 4,1 0,5 Lucfenyő 46,0 8,3 27,3 2,0 2,0 Akác 50,1 23,7 20,6 2,8 4,6 0,3 Bükk 49,1 12,0 23,8 0,8 0,3 Tölgy 41,1 22,2 29,6 0,4 12,2 0,3 Fehér nyár 49,0 25,6 23,1 0,2 Egynyári növ *E-B: etanol-benzén

35 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.

36 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

37 A cellulóz polimerizációs foka A polimerizációs fok (DP) az egy polimerre eső molekulaszám. A farostok feltárásakor a DP-t magasan kell tartani. A DP-s cellulózlánc hossza 7,2 µm, azaz szer nagyobb, mint a lánc átmérője, tehát a cellulóz nagyon hosszú Cellulóz Átlagos DP Természetes fa Természetes gyapot Poliózok Technikai cellulózok Regenerált cellulózok

38 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.

39 A poliózok cukoregységei

40 A lignin A lignin pontos kémiai, szerkezeti felépítését nem ismerjük. Az átlagos elemi összetétele a legtöbb fafajnál: széntartalom:58 64 % oxigéntartalom: % 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 (-OCH 3 )

41 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

42 Hogyan építik fel a kémiai alkotóelemek a fa anatómiai alkotóelemeit?

43 Kémiai alkotóelemek anatómiai alkotóelemek A cellulóz mikromolekulás szerveződése

44 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 cellulóz-molekula) Ø 3,5 4,0 nm. A mikrofibrillák fibrillákká szerveződnek (több ezer cellulózmolekula) Ø 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

45 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.

46 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.

47 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 Mannán

48 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.

49 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.

50 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.

51 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

52 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.

53 Celluzóz

54 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

55 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.

56 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.

57 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

58 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 % lombos fákban: kb. 66 % egynyári növényekben: kevesebb, mint 25 % A parenchim sejtek vagy edények csupán töltőanyagot jelentenek, ill. a kimenő technológiai vizet szennyezik.

59 A tűlevelűek anatómiai jellemzői I. Bélsugár parenchima Gyantajárat Bélsugár parenchima Tangenciális metszet Keresztmetszet Kései pászta (tracheidák) Évgy!r! határ Korai pászta (tracheidák) Udvaros gödörke Sugárirányú metszet

60 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.

61 A lombos fák anatómiai jellemzői I.

62 A lombos fák anatómiai jellemzői II. Lombos fák sejttípusai: edények (tracheák) 6 65 % libriform rostok % 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.

63 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.

64 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 %

65 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 } felület nagysága sejtfal vastagság sejtüreg térfogat karcsúság } sejtfal-lumen arány

66 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 : , száraz eljárásnál a rövid, sima felületű, vékony rostok lombosok l/d : A felület nagysága a rostok között kialakuló kapcsolatokat határozza meg: a lehető legnagyobb tapadó és aktív ragasztási felületet kell elérni.

67 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)

68 Papír (csomagolástechnika, nyomtatás, stb.)

69 Papírmasé (bels"építészet, m!vészet)

70 Farostlemez (bútoripar, autóipar)

71 Rost-cement termékek (épít"ipar)

72 Rost-gipsz termékek (épít"ipar)

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

74 Kerámia (épír"ipar, bels"építészet)

75 Sziegetel" anyagok (épít"ipar)

76 Textilek (viszkóz)

77 Gyakorlati polimerek

78 Polietilén PE S$r$ség: Jell. h!m: Szil.: Vegysz: Egyéb Felh: részben kristályos plasztomer etilén homopolimerizációja nyomás: kicsi - közepes nagy LDPE 0,91 kg/dm 3 ~ 50 % krist. hányad HDPE 0,97 kg/dm 3 ~ 70 % krist. hányad T g ~ -80 ºC (legkisebb a polimerek között) T o ~ 140 ºC, T alk ~ ºC n", ha nö a -molekulatömeg, -kristályos hányad -textúrásság, -s!r!ség jó, szobah"m.-en nincs oldószere fesz. korr. hajlamos (mech. fesz.+vegyszer) nem poláros, nem tölt"dik, vízfelv. nem hajlamos, olcsó, áttetsz", neg. h"tág. együttható csomagolástechnika, épít"ipar, mez"gazdasági fólia, vill. ipar, zsugorkötés

79

80 Polipropilén PP Taktikusság: Kristályosság: H!m.: Szil.: Egyéb Felh: részben kristályos plasztomer propilénb"l polimerizálva etilénnel kopolimerizálva izo (70 % krist.) szindio ataktikus molakulatávolság, tömeg, takticitás, elágazottság, h!tési sebesség, alakítás a PE-hez képest felfelé tolódnak ºC között ridegedés szil., rug. mod., kúszásállóság jobb jó éghet"ség csepegés t!z terjedése égésgátló adalék csomagolástechnika, épít"ipar, labor és konyhafelszerelés, játék, sportszer

81 Polisztirol PS Taktikusság: H!m.: Egyéb Ko-polimerek Cél: Mód: Eljárás: Eredmény: amorf plasztomer sztirolból polimerizálva ataktikus amorf szindiotaktikus - kristályos 80 ºC alatt rideg szálkás törés kicsi nyúlás, átlátszóság hátrányos tulajdonságok ABS akril-nitril butadién sztirol SAN sztirol akrilnitril SB sztirol butadién szil. és szív. növelés rideg, szálkás törés megszüntetése elasztomerrel modifikálás, sztirol kopolimerizátum kompozit kopolimerizáció, mech. keverés többfázisú felépítés diszperz elasztomer fázis

82 Polivinilklorid PVC H!m.: Mechanika: Kopolimerek Feldolgozás: Egyéb: Alkalmazás: amorf plasztomer vinilkloridból polimerizálva amorf, poláros, ataktikus er"s mközi er"k lágyítók kemény PVC ~5 % lágyító lágy PVC ~10-40 % lágyító 80-ról 0 ºC-ra csökkenthet" a T g jó, szívósság elég jó T g alatt is, képlékenység elég jó a kemény PVC-nél is ütésálló PVC kopolimer mech. keverés, nitril-kaucsuk az er"s szekunder kötések miatt segédanyagok nélkül nem lehet (lágyítók, csúsztatók) vegyszerállóság igen jó, nagyfrek-venciás technikában polárosság(!) csomagolás: tartály bélés, palack, épít"ipar: ablak, ajtó keret, tapéta, padló, szigetelések; játékok, hanglemez

83 Poliamidok PA Nylon H!m.: Mechanika: Hátrány: Alkalmazás: részben kristályos plasztomer poliamid, diamin és dikarbonsav polimerizálva CO és NH csoportok között H-hidak alakulnak ki -40 és +120 ºC-között jó tulajdonságok szil. n" a CH 2 csoportok számának csökkenésével vízfelvételi hajlam duzzadás súrl. egyh. n" a h"mérséklettel szál (szil., kopásállóság, jó elsztic.), damil, háló, húr, textil, fogaskerék, fólia, csapágy

84 Plexi PMMA H!m.: Mechanika: Egyéb: Alkalmazás: - polimetil-metakrilát - metakrilsav-metilészter polimerizációjával amorf plasztomer -40 és +70 ºC-között kicsi képlékenység, némileg szívós feszültségkorrózióra hajlamos átlátszó, 99 %-os átereszt" képesség, UV sugarakat is átengedi biológiai közömbösség szövetbarát jelleg optikai eszközök (szerves üveg) ablakok, véd"burkolatok protézisek, csontpótlások

85 PC H!m.: Mechanika: Egyéb: Alkalmazás: -polikarbonát - difenilol propán és foszgén polikondenzációja, amorf plasztomer - allil-csoportos monomer polimerizációjával duromer -40 és +130 ºC-között nagy szil., üvegszállal fokozható kicsi képlékenység, ütésállóság kiváló tulajdonság együttes átlátszóság, szilárdság, rugalmasság, ütésállóság villamos ipar (szigetel"k, dobozok, világítótestek), biztonságtechnika (maszkok, sisakok, konténerek), épít"ipar (kupolák, csarnokok)

86 Teflon PTFE politetrafluor-etilén részben kristályos plasztomer er"s kristályosodási hajlam, lineáris tetrafluor-etilénb"l polimerizálva nem poláros H!m.: T g -70 ºC, T o 340 ºC Feldolgozás: Egyéb: Alkalmazás: megolvasztva nem viszkózus csak spec. módszerrel dolgozható fel polimerizáció por formára sajtolás hidegen szinterelés ( ºC) h!tés féltermék (rúd, lap, tömb) forgácsolás késztermék fóliák: tömbökb"l hámozással porextrudálás: profil, kábel bevonat nagy s!r!ség (2,4 g/cm 3 ) nagyon vegyszerálló antiadhezív nagy h"m. is fény- és id"járás álló, éghetetlen csapágyak, h"- és vegyszerálló szerelvények, szigetelés, tömítés, konyhai eszközök, pengék bevonata

87 PUR H!m.: Mechanika: Egyéb: Alkalmazás: -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 -szil., rug. mod. széles határok között, -alacsony h"mérsékleten is szívósak -40, esetenként -200 ºC (!) kifáradási ellenállás, kopási ellenállás kiemelked"en jó -sokszín!ség, jó szigetel"k -szövetbarát viselkedés a térhálósodott min"ségeknél -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

88 Elasztomerek - poliizoprén, polibutadién, SBS Neoprén (poliklorophén), szilikonok -gyengén térhálós szerkezet -vulkanizálás H!m.: Mechanika: Egyéb: Alkalmazás: T g -50 és -70 ºC-között h"állósági határ 80 és 120 ºC-között -kicsi rug. mod., nagy rugalmas nyúlás -képlékeny alakítás kizárt polibutadién gáztömörség kopolimerizáció: polisztirén-butadién-sztirén (SBS) termoplasztikus elasztomer autógumi, ütköz"elemek, rugók, sportszerek,

89 Duromerek -h"re keményed" -reakcióval keményed" -térhálós szerkezet Feldolgozás: Reakció: Egyéb: -sajtoló anyag (por, lap sajtolása f!tött szerszámban) -önt"gyanták (reagens hatására formában térhálósodnak) -polikondenzáció (fenol-, amin gyanták) -poliaddíció (epoxi gyanták) -polimerizáció els" szakasza: alapanyaggyártó, második szakasz:feldolgozó üzem -tölt", er"sít" anyagok -nincs olvadás csak degradáció Baekeland, 1907 Típusok: -fenol-formaldehid gyanták, fenoplasztok (bakelitek) -melamin-formaldehid gyanták, aminoplasztok -epoxigyanták -poliésztergyanták -PUR duroplasztok

90 Fenoplasztok bakelitek Tulajdonságok: Egyéb: Gyártás: Alkalmazás: -fenolok+aldehidek gyanta jelleg! -makromolekula két funkciós -térhálós három funkciós két típus: novolak rezol -jó, ütésállóság kicsi -jó h"állóság, elszenesedés -nem ég, nem csepeg -súrl. együttható csökkenthet" vízzel -olcsó -rezol rezitol rezit állapot (olvasztható oldható oldhatatlan) -köt"anyag, vázanyag, adalékok (fa, üveg, papír, textil, színezék, stb.) fenol-form. gyanta (rezol) "rlés adalékok melegítés (rezitol) lepény "rlés sajtolópor -mag. h"m.-en m!köd" házt. gépek alkatrészei, fék és kuplung betétek, csapágyak, épít"ipari habok, rétegelt lemez, ragasztó

91 Aminoplasztok -karbamid-formaldehid gyanta (UF) -melamin-formaldehid gyanta (MF) Tulajdonságok: Egyéb: Alkalmazás: -jó, ütésállóság kicsi -rugalmassági modulusz jó -közepes h"állóság, -nem ég, égésgátló -melamin élelmiszerrel érintkezhet -olcsó, színezhet" -fokozatos kondenzáció -tölt", vázanyagok kompozit -sajtoló anyag rétegelt lemez -doboz, tányér, pohár, tálca, laboráru -nagyfrekvenciás szigetelés -dekorációs lemezek (impregnált papírlemez rétegek, fenolgyatás mag, kemény, fényes, vegyszer- és vízálló)

92 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

93 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 ( C) -mechanikai merevség, méretstabilitás, -gázzárás, -PEN magasabb üvegesedési h"mérséklet m!szál, palackok, fóliák (mez"gazdasági, írásvetít"), billenty!k, magnószalag, fogaskerekek, villamos csatlakozók, szállítószalagok

94 Polimertechnika Polimer feldolgozás

95 Szakirodalom Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai Műegyetemi Kiadó, Budapest, Bodor G.; Vas L. M.: Polimer anyagszerkezettan Műegyetemi Kiadó, Budapest, Schwarz O., Ebeling F.-W., Furth: Kunststoffverarbeitung Vogel Verlag, 2009

96 Technikák Előkészítés gépei Száraz keverés Ömledék keverés Granulálás Gyártás Kalanderezés Extrúzió Fröccsöntés Különleges technológiák

97 Előkészítés I. Keverés

98 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

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

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

101 Alapanyagok A polimerek általában: granulátum, por. Adalékok lehetnek: granulátum, por, folyadék, paszta.

102 Keverési technológiák száraz keverés (dry blend) poroknál ezt követően közvetlen adagolás a feldolgozógépbe ömledék keverés, magasabb hőmérsékleten feldolgozógépbe adagolás előtt granulálás, szemcsézés granulátum szárítása

103 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

104 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

105 Száraz keverés

106 Száraz keverés Porok, granulátumok keverhetők gravitációs úton vagy keverő hatású gépelemekkel, mesterkeverékek (masterbatch) készítéséhez Porkeverők alaptípusai: szabadesés elvű buktatott hordó, eltolás elvű keverők, forgatott lapát forgatott edényben, eltolás és repítés elvű fekvő hengerek, örvénykeverő (nagy sebességű centrifugális)

107 Buktatott hordó

108 Eltolás elvű keverő Jellemző fordulatszám: 0,1-1 m/s

109 Eltolás-repítés

110 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

111 Silós keverők Gravitációs siló Kever berendezések 4 Pneumatikus Száraz keverékek kever keverő berendezései siló Vándorcsigás siló Függőleges csigás siló 4

112 Függőleges csigás keverő A keverendő anyagok mérete és sűrűsége közel azonos legyen.

113 Kúpos keverők Vándorcsigás High shear

114 Ömledék keverés

115 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

116 Szakaszos ömledék keverés

117 Hengerszék Gumiipar, gumiabroncs gyártás Fő gépe a hengerszék: keverék hőmérséklete: C keverés ideje ~1 óra két közeli, de nem érintkező fűtött henger egymással szembe forog eltérő (10%) fordulatszámmal. Ebből fejlődött ki a kalanderezés technológiája.

118 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

119 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.

120 Banbury keverő

121

122 Folyamatos ömledék keverés

123 Egycsigás extruder Az extrudercsiga határozott menetszárny szélességű csavarorsó, amely jól illesztett fűtött hengerben forog. A keverés jellegét meghatározza a menetemelkedés. Tipikus extrudercsiga: hossza x átmérő egy fordulatra eső menetmelkedés = átmérő

124 Egycsigás extruder Nagy menetemelkedés: csak diszperzív Kever berendezések keverés (t > D) 7 Kis menetemelkedés: disztributív, alapos keverés (t D) Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruder

125 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

126 Kétcsigás extruder Keverőhatás fokozása: kétcsigás (ikercsigés) extruderrel Fekvő 8-as alakú, fűtött házban: egymást nem érintő vagy egymásba hatoló menetszárnyakkal.

127 8 Kétcsigás extruder Lehet mindkét esetben: Folytonos ömledék kever berende azonos irányban forgatott (nagyobb nyíró igénybevétel) vagy egymással szemben forgatott (hatékonyabb anyagtovábbítás) csigákkal.

128 Kever berendezések Bolygócsigás extruder 9 Folytonos ömledék kever berendezések 4 Bolygócsigá a. főcsiga b. bolygócsigák c. fűtött ház d. beadagolás

129 Bolygócsigás extruder További hatékonyság növelés. Központi csiga körül további kisebb csigák. A kis csigák központival kényszerkapcsolatban forognak. A kis csigák kényszerkapcsolatban vannak a fűtött házzal is. Kis csigák közti térben a legnagyobb a nyírás.

130 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.

131 Előkészítés II. Granulálás, szárítás

132 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.

133 Granulálók Hideg (szál) granulálás Meleg (die face) granulálás

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

135 documentation Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application 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) Options PLC-intelligent operation PLC provides a number 515 of benefits; Integrated IMD function 640 Integrated REV function Records all stops/blockings during operation for evaluation and documentation Twin Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application 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) Aprítás Twin 1365 Model A B C D 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. 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

136 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.

137 Szárítás Meleglevegős szárító fröccsgép adagológoz

138 Szárítás 3 Szárazlevegős szárító 1. fűtött anyagtartály 2. anyagszállító 3. harmatpont érzékelő 4. záró szelep 5. fűtés 6. levegőszűrő 7. ventilátor 8. váltó 9. aktív abszorpciós tartály 10. regenerálás alatti abszorpciós tartály 11. regeneráló szakasz ventilátora 12. mikroszűrő 13. fűtés 14. nedves levegő kifúvása

139 Adagolók 17 Adagoló berendezések Adagoló tartály kialakítása, pr Jellegzetesen kúpos tartályok Problémáik: beboltozódás, patkánylyuk kialakulása. Elkerülésük bolygató vagy vibrációs berendezésekkel. Problémák:

140 Adagolók Anyagszállítási szempontból lehetnek: egy vagy két csigás, forgólapátos, egyéb (rezgő, szállítószalagos, forgóasztalos).

141 Adagolók Anyagmennyiség kontrollálása szerint: volumetrikus (térfogat szerint), gravimetrikus (tömeg szerint).

142 Keverő-adagolók

143 Polimerfeldolgozás

144 Technológiák Eljárás Jellege Nyírósebesség [1/sec] Viszkozitás [Pa.s] Átl. móltömeg [g/mol] Folyási mutatósz. [g/10 min] Sajtolás szakaszos > ,5 Kalanderezés folyamatos Extruzió folyamatos Fröccsöntés szakaszos Szálgyártás folyamatos >

145 Feldolgozás Extruzió Fröccsöntés Polimer T [ C] P [MPa] T [ C] P [MPa] LDPE (kis sűrűségű polietilén) HDPE (nagy sűrűségű polietilén) PP (polipropilén) 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) por szinterezés (ömlesztés) C

146 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.

147 Gyártás I. Kalanderezés

148 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 μm vastagságú, akár 4 m széles lemezt, fóliát vagy hordozóra polimer bevonat készíthető. Gyártási sebesség akár 100 m/min is lehet.

149 (textil) polimer bevonatot készítünk, nagy sebességgel (akár 100 m/perc). Alapanyaga Kalander jellemz en amorf h re lágyuló (PVC, elrendezés PS, ABS) polimer. Kalander hengerek elrendezése: WIY WLY WFY WZY henger. I-típus: ritka a nehézkes betáplálás miatt. L-típus: előnye, hogy a betáplálás alul, az első fokozatban történik - kemény PVC. F-típus: lágy PVC, mert az L-nél a fóliára lágyító gőzök csapódhatnak le. Z- típus: szövet vagy más hordozó bevonásához. 2

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

151 Kalander Minden henger külön, fordulatszám szabályzású, egyenáramú motorral hajtott. Átmérő: mm Szélesség: 2-4 m

152 Kalanderhengerek Hengereknek ellen kell állniuk a résben fellépő nagy erőknek: hajlítás, torzió, nyomás. Ezért: nagy átmérő, kemény ( HB), kopásálló felület, rendszerint köszörülve (0,1 μm érdesség) vagy polírozva (0,01 μm érdesség). Korrózió ellen keménykrómozás (PVC esetén).

153 3 Kalanderhengerek Kalanderezés Hengerek között nagy nyomás kihajlás lép fel. Kalanderhengerek: 600/800 Kompenzálásuk: mm átmér j 2/4 m széles F t közeg be- és elvezetés profilköszörülés (bombírozás), Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás henger tengelyének szögelállítása, Nagy kopásállóságú ( HB) felület (köszörült vagy polírozott) visszahajlítás ellennyomatékkal. Nagy er k lépnekfelahengerekközött:kompenzálnikell! között: kompenzálni kell!

154 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.

155 4 Kalanderezés Kalandersor: Kalanderezés 4 Kalanderezés Kalandersor: Kalandersor és szálképződés Szakállképz dés a hengerek között A polimer a mattabb, melegebb, nagyobb kerületi sebességű hengerre tapad. Szakállképz dés a hengerek között A polimer a mattabb, melegebb, nagyobb kerületi sebesség hengerre tapad.

156 Gyártás II. Extrúzió

157 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.

158 Fólia Lemez Szál Extrúzió termékei

159 Extrúzió termékei Cső Többszörösen összetett üreges termék (ablakprofil)

160 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

161 Csiga zónák Csigazóna etető v. behúzó kompressziós homogenizáló, kiszállító Funkciók polimer granulátum betáblálása, ömlesztés kezdete ömlesztés folytatása, befejezése, sűrítés, homogenizálás homogenizálás befejezése, kisajtolás megemelt nyomáson

162 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)

163 Plasztifikáló egység 7 Kompresszió Kompresszió = menetárok térgogatának csökkentése: mag átmérőjének növelése (magprogresszív), menetemelkedés szögének csökkentése (szögdegresszív), Plasztifikáló egység = csiga + henger Extrúdercsiga részei: Kompresszió elérhet (=menetárok térfogatának csökke Mag átmér jének növekedésével (magprogresszív, ábra) menetszárny szélesség-növekedéssel Menetemelkedés szögének csökkenésével é (szögdegresszív) Menetszárny szélesség-növekedéssel

164 Csiga keverőelemek Plasztifikáló egység 9 Csiga kever elemei: 9

165 I. 3 zónás csiga Csiga kialakítások 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

166 Csiga jellemzői L: csiga hossza L 1: behózó zóna hossza L 2: komprezziós z. hossza L 3: kitoló z. hossza D: csiga átmérő h 1: menetárok mélység 1. h 2: menetárok mélység 2. t: menetemelkedés e: menetszárny szélessége b: menetszárny távolság φ: mentszány szöge

167

168 Különleges csigák, extruderek

169 ikercsigás oldaladagolóval, ató. Ebben az esetben egy ssal, valamint a szükséges a. Az extruder több ilyen Csiga kialakítások az oldaladagoló egységek en. Az oldaladagolónak a etsz legesen változtatható igás el toló egységb l áll, Gáztalanító csiga: iépítésben rendelkezik h t a magas hőmérséklet mellett nedvesség és egyéb VOC gázok távozása miatt, sdamentes acélból készült volumetrikus goló csiga felett elhelyezked kever lapátból áll. A rendelhet. A csigát változtatható fordulatszámú k teljesítménye 0,3 kw. A fordulatszám vezérlése a séggel lehetséges. Amint a jobboldali ábrán látható, a nek köszönhet en az adagológaratból könnyen a gáztalanító szakaszon vákuumos legázosító (eltömődhet), ikercsigás oldaladagoló. tésben 1 db gáztalanító zónával rendelkezik, mely a nyal rendelkez változat standard kialakításban még us gáztalanító zónával átalakítható vákuumos Így lehetséges mindkét talanítást végezni. zer egy rozsdamentes csonkot tartalmaz, amely an ellátva (lsd. bal oldali r nyitható fed vel, egy l és nyomás-mér vel van gység háza egy gyantaely megakadályozza, hogy a gázelszívás során ek eltömítsék a vákuumpumpa cs vezetékeit. (lsd.

170 Csiga kialakítások Kever berendezések 7 Különleges kiszállítószakaszú csigák (homogenizáló): Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek nem maradhatnak szilárd, fel nem olvadt részek, homogenitást növelő kialakítások a csigák kiszállító szakaszában.

171 Csiga kialakítások Ömledék szétválasztó (Maillefer-) csiga: ömlesztő zónában szétválasztja az ömledéket és a granulátumot - növelhető a plasztifikáló teljesítmény. Ömlesztő zónában második (elválasztó) menet: a zóna végére utoléri azt. menetemelkedése nagyobb, mint a főmeneté, A kialakított hézagon csak az ömledék jut át. a. kis térfogatú horony ömledékhez, b. mélyebb a granulátum ömlesztéshez.

172 Csiga kialakítások 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) követ en 60 HRC fölött van. Ez h mérséklet-tartományig használha 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

173 Kétcsigás extruder 10 Keverési hatásfok, szállítóteljesítmény növelése PVC egység porkeverékek, fa-műanyag Plasztifikáló egység Csigakialakítások kompozitok gyártása Egycsigás g kialakítás Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás Ellentétes irányban Gáztalanító extrúdercsiga Azonos irányban

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

175 Kétcsigás extruder Ellenkező irányban forgó csigák: alacsonyabb nyíróhatás Azonos irányban forgó csigák: nagyobb nyírás, alaposabb keverés egyszerűbb hajtás (egy hajtás + fogaskerék)

176 Kétcsigás extruder Csigák illesztése igen szoros. Minél mélyebben nyúlnak egymásba, annál kevesebb anyag juthat át a résen. Az át nem jutott hányad a C alakú részben a csúcs felé kényszerül - kényszeráramlás: kíméletes plasztifikálás, rossz keverés - ezért gyúrótárcsákat iktatnak közbe.

177 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.

178 Kúpos csiga Szintén a kompresszió növelését szolgálja. Jellegzetesen a szálerősített polimer kompozitok gyártásánál alkalmazzák (pl. WPC)

179 Gyártás III. Fröccsöntés

180 Fröccsöntés Tetszőleges alakú 3D termékek, alkatrészek gyártása zárt szerszámban, nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével, szakaszosan. Hulladékmentes technológia.

181 Szerszámkitöltés Kis ömledékviszkozitás oka, hogy az összetett szerszámteret gyorsan és teljesen kitöltse. Kitöltési idő: max. néhány másodperc. Gyártható termék méretei a gép függvényében, akár 50 mg kg Anyagok: termoplasztikus polimerek, duromerek, elasztomerek.

182 Anyagok Hőre lágyulók: PE, PP, PS, PVC, PMMA, ABS, POM, stb. Duromerek: fenoplasztok, aminoplasztok, melamin-epoxi kombináció, stb. Elasztomerek: gumik