1. gumi előkészítő lépései, vulkanizálási görbe, adalékai

Átírás

1 1. gumi előkészítő lépései, vulkanizálási görbe, adalékai A nyersgumi (kaucsuk) feldolgozása során több műveleten megy keresztül, míg a késztermék elkészül. Ezek a következők: keverékkészítés kalanderezés extrudálás oldás, itatás, kenés konfekcionálás vulkanizálás A fenti technológiák közül a konfekcionálás, és kisebb mértékben a vulkanizálás is termékfüggő, vagyis megvalósítása (és gépi berendezése is) a gyártandó gumiterméktől függ.

2

3 2. milyen anyagokat alkalmaznak melegalakításhoz, ismertesse az amorf és részben kristályos DMA görbéit

4 3. milyen anyaggal záró kötéstechnikai módszereket ismer hasonlítsa össze a kettő közti különbséget

5

6

7 4. Elasztomerek Az elasztomerek a polimerek műszaki alkalmazásában nélkülözhetetlen, pótolhatatlan fontosságúak. Ezek a gumik a teljes szintetikus polimer-felhasználás mintegy tizedét teszik ki, 2000 táján a világ mintegy évi 15 Mto gumit használ. Ennek több, mint a fele a gumiabroncs gyártásra fordítódik, de műszaki gumitömlők, olajátfejtő tömlők, gumirugók stb. nélkül sem működhetne a mai technika. Szaktárgyunk elnevezését (polimertechnika) egyebek között az is indokolja a korábban használt műanyagtechnikával szemben, hogy a gumi is: tipikus polimer, s több mint harmadában a 21. század elején is természetes eredetű marad. A polimertechnika a gépészeti megoldások tekintetében is sokat hasznosított a 150 évvel ezelőtt kialakult gumitechnológiából. Végül, de nem utolsó sorban a polimer mátrixú kompozit-technika alapjait is a gumitechnológia, a gumiabroncsgyártás vetette meg. A ritka térhálós, nagy rugalmasságú elasztomerek tehát jelentős részben természetes gumiból (Natural Rubber, NR) másrészt pedig szintetikus gumiból (SR) készülnek. Szintetikus elasztomerek A 20. század felgyorsult szintetikus vegyipara különösképpen a két világháború között nemcsak arra volt képes, hogy lemásolja és művi úton is előállítsa a természetes gumi polimerjét a cisz-poliizoprént, hanem egy egész sor újtípusú szintetikus gumit (SR) is létrehozott.

8 Mivel a gumiipar térhálósítási vulkanizációs technikája a polimerláncban feltételezi a kettős kötések jelenlétét. 5. Hegesztés (ultrahangos részletesebben) az előző hegesztéses +

9

10 6. Melegalakítás

11 A melegalakítás alapvetően különbözik az eddig megismert feldolgozási technológiáktól, melyeknél a kiindulási alapanyag granulátum vagy por formájú volt, és a feldolgozás (alakadás) viszkózusan folyó (ömledék) állapotban történt. Ezzel szemben a melegalakítási eljárások közös sajátossága, hogy többnyire extrudálással előállított hőre lágyuló polimer lemezeket, fóliákat (előgyártmányokat) alakítunk tovább, és viszonylag kis erőkkel állítjuk elő a végterméket. A folyamat lényege a következő: A polimer lemezt általában sugárzó hővel előmelegítjük a kívánt hőmérsékletre, kilágyítjuk, de nem olvasztjuk meg csak alakítható állapotba hozzuk. Ezt követően ezt a lágy, kis moduluszú (kis merevségű) anyagot viszonylag kis erővel a hideg szerszámba (szerszámra) préseljük vagy szívjuk (alakadás). A folyamat végén a szerszámban (szerszámon) lévő anyagot többnyire levegő ráfúvással lehűtjük (alakrögzítés), és a késztermék eltávolítható. A módszer a fémlemezek mélyhúzására hasonlít. A módszer nagy előnye, hogy a megfelelően kilágyított lemez kis erőkkel is nagy mértékben alakítható, ezáltal a szerszám anyagköltsége alacsony. Így pl. egy keményfa szerszámmal akár 1000, vagy alumínium szerszámmal több formázás is megvalósítható. Az eljárás hátrányaként meg kell említeni a viszonylag magasabb anyagköltséget, hisz pl. a granulátumból valamilyen technológiával elő kell állítani, vagy meg kell vásárolni a formázandó, azonos vastagságú, lehetőleg feszültségmentes lemezt. A melegalakítási technikák kritikus része a formázandó lemez megfelelő hőmérsékletének biztosítása. Ebből a szempontból lényeges különbség van az amorf és a kristályos polimerek között, ami legjobban a termomechanikai görbék segítségével magyarázható. Az amorf hőre lágyuló polimereknél (11.1 ábra) a legnagyobb alakítást a maximális nyúlás tartományában lehet elérni, de ilyenkor nagy lesz a gyártmányban a belső feszültség. Magasabb hőmérsékleten, a nyúlás leszálló tartományában is megvalósítható az alakítás, de ennek mértéke kisebb, viszont a termék kevésbé lesz feszültséges. Elmondható, hogy melegalakításra az amorf hőre lágyuló polimereket használjuk szívesebben, mivel ezek alakíthatósági hőmérséklettartománya szélesebb. A kristályos szerkezetű termoplasztok csak a meglehetősen szűk kristályosodási hőmérséklettartományban (11.2 ábra) alakíthatóak. A megjelölt hőmérséklet-tartomány felett az anyag megömlik, alatta pedig a kristályos fázis gátolja az alakíthatóságot. Tájékoztatásul néhány jellegzetes értéket kristályos hőre lágyulókra a 11.2 táblázat tartalmaz. 7. Habosítás módszerei Polimerekből a legkülönbözőbb megjelenésű és tulajdonságú habokat lehet előállítani: a hab szerkezete lehet nyitott vagy zárt cellás, habot lehet készíteni hőre

12 lágyuló és térhálós polimerből, és a hab mechanikai tulajdonságai a gumiszerűtől a keményhabig a teljes rugalmassági modulusz skálát lefedhetik. Nagy jelentőségük van az integrál, vagy struktúr-haboknak, ahol egyetlen technológiai lépés során alakul ki a termék belső habszerkezete, amely a külső felületek felé haladva fokozatosan tömörré válik. Az integrálhabokkal a termékek vastagsága és hajlítómerevsége növelhető anélkül, hogy a termék tömege (súlya) megnőne. A habok kétfázisú rendszerek: rendszertelen (statisztikus) eloszlású, változó méretű lég (gáz) buborékok a polimer matrixban. Bár habot szinte az összes hőre lágyuló polimerből lehet készíteni (legismertebb talán a PS hab, Hungarocell ), a térhálós polimerekből készített haboknak napjainkban még nagyobb a jelentőségük, ezért került a habgyártási technológiák ismertetése a térhálós polimerek technológiái közé ebben a könyvben. A habot képező gáz előállítási módja szerint hét fő habosítási eljárást ismerünk. Kémiai habosítószerek ( hajtóanyagok ). A kémiai habosítószerek (CBA, Chemical Blowing Agent) finom eloszlású porok, amelyeket 0,25 1 t% koncentrációban szárazon a polimerhez kevernek. Extrudáláskor, fröccsöntéskor, vagy egyéb feldolgozási művelet során hő hatására a habosítószer elbomlik, miközben (típusától függően) CO (szénmonoxid), CO 2 (széndioxid), N 2 (nitrogén), vagy NH 3 (ammónia) gázok keletkeznek. A finom eloszlású por mint a buborékképződés gócképzője is kifejti hatását. Tipikus kémiai habosítószerek a bomlásukkor a fenti gázok szinte mindegyikét fejlesztő azovegyületek, pl. az azobiszformamid (ABFA), vagy az azodikarbonamid (AZ). Az AZ C között bomlik, és grammonként 220 cm 3 normál állapotú gázt fejleszt (66 % N 2, 24 % CO, 5 % CO 2, 5 % NH 3 ). A kémiai habosító típusok között találunk 110 C-on bomló, és 400 C-on bomló vegyületeket is. Gázinjektálás. Gázinjektálás során nagy nyomással N 2 t, vagy egyéb gázt juttatnak a feldolgozó gépben ömledék állapotban levő polimerbe, az extruder, vagy a fröccsöntő gép hengerébe. Amint a polimer elhagyja az extruder szerszámot, illetve fröccsöntéskor bekerül a fröccsszerszámba, a külső nyomás lecsökken, így a polimerben levő nagyobb nyomású gáz kitágul, és kialakítja a polimerben a habszerkezetet. Ennél az eljárásnál is szükséges gócképzőkkel elősegíteni a buborékok kialakulását. Gázfejlesztés a polimerizáció során. A tömör poliuretánok feldolgozásakor izocianátot és polioltkevernek össze sztöchiometriai arányban. Ha kis mértékű izocianát felesleget használnak, és egy kevés vizet adnak a poliolhoz, CO 2 gáz képződik, és a poliuretánban kialakul a habszerkezet. Ez a technika környezetbarátnak tekinthető, mindenesetre kevésbé környezetszennyező, mint bizonyos kémiai habosítószerek.

13 Gőzképződésen alapuló módszer. Szintén a poliuretánoknál használt technológia, amely a polimerizációs reakció hőjét hasznosítja. A reakcióelegyhez (poliol és izocianát) alacsony forrpontú folyadékot (klórmentes Freon, pentán) kevernek. A felszabaduló reakcióhő elgőzölögteti a folyadékot, ami létrehozza a habszerkezetet. A polimerizációs reakció kinetikáját (katalizátorokkal) úgy kell szabályozni, hogy a képződő polimer viszkozitása kellően nagy legyen, mielőtt az összes folyadék elpárologna. (Kis viszkozitású folyadékból nem lehet habot képezni!) Az egyenletesebb póruseloszlás elérése céljából a rendszerhez felületaktív anyagot (többnyire szilikon olajat) is adnak. Habverés. Kaucsuk latexnél alkalmazott technológia. A háztartási habveréshez hasonlóan, mechanikusan kevernek levegőt a kolloid tulajdonságú polimer latexhez. A keletkezett habot kivulkanizálják. Adszorbpciós módszer. Finom eloszlású adalékanyagok (pl. korom) a felületükön jelentős mennyiségű gázt képesek megkötni, adszorbeálni. Melegítés hatására az adszorbeált gáz felszabadul, és kialakítja a pórusos szerkezetet. Habosítható gyöngyök. A polisztirol habgyártásnál alkalmazott módszer. A két legelterjedtebb megoldás szerint alacsony forrpontú folyadékot (pentán) adnak o o közvetlenül a sztirol szuszpenziós polimerizációjakor utólag a polimerhez. A termék különálló apró gyöngyökből áll (a polimerizációs eljárást gyöngypolimerizáció -nak hívják). Felmelegítéskor a meglágyuló polimert a pentán gőzei felhabosítják. 8. Hungarocell és almás tálka gyártástechnológiája, kettő összehasonlítása HUNGAROCEL = EPS = PS előállítása A habosítható PS előállításához a polimerizáció során, vagy utólag, nyomás alatt kis forrpontú folyadékot (többnyire pentán) adnak a PS gyöngyökhöz. Hő hatására a gyöngyök térfogata 2 50-szeresére megnő, és zárt cellás habszerkezet alakul ki. A térfogatnövekedést a hőmérséklettel és a melegítés időtartamával szabályozzák. A habosítható PS feldolgozása a következő lépésekből áll: Elő-habosítás. A habosítható PS gyöngyöket gőzzel fűtött kamrán viszik keresztül. A gyöngyök sűrűsége jelentősen csökken, de még nem éri el végső értékét.

14 Pihentetés órán keresztül pihentetik a gyöngyöket. A pihentetés ideje alatt lassú zsugorodás lép fel, és a hab cellák fala szilárdabbá válik. Formaadás. Az elő-habosított gyöngyöket belehelyezik az alakadó formába, és gőzzel felmelegítik. Az alakadó forma lehet egyszerűen egy nagyméretű fém (alumínium) doboz, vagy présgépbe helyezhető forma. A habosítás után a formát vízzel lehűtik, és a terméket eltávolítják. Az EPS habokat könnyű megkülönböztetni az egyéb habosítási eljárással (pl. extrudált PS hab, integrálhab) előállított haboktól, mert a hab felületén jól látszódnak a gyöngyök. ALMATÁL TALÁN(!!) EZ Legegyszerűbb esetben a hagyományos fröccsöntőgép is alkalmas hab-szerkezetű termék előállítására. Ehhez a fröccsöntőgépet csak egy zárható fúvókával kell kiegészíteni, ami megakadályozza a gáz elillanását a szerszámból. Hatékonyabb habgyártást biztosít az ömledék-akkumulátor használata, ábra. Az eljárásnál kémiai habosítószert adnak a polimerhez, amely a fröccsgép plasztikálóegységében a hő hatására elbomlik. A fejlődő gázok a nyomás alatt levő polimer ömledékben feloldódnak. A szerszámba annak térfogatánál kevesebb polimert fröccsöntenek. A szerszámüregben levő alacsonyabb nyomáson a polimerben oldott gázok felszabadulnak, és felhabosítják azt. Mivel a fröccsszerszám fala hideg, a polimer gyorsan megdermed a fal közelében, ezért a gáz ott nem tudja felhabosítani. Ez az oka a jellegzetesstruktúrhab szerkezet kialakulásának. Kémiai habosítószer nélküli megoldást mutat a ábra. Ennél az eljárásnál nyomás alatt gázt (többnyire nitrogént) kevernek a polimerömledékhez. Ez az eljárás speciális berendezést igényel, ahogy az az ábrán is látszik.

15