POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI 2018. Április 17. 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
Kaucsuk: trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag, térhálósítható elasztomer (szintetikus-természetes) molekulatömeg 500.000 2.000.000 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 2
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 3
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 45-60 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 4
A vulkanizációs görbe A természetes kaucsuk felhasználási területei Abroncsgyártás 65-70 % Mártott technológiák 10-12 % Műszaki gumicikk gyártás 12-14 % 5
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) 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) 6
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) 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 7
Latextechnológiák Mártás Közvetlen mártás (koagulens nélkül) (formahőmérséklet 40-50 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 70-80 C fok, latexbe retarderek adagolása) Formák: alumínium (ipari-,és háztartási kesztyűk, ballonok, egészségügyi termékek) (vastag falú termékek, pl. csizmák) 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 8
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 A kaucsuk-feldolgozás berendezései 2100-as, sima hengerű, fix frikciójú hengerszék 9
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 A kaucsuk-feldolgozás berendezései A tangenciális zártkeverő Zártkeverő nézeti képe (Tangenciális, Banbury-típus) 10
A kaucsuk-feldolgozás berendezései Intermix Rotorkiképzés Banbury A kaucsuk-feldolgozás berendezései Extruder A melegetetésű (hengerszékekről 60-90 C) L/D < 10 A hidegetetésű szobahőmérséklet L/D > 10 11
GUMIABRONCSOK 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 Szilárdsághordozók Pamutszövetek Pamutkordok GUMIABRONCSOK Poliamid Poliészter kordszövetek Acélkord Speciális Aromás poliamid (Kevlar), üvegszálak Élettartam 1912-ben 5600 km 1990-ben 70-80.000 km 12
GUMIABRONCSOK A diagonál (bias) szerkezetű gumiabroncs 30-45 fok A szilárdsághordozó váz kordszálai a koronavonalra merőlegesen GUMIABRONCSOK 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 13
GUMIABRONCSOK Keverékkészítés,feldolgozás GUMIABRONCSOK Textilkord felpréselés Kalanderezés Extrudálás Acélkord felpréselés 14
GUMIABRONCSOK Felépítés, bombírozás GUMIABRONCSOK Vulkanizálás 15
Köszönöm a figyelmet! 16