Polimer habok gyártása 2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Polimer habok Hab: Olyan kétfázisú rendszer, amelyben statisztikus eloszlású, változó méretű gázbuborékok találhatóak polimer mátrixban. Szinte az összes hőre lágyuló polimerből lehet habosított terméket készíteni, a legismertebb: PS ( Hungarocell ), PE ( Polifoam ). Térhálós anyagok közül a legismertebb a PUR hab Budapest 2012. május 11. Polimer habok gyártása 3 Polimer habok gyártása 4 Habosítás lehet: Hab jellemzői: Mechanikai Kémiai Fizikai Habosodás folyamata: Buborék inicializálása Buborék növekedése A hab stabilizálása 1
Polimer habok gyártása 5 Polimer habok gyártása 6 Polimer anyagok sűrűsége: Szerkezet szerint: Társított Nem habosított Habosított =0,12 g/cm 3 Szerkezeti hab Szerkezeti hab =1,1 g/cm 3 =0,12 g/cm 3 =1,1 g/cm3 =0,2 g/cm 3 =0,6 g/cm 3 Nyitott cellás Zárt cellás Polimer habok gyártása 7 Polimer habok gyártása 8 Felhasználási területek: Polimer hab termékek gyártása Extrudálással, Fröccsöntéssel Zártszerszámban habosítás EPS gyártás Előhabosítás Pihentetés Habosítás 2
Polimer habok gyártása 10 Poliuretánok (PUR) 11 Mikrohab fröccsöntés Integrálhabok Lágy habok Elasztomerek Szálasanyagok Kemény habok Bevonatok Poliuretánok (PUR) 12 Poliuretánok (PUR) 13 "A" komponens "B" komponens Izocianát (folyékony) Poliol (folyékony) Habosító gép Tárolás Kondicionálás Tárolás Kondicionálás Keverőfej Adagolás Adagolás Habosítószer Adalékanyagok Keverőfej Keverés (folyékony) Kész termék (folyékony, szilárd) Szerszám Formába öntés/kitöltés Reagáltatás (szilárd) Kész termék 3
Poliuretánok (PUR) 14 Poliuretánok (PUR) 15 Kisnyomású gépek (3-40 bar) Nagynyomású gépek (100-300 bar) Komponensek tárolása Komponensek kondicionálása Adagolás Homogenizálás Öblítés Forrás: Farkas F.: Poliuretánok Forrás: Farkas F.: Poliuretánok Poliuretánok (PUR) 16 Poliuretánok (PUR) 17 A keverőfej a habosítógép szíve, a készülő hab minőségének Tömbhabok készítése a kulcsa. Feladata: a komponensek homogenizálása, a nem oldódó komponensek finom diszpergálása Rotációs keverők Injektoros keverők Keverőművel rendelkeznek, a Lényegében statikus keverők, kisnyomású habosításoknál amelyekben a komponensek a használatos. nagynyomású anyagáramok kinetikus energiája révén Minden lövés után öblíteni kell, keverednek. térfogat: 12-300 cm 3 Nyomás: 100-300 bar, térfogat: 0,1-10 cm 3, kiömlés: akár 400 1. A folyékony reakciókeverék 2. Krémesedési zóna 3. Emelkedési zóna kg/min 4
Poliuretánok (PUR) 18 Poliuretánok (PUR) 19 Formahabok készítése Szerszám formaleválasztó felvitele, megfelelő szilárdság (8-10 bar), betétek, erősítőanyagok temperálhatóság 40-100 o C között, elhelyezése, jó hőállóság (150-180 o C), kondicionálás, pontos zárás, formazárás, anyag belövése, formahabok kivétele, légteleníthetőség, szériagyártásra való alkalmasság (jó kopásállóság). szerszám tisztítása. Poliuretánok (PUR) 20 Poliuretánok (PUR) 21 Lágy habok Lágy tömbhabok Lágy formahabok Tömbhabok 1. bútorkárpit betét, 2. matracok, 3. járművek ülések, szigetelő lemezek, 4. textilipar táskabélések, sportcipők, 5. csomagolóipar, Bútoripar 45% Egyéb 10% Matrac 25% Textilipar 5% Járműipar 15% Standard hab (90%) Szuperlágy hab Poliéter alapú (90%) Nagyrugalmasságú hab Speciális hab Technikai hab Poliéter alapú (10%) Textilhab 6. háztartás szivacsok, hang és hőszigetelő elemek, 7. sport, szabadidő tornaszőnyegek betétje. 5
Poliuretánok (PUR) 22 Poliuretánok (PUR) 23 Integrálhabok: Olyan habok, amelyekből készített gyártmányok felületén pórusmentes, tömör héj képződik, és a sűrűség a gyártmány magja felé fokozatosan csökken. Autóipar spoiler, sárvédő, hűtőrács, lökésgátló, Cipőipar cipőtalpak. Építőipar ablakkeretek, vízelvezetők, oldalcsík, sebváltó-gomb, kalaptartó, díszlécek. fejtámla. Poliuretánok (PUR) 24 Kemény habok Gyártás: szakaszos+folyamatos Felhasználás: épületek szigetelésére, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék hűtéstechnikai szigetelések (hűtőgép), csövek, tartályok szigetelése. Budapest Térhálós polimerek 2012. május 11. 6
Térhálós polimerek feldolgozása 26 Elasztomer technológiák 27 Technológiai különbség a hőre lágyuló és a hőre nem lágyuló polimerek feldolgozása között Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Hengerszék Elasztomer technológiák 28 Elasztomer technológiák 29 Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Zárt belső keverők Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Gumi feldolgozási technológiák - kalanderezés 7
Elasztomer technológiák 30 Elasztomer technológiák 31 Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Gumi feldolgozási technológiák extrudálás QSM extrúder Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Gumi feldolgozási technológiák fröccsöntés Maillefer csiga Elasztomer technológiák 32 Elasztomer technológiák 33 Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Vulkanizálás Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Vulkanizálás 8
Elasztomer technológiák 34 Gumiabroncsgyártás 35 Térhálós gumi (elasztomer) - technológiák Vulkanizálás- szakaszos Gumiabroncs: gumi textil acél kompozit! Vulkanizálás- folyamatos Gumiabroncsgyártás 36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Polimer kompozitok Budapest 2012. május 11. 9
A szerkezeti anyagok csoportosítása 39 Polimer kompozitok 40 A polimer kompozit többfázisú, összetett rendszerből álló szerkezeti anyag, ahol a szívós mátrix és a nagyszilárdságú erősítőanyag között kiváló adhéziós kapcsolat van. Mátrixanyagok 41 Erősítőanyagok 42 Mátrix anyagok Polimer Kerámia Karbon, üveg vagy félfém tartalmúak Fém Alumínium Titán Magnézium Rézötvözetek stb. Hőre lágyuló PP PA PEEK stb. Hőre keményedő Poliészter gyanta Vinilészter gyanta Epoxi gyanta Szilikon gyanta Poliimid gyanta 10
Természetes szálerősítésű gépjármű-alkatrészek 43 Erősítőanyagok 44 Mercedes S modell Kompozitok erősítőstruktúrái 45 Erősítőstruktúrák polárdiagramja 46 Különböző szálak 1-dimenziós 2-dimenziós 3-dimenziós Paplan 3D-Szövött Z Roving Szövött 3D-Fonatolt X Y Szalag Fektetett Kötött Előforma 11
Erősítőstruktúrák polárdiagramja 47 Pre-preg (pre impregnated) előimpregnátum 48 Anizotróp Ortotróp Kváziizotróp 45 0 0 Irányított szalag (UD/szőtt) 0 90 90 0 0 90 90 90 90 0 45-45 90 90-45 45 45 0 0 SMC Sheet Moulding Compound 0 90 0 90 0 90 BMC Bulk Moulding Compound Szendvics struktúrák analógia a természettel 49 Maganyagok 50 Homogén mag (habok) pl: PVC, PUR, PS vagy fa Struktúrált mag pl: méhsejt 12
Szálerősítés 51 Határfelület 52 Mátrix A polimer kompozit többfázisú, összetett rendszerből álló szerkezeti anyag, ahol a szívós mátrix és a nagyszilárdságú erősítőanyag között kiváló adhéziós kapcsolat van.. Szál Határfelület Vizsgálati módszerek 53 All polimer kompozitok 54 Mechanikai vizsgálatok Fragmentációs teszt Akusztikus emisszió Termokamerás vizsgálat Csepplehúzás 13
Mezőgazdasági melléktermékek 55 Szilárdsági tulajdonságok 56 30 25 PE/Kukoricamaghéj 1,4 1,2 35 30 PE/Búzakorpa 1,6 1,4 Szakító szilárdság (MPa) 20 15 10 5 0 Szakító szilárdság Szakító modulus 0 10 20 30 Töltőtartalom (%) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Szakító modulus (GPa) Szakító szilárdság (MPa) 25 20 15 10 5 0 Szakító szilárdság Szakító modulus 0 10 20 30 Töltőtartalom (%) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Szakító modulus (GPa) Mezőgazdasági melléktermékek hasznosítása Alapanyagárcsökkentés Részben lebomló kompozitok előállítása Nanokompozitok I. 57 Nanokompozitok II. 58 2 d d l 2 A 4 4 2 2 V d d l l 4 14
Nanokompozitok III. 59 Hajszál, szénszál, nanorészecske 60 Nanocső 61 Problémák a nanokompozitokkal 62 Aggregátumok!!! Diszpergálás Tökéletes hengerré tekert egyetlen atomvastagságú grafitréteg Szakítószilárdság [GPa] Fizikai keverés Felület kémiai módosítása In situ polimerizáció ( karoszék, cikk-cakk, királis) (SWNT, DWNT, MWNT) 15
Hibrid kompozitok az anyagok szinergiája 63 Hibrid mátrixú struktúra (IPN) 64 70 80 nm 0 100 200 300 400 500 nm Atomerőtér-mikroszkópos felvétel a VE/EP hibridgyanta egymásbahatoló hálószerkezetéről (IPN) Csoportosítás 65 Kézi laminálás 66 1 6 7 8 2 Kompozit technológia Direkt Indirekt Kézi laminálás Szórás Préselés SMC / BMC Pultrúzió Liquid Molding Prepreg / Autokláv Diaphragma 1 2 3 4 5 Tekercselés Extrúzió Fröccsöntés 1Szerszám 2 Laminát 3 Ecset 4 Görgő 5 Mátrixanyag 6 Formaleválasztó 7 Gelcoat 8 Erősítőrétegek 16
Kézi laminálás 67 Kézi laminálás 68 Gyártási technológia jellemzői: Gyártott elem jellemzői: Berendezés költség: alacsony Geometria: bármely Szerszám költség: alacsony Méret: bármely Munkaerő költség: magas Furatok és betétek: lehet Alapanyag költség: alacsony Vastagodások és bordák: lehet Szériahossz: kis, közepes Alámetszések: lehet Ciklusidő: hosszú Felület: egy jó Kajak Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: magas Szálak rendezettsége: síkbeli bármely Száltartalom: 0.2-0.3 paplan, 0.5 szövet Pórus, üreg tartalom: közepes Mechanikai tulajdonságok: gyenge, közepes Minőség: gyenge Szórás 69 Szórás 70 Vágókés Rovingelőfeszítés Mátrixanyag Levegő 17
Szórás 71 Centrifugál szórás 72 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: alacsony Gyártott elem jellemzői: Geometria: bármely Gyanta Térhálósító Szerszám költség: alacsony Méret: bármely Munkaerő költség: magas Furatok és betétek: lehet Keverőfej Alapanyag költség: alacsony Vastagodások és bordák: lehet Szériahossz: közepes Alámetszések: lehet Ciklusidő: hosszú Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: magas Felület: egy jó Szálak rendezettsége: síkbeli random, véges szálhossz Száltartalom: 0.2-0.3 paplan Pórus, üreg tartalom: közepes Mechanikai tulajdonságok: gyenge Roving Forgó szerszám Szórófej Minőség: közepes Szendvicsszerkezet 73 Szendvicsszerkezet 74 Térhálósított borítólemezre ragasztás (pozitív szerszám) Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: alacsony Gyártott elem jellemzői: Geometria: bármely Térhálósított borítólemezre vákuumozás (negatív szerszám) Szerszám költség: alacsony Méret: bármely Maganyag-felületű szerszámra laminálás Munkaerő költség: magas Alapanyag költség: alacsony Furatok és betétek: lehet Vastagodások és bordák: lehet Szériahossz: kis Alámetszések: lehet Ciklusidő: hosszú Felület: egy vagy egy sem Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: magas Szálak rendezettsége: síkbeli bármely Száltartalom: 0.2-0.3 paplan, 0.5 szövet Pórus, üreg tartalom: közepes Mechanikai tulajdonságok: közepes Minőség: gyenge 18
Vákuumzsák - Autokláv 75 Térhálósítás Vákuumzsák Autokláv 76 19 RTM 77 Fröccsöntés 78
Fröccsöntés 79 RTM 80 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: magas Szerszám költség: magas Munkaerő költség: közepes Alapanyag költség: alacsony Szériahossz: közepes és hosszú Ciklusidő: rövid Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: alacsony Gyártott elem jellemzői: Geometria: egész bonyolult is lehet Méret: erősen korlátozott Furatok és betétek: lehet Vastagodások és bordák: lehet Alámetszések: nehéz Felület: mind jó Szálak rendezettsége: síkbeli orientált, rövidszálas Száltartalom: kicsi Pórus, üreg tartalom: alacsony Mechanikai tulajdonságok: gyenge Minőség: közepes RTM 81 RTM 82 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: alacsony Szerszám költség: alacsony, közepes Munkaerő költség: közepes Alapanyag költség: alacsony Szériahossz: rövid és közepes Ciklusidő: közepes Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: alacsony Gyártott elem jellemzői: Geometria: bármely Méret: bármely Furatok és betétek: lehet, furatok másik lépésben Vastagodások és bordák: nehéz Alámetszések: nehéz Felület: mind jó Szálak rendezettsége: síkbeli bármely, térbeli is lehet Száltartalom: akár 0.6 Pórus, üreg tartalom: alacsony Mechanikai tulajdonságok: jó Minőség: jó 20
VARTM 83 VARTM 84 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: alacsony Szerszám költség: alacsony Munkaerő költség: közepes Alapanyag költség: alacsony Szériahossz: rövid Ciklusidő: hosszú Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: alacsony Gyártott elem jellemzői: Geometria: bármely Méret: bármely Furatok és betétek: lehet Vastagodások és bordák: nehéz Alámetszések: nehéz Felület: egy jó Szálak rendezettsége: síkbeli bármely Száltartalom: 0.4 Pórus, üreg tartalom: alacsony Mechanikai tulajdonságok: jó Minőség: jó VARTM 85 RIM 86 21
RIM 87 Préselés 88 Gyártási technológia jellemzői: Gyártott elem jellemzői: Berendezés költség: magas Geometria: bármely Szerszám költség: magas Méret: közepes Munkaerő költség: közepes Furatok és betétek: lehetséges Alapanyag költség: alacsony Vastagodások és bordák: nehéz Szériahossz: hosszú Alámetszések: nehéz 60-80 C 120-180 C 120-180 C Ciklusidő: rövid Felület: mind jó Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: közepes Szálak rendezettsége: síkbeli bármely Száltartalom: 0.4 Pórus, üreg tartalom: közepes Mechanikai tulajdonságok: közepes Betáplálás Betáplálás Nyomás Szerszám zárás Melegítés Nyomás Térhálósítás Térhálósítás Szerszám nyitás Minőség: jó SMC, BMC 89 SMC, BMC 90 Előgyártmány vágás Szerszámba helyezés Kimé rés Szerszámba helyezés F Nyomás és hő 22
Préselés 91 Lemezgyártás 92 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: magas Szerszám költség: magas Munkaerő költség: közepes Alapanyag költség: közepes Szériahossz: hosszú Ciklusidő: rövid Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: alacsony Gyártott elem jellemzői: Geometria: bármely Méret: présméret Furatok és betétek: vertikális furat nehéz, betét lehet Vastagodások és bordák: lehet Alámetszések: nehéz Felület: mind jó Szálak rendezettsége: síkbeli random, véges szálhossz Száltartalom: 0.1-0.2 BMC, 0.2-0.5 SMC Pórus, üreg tartalom: közepes Textil előforma (szőtt, paplan) Gyanta Térhálósít ó Impregnáló fürdő Bedolgozás Vágás Lemez Mechanikai tulajdonságok: gyenge Minőség: jó Lemezgyártás 93 Tekercselés 94 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: magas Szerszám költség: alacsony Munkaerő költség: közepes Alapanyag költség: alacsony Szériahossz: hosszú Ciklusidő: rövid Térhálósodás: egyszerű Egészségügyi megfontolások: közepes Gyártott elem jellemzői: Geometria: korlátozott Méret: korlátozott Furatok és betétek: nehéz Vastagodások és bordák: nehéz Alámetszések: nem lehet Felület: kettő jó Szálak rendezettsége: síkbeli bármely Száltartalom: 0.2-0.3 Pórus, üreg tartalom: közepes Mechanikai tulajdonságok: gyenge Minőség: közepes 23
Tekercselés 95 Tekercselés 96 1 2 3 4 1 2 2 3 1 Vezető 2 Impregnáló 3 Lehúzó 5 4 Ganytafürdő 5 Vezetőszem 6 Mag 6 4 Rovingok Előfeszítés Impregnálás Fektetés Mag Közvetett impregnálás Közvetlen impregnálás Tekercselés 97 Pultrúzió 98 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: közepes Szerszám költség: alacsony Munkaerő költség: közepes Alapanyag költség: alacsony Szériahossz: kis, közepes Ciklusidő: hosszú Térhálósodás: komplex Egészségügyi megfontolások: magas Gyártott elem jellemzői: Geometria: zárt konvex Méret: bármely Furatok és betétek: betét lehet, furat nehéz Vastagodások és bordák: nem lehet Alámetszések: nem lehet Felület: egy jó (belső) Szálak rendezettsége: síkbeli orientált Száltartalom: 0.5-0.6 csavar és polár, 0.6-0.7 gyűrű Pórus, üreg tartalom: alacsony Mechanikai tulajdonságok: jó Minőség: jó 24
Pultrúzió 99 Pultrúzió 100 Pultrúzió 101 Technológiai alkalmasság 102 Gyártási technológia jellemzői: Berendezés költség: közepes Szerszám költség: közepes Munkaerő költség: alacsony Alapanyag költség: alacsony Szériahossz: hosszú Ciklusidő: hosszú Térhálósodás: komplex Egészségügyi megfontolások: magas Gyártott elem jellemzői: Geometria: egyenes, állandó keresztmetszet Méret: bármilyen hosszú Furatok és betétek: hosszirányú lehet Vastagodások és bordák: hosszirányú bordák Alámetszések: hosszirányú lehet Felület: mind jó Szálak rendezettsége: hosszirányú, síkbeli random, orientált, véges v. végtelen szálhossz Száltartalom: 0.2-0.5, 0.65 roving Mechanikai tulajdonságok: gyenge, jó Minőség: közepes Pultrúzió Tekercselés RTM RIM GMT/LFT-préselés SMC, BMC-préselés Autokláv Vákuumformázás Szórás Kézi laminálás prototípus kis széria közepes széria nagy széria 1 10 100 1.000 10.000 100.000 1.000.000 Darabszám 25
Irodai forgószék 103 Motortéri front panel 104 Fröccsöntött PA/LGF Fröccsöntött PP/GF Polimerek a motortérben 105 Szénszálas kerékagy 106 26
Hangszerek 107 Gépjármű karosszériák 108 Epoxy/CF X-47A típusú robotrepülő 109 Ohio-i vasbeton híd cseréje 110 Kompozitból készült, 8 m hosszú és széles. A vasbeton híd 20 év után tönkrement, a két nagy átmérőjű csővel. Új kompozit híd, 3D GF/hibrid gyanta, hab, 9 cm vastag (vasbeton: 20 cm). Az előre elkészített panelek szerelése 4 órát tartott és 50 évre tervezik. 27
Dániai szélerőmű farm 111 Szélsőséges méretek tervezői szabadság 112 20 erőmű, 89 mkwh/év Ma 10%, 2030-ra 50 %! Leállás és nagyjavítás nélkül 20 év! Epoxy + GF (CF) Zárt PVC hab vagy Balsafa Airbus A380 113 Airbus A380 alkatrészeinek szállítása 114 (első próbarepülés: 2005.04.27., üzembe helyezés: 2007. nyár) H=73 m, M=24 m, Fesz=80 m 28
Airbus A380 összeszerelése 115 Airbus A380 összeszerelése 116 Airbus A380 összeszerelése 117 29