POLIMERTECHNIKA TANSZÉK Dr Morlin Bálint Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI 2016. március 22. Rövid áttekintés 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 1
1823-ban Charles Mackintosh benzol, két szövetréteg közé -keményedik Rövid áttekintés 1839-ben Charles Goodyear (vaskereskedő) kén és ólomfehér véletlenül túlhevítve Vulkanizáció (kaucsuk térhálósítása, kénnel) Kaucsuk jellemzői: Nagy molekulatömegű rugalmas láncmolekulák: 500.000 2.000.000 kristályos és amorf részek molekulatömeg-eloszlása széles magas a látszólagos viszkozitása Üvegesedési hőmérséklete alacsony (-73 o C fok) kristályosodási hőmérséklete 28 o C dekrisztallizálás Elasztomer: szobahőmérséklet körül legalább 100%-os nyújtásig reverzibilisen deformálható polimer Alapfogalmak Kaucsuk: különböző trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag, illetve térhálósítható elasztomer (szintetikus-természetes) Térhálósítás: -lineáris polimereket -kismolekulájú anyagok hozzáadásával -térhálós rendszerré alakítják TÉRHÁLÓSÍTOTT KAUCSUK = GUMI 2
A természetes kaucsuk szerkezete A természetes kaucsuk szerkezetének fő tömege 1-4 cisz-polizoprén 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 3
A természetes kaucsuk termelése 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 4
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 A vulkanizációs görbe 5
A természetes kaucsuk felhasználási területei Abroncsgyártás 65-70 % Mártott technológiák 10-12 % Műszaki gumicikk gyártás 12-14 % 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) 6
Latextechnológiák 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 Latextechnológiák 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) 7
Latextechnológiák A koaguláció előidézése 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 Gyártási eljárások 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) 8
Latextechnológiák Gyártási eljárások Öntés Üreges termékek előállítására használatos. (Labdák, babafejek, színházi kellékek, műtárgy utánzatok) Álló, vagy mozgó öntőformába betöltött latexkeveréket koaguláltatják és térhálósítják. Álló forma, meghatározott mennyiség beadagolása Gipszformákban (olcsó, de sérülékeny) (vízadszorpció-fémionok) Könnyűfémformákban (drágább, tartós) (termoszenzibilizált keverékek) Álló forma, teljes kitöltés, maradék kiöntése Rotációs öntés, meghatározott mennyiség beadagolása Latextechnológiák LATEX-KEVERÉK Gumifonal KAPILLÁRISOKON KERESZTÜL ÁLLANDÓ KIFOLYÁS KOAGULÁLTATÓ FÜRDŐ ELVEZETIK, MOSSÁK, SZÁRÍTJÁK VULKANIZÁLJÁK FINOMSÁG: HÁNY SZÁL HELYEZHETŐ EL EGYMÁS MELLÉ 1 HÜVELYKEN (25,4 MM) (kapilláris mérete, a latexkeverék viszkozitása, a hidrosztatikai nyomás, szál elvezetési sebessége határozza meg) (a 20-32-es finomságúakat a kárpitosiparban, az ennél kisebbeket a ruhaiparban használják.) 9
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 10
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) 11
A kaucsuk-feldolgozás berendezései Rotorkiképzés I. A tangenciális zártkeverő rotorjai (Banbury-típus) A kaucsuk-feldolgozás berendezései Rotorkiképzés II. Az interlocking (intermix) zártkeverő rotorjai 12
A kaucsuk-feldolgozás berendezései Extruder A melegetetésű (hengerszékekről 60-90 C) L/D < 10 A hidegetetésű szobahőmérséklet L/D > 10 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 13
Szilárdsághordozók Pamutszövetek Pamutkordok GUMIABRONCSOK Poliamid Poliészter kordszövetek Acélkord Speciális Aromás poliamid (Kevlar), üvegszálak Élettartam 1912-ben 5600 km 1990-ben 70-80.000 km GUMIABRONCSOK A diagonál (bias) szerkezetű gumiabroncs 30-45 fok 14
A szilárdsághordozó váz kordszálai a koronavonalra merőlegesen Szilárdsága oldalfal vastagsága csökken Nincs koronairányú szilárdsága. Ezért a futófelület alá 2-5 réteg öv beépítésével (0-20 fok) lánctalpszerű gördülés GUMIABRONCSOK A radiál szerkezetű gumiabroncs GUMIABRONCSOK Sebességtűrés kritikus sebesség A kritikus sebesség tartományában fellépő jelenségek a szilárdsághordozó és a gumi késleltetett rugalmasságára 15
GUMIABRONCSOK Keverékkészítés,feldolgozás GUMIABRONCSOK Textilkord felpréselés Kalanderezés Extrudálás Acélkord felpréselés 16
GUMIABRONCSOK Felépítés, bombírozás GUMIABRONCSOK Vulkanizálás 17
Köszönöm a figyelmet! 18