Polimer alapanyagok áttekintése 2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Polimerek viselkedése fűtés/hűtés során Termomechanikai görbék Polimerek feldolgozás-technológiái Budapest 2012. május 4. Technológiák csoportosítása 3 Leggyakoribb feldolgozási technikák 4 Technológiai különbség a hőre lágyuló és a hőre nem lágyuló polimerek feldolgozása között Folyóképesség meghatározása: MFI mérés [g/10 perc] 1
Leggyakoribb feldolgozási technikák 5 Leggyakoribb feldolgozási technikák 6 Sajtolás Sajtolás SMC GMT SMC GMT Leggyakoribb feldolgozási technikák 7 Leggyakoribb feldolgozási technikák 8 Kalanderezés Extrúzió 2
Leggyakoribb feldolgozási technikák 9 Leggyakoribb feldolgozási technikák 10 Fröccsöntés Melegalakítás Leggyakoribb feldolgozási technikák 11 Technológiák csoportosítása 12 Fúvás Extrúziós fúvás Fröccsfúvás Sajtolás Kalanderezés Extruzió Fröccsöntés Szálgyártás. MFI Mw Ömledék állapotban Melegalakítás Üreges alkatrészgyártási technikák Térhálós polimerek gyártástechnológiái Termoelasztikus állapotban Polimer kompozitok 3
Előkészítő lépések 14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Polimerfeldolgozás és gépei BMEGEPT4113 Polimerfeldolgozás előkészítő lépései SZÁRÍTÁS ANYAGFELSZÍVÁS, SZÁLLÍTÁS ANYAGADAGOLÁS GRANULÁLÁS, DARÁLÁS KEVERÉS Szárítás 15 Szárítás 16 Higroszkopikus műanyagok (PA, PET, PC, PBT, ) jelentős nedvességfelvétele miatt a megfelelő szárításuk elengedhetetlen. Meleglevegős szárítás Fontos a nem higroszkópos anyagok szárítása is, amennyiben pl. nagy páratartalmú térben voltak tárolva, felületükön pára csapódott le. A szárítás hatékonysága a levegő harmatpontjától függ. Az iparban a meleglevegős és a szárazlevegős eljárás terjedt el. 4
Szárítás 17 Keverő berendezések 18 Szárazlevegős szárítás Száraz keverékek keverőberendezései Fluid-ágyas örvénykeverő Keverő berendezések 19 Keverő berendezések 20 Szakaszos ömledék keverőberendezések Folytonos ömledék keverőberendezések Ikercsigás extruderek Banbury-típusú belső keverő 5
Granulálás, darálás 21 Granuláló berendezések Elvi felépítése Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Gyakorlatban Extrúzió Alapfogalmak 23 Plasztifikáló egység 24 Extrúzió: Folyamatos 1 D-s termékek Megfelelő ömledékszilárdságú anyagból Szakaszai: Alakítható állapotba hozás Alakadás Alakrögzítés Plasztifikáló egység = csiga + henger Extrúdercsiga részei: Kompresszió elérhető (=menetárok térfogatának csökkentése): Mag átmérőjének növekedésével (magprogresszív, ábra) Menetemelkedés szögének csökkenésével (szögdegresszív) Menetszárny szélesség-növekedéssel 6
Plasztifikáló egység 25 Plasztifikáló egység 26 Anyagtól függő csiga konstrukciók (pl.) Amorf anyagok Henger: Vastagfalú cső Nagy szilárdságú, kopás- és korrózióálló Behúzó szakaszban hornyolt kialakítás + intenzív hűtés Anyagszállítás feltétele: µ csiga-műanyag <µ hengerfal-műanyag Részben kristályos anyagok Plasztifikáló egység 27 Plasztifikáló egység 28 Plasztifikálási folyamat Csigakialakítások Egycsigás kialakítás Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás Ellentétes irányban Azonos irányban Gáztalanító extrúdercsiga 7
Plasztifikáló egység 29 Extrúzió elméleti háttere 30 Csigakialakítások Különleges kiszállító szakaszú (homogenizáló) csigák Ömledék szétválasztó csiga (Maillefer-csiga) Ömledékáramlás az extrúderben s V V t r V V Moduláris csiga + - 3 V s ~ h n V t p h ~ l Zártsági fok: V V a.. torló sodró Sodró áram Torló áram Extrúzió elméleti háttere 31 Extrúzió elméleti háttere 32 Extrúdercsiga karakterisztikája Az extrúder termikus viszonyai Kívülről bevezetett hő: Q f =m c T Súrlódásból származó hő: W kin =F Δl Egyszerűsített munkadiagram: T Q ~ m c Q f f 1 n ~ n N T ~ ~ n ~ n n Nyomás alakulása a csiga mentén: 8
Extruderszerszámok 33 Extruderszerszámok 34 A plasztifikálóegység végén leggyakrabban körkeresztmetszetű anyagáram átalakítása bármilyen szabályos vagy szabálytalan anyagárammá, majd lehűtve félkész vagy késztermékké (lemez, cső, profil, stb.) Az extruderszerszámok az anyagáramot az alábbi szakaszokon vezetik át: Átmeneti szakasz Alakadási szakasz Simító vagy vasaló szakasz Követelmények: Bármely adott keresztmetszetben az áramló anyag azonos sebességű legyen Ne legyen éles átmenet (leállhat az áramlás, beéghet az anyag (degradáció)) Szélesrésű szerszám ( 0,5 mm) Akár 3 m széles, ill. akár 15 mm vastag lemez gyártása Fő feladat a kör-keresztmetszetű ömledék eloszlatása oly módon hogy a szerszámból kilépő anyagáram minden pontjában az áramlási sebesség azonos legyen Extruderszerszámok 35 Extruderszerszámok 36 Szélesrésű szerszám elosztócsatornái Csőgyártó szerszám Akár 1,5 m átmérőjű, ill. akár 30 mm falvastagságú csövek gyártása 9
Extruderszerszámok 38 Extruderszerszámok 40 Profilgyártó szerszám Üreges, nyitott, tömör profilok gyártása Fóliagyártás (fóliafúvás) szerszáma Extruderszerszámok 42 Extrúder követőberendezései 44 Kábelgyártás szerszáma Az alakra hozott anyagáramot kontrolált körülmények között megkívánt méretre kell hűteni kalibrálás. Kalibrálás vákuummal 10
Extrúder követő berendezései 45 Extrúder követő berendezései 46 Kalibrálás túlnyomással Hűtés levegővel, vízfürdővel vagy vízpermettel. Lehúzók Hengerpár Lánctalpas, hernyótalpas lehúzó Speciális lehúzók (pl. gégecső gyártásnál) Tekercselő berendezések Darabolók Extrúder gyártósorok 47 Extrúder gyártósorok 48 Lemezgyártó extrúder sor Cső- vagy profilgyártó extrúder sor 11
Extrúder gyártósorok 49 Extrúder gyártósorok 50 Kábelbevonó gyártósor Fóliafúvó gyártósor Összetett extrúziós technikák 51 Koextrúzó: több extrúder anyagáramának egyesítése egy szerszámban Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Kalanderezés Tömlőfólia Lemezgyártás 12
Kalanderezés 53 Kalanderezés 54 Kalanderezés: Egymással szemben forgó precíziós fűtött hengerek között akár 4 m széles, 30 800 µm vastagságú fóliát vagy lemezt, vagy hordozóra (textil) polimer bevonatot készítünk, nagy sebességgel (akár 100 m/perc). Alapanyaga jellemzően amorf hőre lágyuló (PVC, PS, ABS) polimer. Kalander hengerek elrendezése: Kalanderhengerek: 600 800 mm átmérőjű 2 4 m széles Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás Fűtőközeg be- és elvezetés Nagy kopásállóságú felület (köszörült vagy polírozott) Nagy erők lépnek fel a hengerek között: kompenzálni kell! I L F Z Kalanderezés 55 Kalandersor: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Szakállképződés a hengerek között A polimer a mattabb, melegebb, nagyobb kerületi sebességű hengerre tapad. Melegalakítás 13
Melegalakítás 57 Melegalakítás anyagai 58 Melegalakítás: 0,05 15 mm vastagságú lemezek, fóliák formázása termoelasztikus állapotban kis erővel 3D-s termékké, Milyen anyagok alkalmazhatók? Amorf hőre lágyuló Részben kristályos hőre lágyuló Hőkezelés előtt Hőkezelés után 158 C 163 C Melegalakítás folyamatának lépései: 0. Előgyártmány előállítása 1. Az előgyártmány (fólia, lemez) melegítése a formázási hőmérsékletre (alakítható állapotba hozás) 2. Alakítás (formaadás: előnyújtás+formázás) 3. Alakrögzítés (hűtés) 4. Eltávolítás 5. Befejező műveletek Amorf Részben kristályos Melegalakítás előgyártmányai 59 Melegítés 60 Előgyártmány előállítása: Lemez, fólia extrudálásával Fóliafúvással Kalanderezéssel Mindegyik esetben követelmény a kis tűréshatárok között tartott vastagság, kis mértékű orientáció, kis belső feszültség. Higroszkópos anyag esetében a megfelelő kiszárítás. 1. Alakítható állapotba hozás (Melegítés) Biztosítani kell, hogy az előgyártmány hőmérséklete egyenletes legyen a felület minden pontján (azonos alakíthatóság, illetve zsugorodás miatt). Ellenkező esetben hűtéskor/hűléskor egyenlőtlen zsugorodás lép fel, amely vetemedéshez vezet Műanyagok rossz hővezetők > precíz hőmérsékletszabályozás szükséges (különösen a r. kristályosoknál) Alacsonyabb hőmérsékleten csak nagy erőkkel formázható, magasabb hőmérsékleten viszont az anyag termikus károsodása figyelhető meg (hólyagképződés, elszíneződés) Fényes felületek (formázandó anyag) a hőt jobban visszaverik, mint a tompa vagy érdes felületek 14
Melegítés 61 Alakítás 62 1. Alakítható állapotba hozás (Melegítés - folytatás) Nem csak a felület mentén, hanem a keresztmetszet mentén is fontos az egyenletes hőmérséklet Viszonylag lassú felmelegítés szükséges (ellenkező esetben a felület akár károsodhat is, amíg a lemez belseje még el sem érte az alakítási hőmérsékletet) Általános célú melegalakító berendezések alakadó részének felépítése: Vékony fóliák esetében Vastag fóliák, lemezek esetében Anyagtól, vastagságtó függően egy vagy két oldalról történő melegítés Alakítás 63 Alakítás 64 Formázandó anyag leszorítása: Alsó és felső keret közé Keret és az alakítószerszám közé Alakítószerszám és a szemben fekvő alakítószerszám közé Alakítószerszám: Pozitív szerszám Negatív szerszám Negatív-pozitív szerszám Szerszámtípusok összehasonlítása Pozitív szerszám Negatív szerszám 15
Alakítás 65 Alakrögzítés 66 Előnyújtás (általában): Sűrített levegővel Vákuummal Mechanikai elemmel (fa, kemény habok, gyanták, alumínium) Fentiek kombinációjával Követelmények: Nem hűtheti le a formázandó anyagot Jó csúszási tulajdonság a formázandó műanyaggal Alacsony költség, könnyű gyárthatóság Alakrögzítés hűtéssel Hűtés az alakadás befejeztével kezdődik elviekben, de a gyakorlatban már a fűtés befejeztével elkezdődik. Tehát mind a hőforrás eltávolításával / vagy a felmelegített anyag szállításakor már elkezd hűlni az anyag. Ez a hűlés/hűtés tovább folytatódik az előnyújtás során. Vékony fóliák esetében Vastag fóliák, lemezek esetében Alakrögzítés 67 Termék eltávolítás 68 Hűtési időt befolyásolja: Feldolgozandó anyag (fajhő) Anyagvastagság formázás után Alakítási hőmérséklet Kidobási hőmérséklet Alakítószerszám anyaga (hővezetőképesség) Szerszám hőmérséklet Formázott anyag és a szerszám közötti érintkezés intenzitása Termék olyan részeinek a hűlése, amely nem érintkezik a szerszámmal Termék eltávolítása a szerszámból, amelyet befolyásol: Termékeltávolítási hőmérséklet Szerszámkúposság Alámetszések Pozitív vagy negatív formázás Nyomás kiegyenlítés Eltávolítást segítő eszközök a szerszámban Súrlódás a termék és a szerszám között 16
Melegalakítás technikái 69 Melegalakítás technikái 70 Pozitív formázás Pozitív formázás mechanikus előnyújtással Megfelelő anyaghőmérséklet elérése után a pozitív szerszám felfele mozgásával hozza létre a mechanikus előnyújtást, majd vákuumal történik a végleges alakadás. Pozitív formázás előfúvással Előfúvás eredményezte felület nem lehet nagyobb, mint a termék végleges felülete. Melegalakítás technikái 71 Melegalakítás technikái 72 Pozitív formázás vákuumos előnyújtással Egyenletes falvastagság, kisebb hőmérséklet esés Negatív formázás Negatív formázás előnyújtás nélkül Falvastagság eloszlás javítható nagyobb lekerekítési sugár (D) + nagyobb kúposság kialakításával. H:D>1:2,5 17
Melegalakítás technikái 73 Melegalakítás technikái 74 Negatív formázás Negatív formázás mechanikai előnyújtóval Negatív formázás Negatív formázás pneumatikus, majd mechanikai előnyújtóval Melegalakítás technikái 75 Melegalakítás technikái 76 Negatív formázás Negatív formázás sűrített levegővel (préslégformázás) Kombinált pozitív - negatív formázás Nagy pozitív-negatív nyújtási arány esetén 18
Melegalakítás technikái 77 Melegalakító berendezések 78 Kombinált pozitív - negatív formázás Az termék mindkét oldalát a szerszám határozza meg Berendezések Egy állomásos berendezés: minden művelet egyazon gépen történik. A működés lassú termelékenység kicsi. Forgó állomásos berendezés: 3 vagy 4 munkaállomásból áll: lemez felrakása + termék eltávolítása, fűtés, formázás +hűtés Melegalakító berendezések 79 Berendezések Folyamatos melegalakító berendezés: a termelési sor elején a feltekercselt lemezt (offline) vagy extrúderen folyamatosan gyártott lemezt (online) vezetnek. A legnagyobb termelékenységű. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Üreges testek gyártása 19
Üreges testek gyártástechnológiái 83 Extrúziós fúvás 84 Üreges testek: Egy darabból álló (nem összeszerelt), relatív vékonyfalú, zárt vagy nyitott termék / alkatrész. Nyitott termék esetében a nyílás nem lehet nagyobb, mint a belső keresztmetszet. 1-2 cm 3 70m 3 -es méretek Akármilyen alakú üreges testek elkészíthetőek (gömbszerűek, sík alakúak) Néhány darabtól több száz milliós darabszámig Extrúziós fúvás: Termoelasztikus állapotban lévő extrudált előgyártmány (cső) alakítása zárt szerszámban belső túlnyomással (sűrített levegő) üreges testté. Berendezés három fő részből áll: tipikusan egy egycsigás extrúderből, extrúderszerszámból és a fúvószerszámból, ahol az alakadás végbemegy. Üreges testek feldolgozási technológiái: Extrúziós fúvás Fröccsfúvás Rotációs öntés Extrúziós fúvás 85 Extrúziós fúvás 86 Extrúziós fúvás folyamata: Előgyártmány előállítása Fúvás zárt szerszámban Hűtés Termék eltávolítása, a felesleges anyagrészek levágása Előgyártmány áthelyezéssel történő extrúziós fúvás (folyamatos) Előgyártmány előállítása során fontos: Az anyag megfelelően nagy ömledékszilárdsága (alacsonyabb ömledék hőmérséklet) Hegedési vonalak nem lehetnek az előgyártmányon (szerszám kialakítás) Egyenletes folyási profil, egyenletes falvastagság (szerszám kialakítás) Előgyártmány egyenletes hőmérséklete 20
Extrúziós fúvás 87 Extrúziós fúvás 88 Folyamatos extrúziós fúvás emelt szerszámmal (folyamatos) Váltószerszámos folyamatos extrúziós fúvás (folyamatos) Extrúziós fúvás 89 Extrúziós fúvás 90 Karusszel elrendezésű extrúziós fúvás (folyamatos) Tengelyirányban elmozduló csigadugattyús változat (szakaszos) 21
Extrúziós fúvás 91 Extrúziós fúvás 92 Gyűrűdugattyús ömledéktárolós változat Ömledéktárolós (akkumulátor) változat (szakaszos) Extrúziós fúvás 93 Fröccsfúvás 96 Extrúderszerszám Általában alumíniumból készült szerszámot alkalmaznak. Az alakításhoz szükséges nyomás (sűrített levegő) általában 0,4 0,8 MPa, de nagy termékek esetében eléri a 4 MPa-t is. A szerszámzáró erő nagyságrendekkel kisebb, mint a fröccsöntésnél. Fröccsfúvás: Az extrúziós fúvással ellentétben az előgyártmányt fröccsöntéssel állítjuk elő, majd azt zárt szerszámba helyezve, fúvással megtörténik az alakítás Sorja, így hulladékmentes eljárás, illetve nincs összehegedési vonal Kisebb ömledékszilárdságú anyagok is feldolgozhatók (pl. PET) Csak forgásszimmetrikus testek vagy ovális alakú termékek dolgozhatók fel. Nagyon pontos falvastagság-eloszlás, nagyon pontos nyakrész Átlátszó termékek gyárthatóak, mivel a kristályosodás kézben tartható 22
Fröccsfúvás 97 Fröccsfúvás 98 Fröccsöntési és fúvási művelet egy berendezésen Fröccsöntési és fúvási művelet elkülönül Fröccsfúvás 99 Fröccsfúvás 100 Előnyújtásos fröccsfúvás (mindkét fenti lehetőségnél) Előnyújtásos fröccsfúvás: PET palackok előállítására Célja a két tengely menti (biaxális) arányos megnyújtás, orientáció kialakítása Javul a mechanikai tulajdonság (olcsóbb anyag, vagy kisebb falvastagság is elegendő), a gázáteresztő képesség, a fényesség és átlátszóság, illetve a méretpontosság Fontos az előgyártmány megfelelő hőmérsékletre melegítése (orientáció nagyrugalmas állapot) Fontos a megfelelő technológiai beállítások az optimális tulajdonságok elérése céljából 23
Rotációs öntés 102 Rotációs öntés 103 Rotációs öntés Két, egymásra merőleges tengely körül forgatott zárt szerszámban, varrat és belső feszültségmentes, nagy méretű (általában 1 10 m 3 )üregestestekelőállítására. Leggyakrabban alkalmazott hőre lágyuló anyagok: LLDPE, LDPE, HDPE PP, rpp PVC (por, folyadék) PA6 PC Rotációs öntés anyagaival szemben támasztott követelmények: Anyag formátuma: Por (75 500 µm), őrlemény, viszkózus folyadék, monomer, oligomer Termikus stabilitás Poríthatóság Részecske méret-eloszlás Térfogatsúly Szinterezhetőség Rotációs öntés 104 Rotációs öntés 105 Rotációs öntés működési elve Biaxiális forgatás Mind a fűtési, mind a hűtési fázisban szükséges. Mindkét tengely egyidejű forgatása Két tengely különböző sebességű forgatása: a fő tengely mentén nagyobb. A fordulatszámok ne legyenek egymás egész számú többszörösei (3,75:1) Kis fordulatszám (<30 rpm) 24
Rotációs öntés 106 Rotációs öntés 107 Afűtés során lejátszódó folyamatok Hűtés: A biaxiális forgatás folyamatos Anyagtól függő hűtés Főleg hideg levegővel, illetve vízpermettel hűtenek Figyelembe kell itt is venni a zsugorodást Hűtési idő négyzetesen arányos a termék falvastagságával Kidobás / termék kiemelése általában manuális Általában szükséges részek, felületek kivágása, illetve termék két részre vágása Rotációs öntés 108 Rotációs öntés technológiai elrendezése Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Fröccsöntés 25
Fröccsöntés 111 Fröccsöntés - Extruzió 112 tetszőleges alakú 3D-s alkatrészeket és termékeket gyárthatunk (egy lépésben) zárt szerszámban történő formaadással nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével Mindkét nagyvolumenű eljárásnak, a fröccsöntésnek és az extruziónak megvan az a nagy előnye, hogy gyakorlatilag hulladékmentes feldolgozást biztosít a hőre lágyuló polimerek plasztikus alakadása révén, a termék pedig újra feldolgozható marad (recycling). szakaszos üzemmódban gyakorlatilag hulladékmentesen Mindkét eljárás rendkívül termelékeny és jól automatizálható, robotosítható. S bár a fröccsöntés tipikusan szakaszos üzemű, szemben az extruzió folytonos üzemmódjával, igen jó termelékenységű azáltal, hogy itt még nagyobb nyírósebességgel dolgozzuk fel, alakítjuk át szerkezeti anyagunkat. Hőre lágyuló polimerek feldolgozásának paraméterei 113 A fröccsöntés alapelve 114 Anyag Extrúzió Fröccsöntés hőmérséklete nyomása hőmérséklete nyomása C MPa C MPa LDPE 125-135 10-40 134-145 20-50 HDPE 140-170 10-40 200-260 60-120 PP 185-240 15-40 200-280 80-150 PS 170-200 15-20 160-240 60-150 lpvc 155-160 10-20 160-170 80-100 kpvc 160-180 10-20 170-180 100-150 ABS 180-200 15-25 180-220 80-120 PA 250-300 15-25 260-320 70-100 PMMA 160-180 5-10 180-240 50-100 POM 180-200 5-10 180-230 80-140 CA 190-210 15-25 170-210 100-140 PC 250-300 15-25 270-350 100-140 A fröccsöntés alapelve tehát az, hogy a polimer ömledéket, - amelyet az olvadáspont fölé melegítve kis viszkozitású folyadékállapotba vittünk, nagy sebességgel, szűk beömlő nyíláson át zárt szerszámba fecskendezzük, és ebben a zárt szerszámban a nagy nyomás alatt kihűlő polimerből alakulkia tetszőlegesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag hulladékmentes, képlékeny alakítással, nagy méretpontossággal. 26
Fröccsöntési ciklus a mechanikai mozgáselemek tükrében 115 Fröccsöntő gép 116 Szerszám záró egység Anyag adagolás Szerszám felfogó Vezérlés Fröccsaggragát Fröccsöntő gép részei 117 Fröccsöntő gép részei szerszámzáró egység 118 A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfogó (függőleges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízszintes vezető oszlop vezeti. Egyes gépeken a szerszámzárás egy nyitott, fekvő C alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását hidraulikus vagy (könyökemelős) mechanikus rendszer biztosítja. 27
Fröccsöntő gép részei szerszámzáró egység 119 Fröccsöntő gép részei 120 Fröccsöntő gép részei plasztikáló egység 121 Fröccsöntő gép részei AZ ANYAG ÚTJA 122 A csigadugattyús fröccsöntő gép fröccsöntő egysége a hengerrel, csigadugattyúval és tartozékaival együtt szintén elmozdul a géphez képest minden egyes ciklusban: a szerszámzárás után rázár (szorosan csatlakozik) a szerszámra, majd a befröccsöntés befejeztével, alkalmas időpontban elszakad, (visszahúzódik) a szerszámtól. A szoros csatlakozásra a megfelelő (> 1000 bar) ömledéknyomás átadása miatt van szükség. Az ismételt elszakadást eltávolodást technológiai okok indokolják: a fröccsegység csúcsa, a fúvóka fűtött, míg a szerszám hűtött. A fröccsöntőgépek csigájának tipikus átmérője 20 mm és 200 mm közötti, L/D értéke általában 20. A csiga fordulatszáma 100 és 250 ford/perc (a nagyobb gépé lassabb). 28
Fröccsöntő gép részei - Plasztikáló egység 123 Fröccsöntés folyamata az állapothatározók függvényében 124 A fröccsöntőgépben lejátszódó folyamatokat a gép két fő részében: a fröccsöntő (aggregát) egységben és a szerszámban elemezhetjük. Az első géprészben, a fröccsöntőcsiga mentén lejátszódó reológiai folyamatok egészen hasonlók az extrudercsiga mentén már bemutatottakhoz. A szerszámban lejátszódó folyamatokat legjobban a p, v, T állapothatározók függvényében érthetjük meg. A polimerek fajlagos térfogatát a külső (hidrosztatikus) nyomás (p) és a hőmérséklet (T) nagymértékben befolyásolja. Visszaáramlás-gátló: A polimerek fajtérfogat-változása azonos nyomáson a hőmérséklet függvényében szilárd halmazállapotban is nagyobb mértékű, mint a többi szerkezeti anyag esetében: ez a magasabb termikus dilatációs együtthatóban is megnyilvánul. Apolimerömledék fajtérfogat-növekedése még nagyobb arányú a növekvő hőmérséklettel. A fajtérfogat - változás érzékenyen megmutatja a T g üvegesedési hőmérsékleti átmeneteket és még inkább a T m olvadási hőmérsékletet. Fröccsöntés folyamata az állapothatározók függvényében 125 Fröccsöntés folyamata az állapothatározók függvényében 126 A polisztirol fajtérfogatának, hőmérsékletének és nyomásának összefüggése (p, v, T diagramja) Anagysűrűségű polietilén (HDPE) (p, v, T diagramja) 29
Fröccsöntés ciklus 128 Fröccsöntőgépek főbb műszaki jellemzői 129 A fröccsöntési technológia hatékonysága azon múlik, hogyan illeszkednek a termék, a fröccsöntőgép és a szerszám műszaki paraméterei. Agépnagysága, kapacitása nyilvánvalóan optimum-függvénye a termék tömegének, volumenének. A túlságosan nagy gép egy adott kis méretű alkatrész gyártásánál technológiai, stabilitási problémákat vet fel, ami ugyanolyan gond, mintha az optimálisnál nagyobb alkatrészt szeretnénk gyártani egy viszonylag kisebb fröccsöntő gépen. Melyek tehát a gép kiválasztás legfőbb paraméterei? Záróerő Fröccsöntési kapacitás Fröccsmunka Szerszám felfogó lapok mérete Záróerő 130 Záróerő 131 A maximális F erő, amelyet a polimer ömledék kifejt a szerszám zárósíkján: F=P cav A A fröccsöntő gép záróerejét általában tonnában adják meg. Amennyiben hidraulikus szerszámzáró mechanizmust alkalmaznak. A maximális záróerő a következőképpen függ össze a hidraulikus nyomással: P cav : a tényleges ömledéknyomás a szerszámüregben (cavity), tipikusan 30-150 MPa CF = (P hyd D 2 )/4 A: a szerszám osztósíkjára vetített felülete a munkadarabnak. D: a hidraulikus henger átmérője. A biztonságos zárás érdekében 15 %-kal több hidraulikus nyomást alkalmazunk, tehát CF = 1,15F Egy mai személygépkocsi ütközőjének vagy műszerfalának fröccsöntéséhez tipikusan 3000-5000 tonna (30-50 MN) záróerővel rendelkező fröccsöntőgépre van szükség. 30
Fröccsöntési kapacitás, fröccsmunka 132 Ömlesztő teljesítmény, egyéb kapacitás adatok 133 A fröccsöntőgép kapacitását az egyetlen ciklusban legyártható polimer alkatrész maximális súlyával vagy térfogatával is jellemezhetjük. Hagyományosan ezt a kapacitást a polisztirolra vonatkoztatjuk. A fröccsöntőgép teljesítményét nyilvánvalóan az is meghatározza, hogy a gép csigája óránként hány gramm anyag megömlesztésére képes. Ez a teljesítmény mutató függ attól, hogy milyen polimert dolgozunk fel, hiszen a különböző polimerek megolvadásához kötődő A fröccsmunkát W f a fröccsöntési löket elméleti térfogata és (v elm ) és az ömledék nyomása (p) együtt határozza meg: W f velm p 100 ahol a v az elméleti löket-térfogat cm 3 -ben, p a maximális fröccsnyomás MPa-ban. hőmennyiség eltérő, és attól is, hogy azt mennyire melegítjük fel a T m ömlesztési hőmérséklet fölé, hiszen a c p fajhők is különböznek. Hagyományosan a géptípus mutatószámaként ezt a teljesítmény adatot is (kg/h-ban) polisztirolra vonatkoztatjuk. Ömlesztő teljesítmény, egyéb kapacitás adatok 134 Kétkomponensű fröccsöntés 136 A záróerő, a fröccskapacitás és az ömlesztőkapacitás mellett, amelyek a legtöbbször a fröccsöntőgép típusszámában is szerepelnek, természetesen még számos műszaki jellemző megadható a mai fröccsöntő gépekről. A ko-extruzió alapelvéhez hasonlóan a fröccsöntés során is egyesíthetünk két (vagy akár több) polimeranyagot is. A kétkomponensű fröccsöntőgépnek két fröccsegysége (fröccsagragátja) van. Fontos jellemző még a szerszám felfogó lapok mérete (200 X 200 mm 2 -től akár 3000 X 2500 mm 2 -ig), a közöttük megnyitható legnagyobb távolság (200 mm-től 2000 mm-ig), a gép energia felvétele (tipikusan 20-300 kw) és még sok más adat. Az ú.n. 2F eljárásban a kétféle polimer egymás mellé kerül fröccsöntésre két elhatárolt szerszámfélben, egymás utáni lépésben. A 2K eljárás úgy hajtja végre a fröccsöntést, hogy először A anyaggal kezdi meg a szerszámüreg kitöltését, majd átkapcsolva B anyaggal fejezi azt be, és az utónyomás során újra A anyaggal pecsételi le a szendvics szerkezetű terméket. 31