Polimertechnika Polimer feldolgozás Alpár Tibor L.
Szakirodalom Czvikovszky T., Nagy P., Gaál J.: A polimertechnika alapjai Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000. Bodor G.; Vas L. M.: Polimer anyagszerkezettan Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2000. Schwarz O., Ebeling F.-W., Furth: Kunststoffverarbeitung Vogel Verlag, 2009
Technikák Előkészítés gépei Száraz keverés Ömledék keverés Granulálás Gyártás Kalanderezés Extrúzió Fröccsöntés Különleges technológiák
Előkészítés I. Keverés
Keverés Szinte minden termék alapanyaga összetett keverékből áll. Pl. PVC cső 6-8-féle adalék. Adalékok: védő adalékok - valamilyen hatás ellen funkcionális adalékok - valamilyen tulajdonság növelése miatt
Védőadalékok antioxidánsok - oxidáció ellen tűzvédő adalékok biostabilizátorok stb. stabilizátorok - öregedés ellen antisztatikumok - feltöltődés ellen
Funkcionális adalékok lágyítók csúsztatók ütésállóságot javítók erősítő szálak habosítók térhálósodást indítók kristályosodást indítók színezékek, stb.
Alapanyagok A polimerek általában: granulátum, por. Adalékok lehetnek: granulátum, por, folyadék, paszta.
Keverési technológiák száraz keverés (dry blend) poroknál ezt követően közvetlen adagolás a feldolgozógépbe ömledék keverés, magasabb hőmérsékleten feldolgozógépbe adagolás előtt granulálás, szemcsézés granulátum szárítása
Keverési módok Diszperzív keverés kohézív, összetartó komponensek méretcsökkenésével együtt járó intenzív keverés - pl. összetapadt festékpor keverése polimer porba fluid mixerrel, Disztributív keverés eloszlató, méretcsökkenéssel nem járó, extenzív keverés - pl. ömledék polimerek keverése ikercsigás extruderben
Diszperzív vs. disztributív keverés méret csökkenés!!!!!!! eloszlatás és eloszlatás
Keverékek Kompaund (compound): adott célra összeállított keverék (polimerek + adalékok) Blend: polimer-polimer keverékek, amelyek homo- vagy kopolimerként viselkednek - termodinamikailag kompatibilisek Ötvözet (alloy): termodinamikailag összeférhetetlen polimereknél kompatibilizáló adalékokkal - nagyon intenzív keverési megoldásokkal
Száraz keverés
Száraz keverés Porok, granulátumok keverhetők gravitációs úton vagy keverő hatású gépelemekkel, mesterkeverékek (masterbatch) készítéséhez Porkeverők alaptípusai: szabadesés elvű buktatott hordó, eltolás elvű keverők, forgatott lapát forgatott edényben, eltolás és repítés elvű fekvő hengerek, örvénykeverő (nagy sebességű centrifugális)
Buktatott hordó
Eltolás elvű keverő Jellemző fordulatszám: 0,1-1 m/s
Eltolás-repítés
Nagy sebességű Kever berendezések 5 Száraz keverékek kever berendezései Fluid-ágyas örvénykever Porok fluidizációs keverése: akár 4000 ford./min 5-10 min alatt 100 C szakaszos csatlakozó hűtőkeverő/aprító
Silós keverők Gravitációs siló Kever berendezések 4 Pneumatikus Száraz keverékek kever keverő berendezései siló Vándorcsigás siló Függőleges csigás siló 4
Függőleges csigás keverő A keverendő anyagok mérete és sűrűsége közel azonos legyen.
Kúpos keverők Vándorcsigás High shear
Ömledék keverés
Ömledék keverés Polimerek és adalékaik megfelelő, homogén keverése csak ömledék állapotban lehetséges. A keverő lehet: szakaszos - Banbury keverő - gumiipar folyamatos - extruder (nem csak keverő, hanem önálló feldolgozógépek is!): egycsigás ikercsigás bolygócsigás
Szakaszos ömledék keverés
Hengerszék Gumiipar, gumiabroncs gyártás Fő gépe a hengerszék: keverék hőmérséklete: 100-120 C keverés ideje ~1 óra két közeli, de nem érintkező fűtött henger egymással szembe forog eltérő (10%) fordulatszámmal. Ebből fejlődött ki a kalanderezés technológiája.
Hengerszék és zárt 1: hengerpalást 2: kéregöntvény 3: a hűtővíz furatai 4: forgó szakáll 5: keverékpalást 1: felső kapu (bélyeg) 2: kamrafal 3: keverőkamra 4: rotor 5: hűtővízcső 6: alsó kapu
Banbury keverő Belső keverés, két, egymással szembe forgó fűtött, bütykös hengerrel 8-as keresztmetszetű házban. Fordulatszám alacsony: 1 ford./ min A keverés tulajdonképpen dagasztás (kneader). Működése szakaszos.
Banbury keverő
Folyamatos ömledék keverés
Egycsigás extruder Az extrudercsiga határozott menetszárny szélességű csavarorsó, amely jól illesztett fűtött hengerben forog. A keverés jellegét meghatározza a menetemelkedés. Tipikus extrudercsiga: hossza 20-30 x átmérő egy fordulatra eső menetemelkedés = átmérő
Egycsigás extruder Nagy menetemelkedés: csak diszperzív Kever berendezések keverés (t > D) 7 Kis menetemelkedés: disztributív, alapos keverés (t D) Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruder
Kever berendezések Egycsigás extruder Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek Hatékonyság növelés csigaprofilokkal, amelyek az anyag-áramlást: lassítják, gyorsítják megtörik, turbulenssé teszik, szakaszosan visszafordítják. Csiga és hengervégen: üreges anyagátviteli kialakítás cavity transfer
Kétcsigás extruder Keverőhatás fokozása: kétcsigás (ikercsigás) extruderrel Fekvő 8-as alakú, fűtött házban: egymást nem érintő vagy egymásba hatoló menetszárnyakkal.
8 Kétcsigás extruder Lehet mindkét esetben: Folytonos ömledék kever berende azonos irányban forgatott (nagyobb nyíró igénybevétel) vagy egymással szemben forgatott (hatékonyabb anyagtovábbítás) csigákkal.
Kever berendezések Bolygócsigás extruder 9 Folytonos ömledék kever berendezések 4 Bolygócsigá a. főcsiga b. bolygócsigák c. fűtött ház d. beadagolás
Bolygócsigás extruder További hatékonyság növelés. Központi csiga körül további kisebb csigák. A kis csigák központival kényszerkapcsolatban forognak. A kis csigák kényszerkapcsolatban vannak a fűtött házzal is. Kis csigák közti térben a legnagyobb a nyírás.
Ko-knéter Csiga, amely nem csak forog, hanem tengelyirányú oszcilláló mozgást is végez. Menetszárnyai 120 onként megszakítottak, hogy kikerüljék a henger keverő fogait. Igen hatékony ömledékkeverés.
Előkészítés II. Granulálás, szárítás
Granulálás A 2-3 mm átmérőjű extrudált szálakat vízfürdőn átvezetve hűtik (szilárdítják), majd szemben forgó késes hengerrel aprítják. A granulátumot szárítani kell a tovább feldolgozás előtt.
Granulálók Hideg (szál) granulálás Meleg (die face) granulálás
Aprítás Jellegzetesen az újrahasznosítás gépei. Alacsony fordulatszám. Kemény anyagok őrlése nagy kés szám, plasztikus anyagok őrlése 3-6 kés.
documentation Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application REV-function: Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kw motor option) Options PLC-intelligent operation PLC provides a number 515 of benefits; Integrated IMD function 640 Integrated REV function Records all stops/blockings during operation for evaluation and documentation 100-46 Twin Integrated hour counter for frequently planned service intervals. Different programs for masher and cutter to tailor the operation for a specific application REV-function: Reverse the rotor if the machine gets over fed and on a time set basis with e.g. thick walled material. (only with 2.2 kw motor option) 240 915 Aprítás 515 640 100-46 Twin 1365 Model A B C D 100-22 220 410 945 1710 100-34 340 520 1065 1830 100-46 460 645 1185 1950 500 2100 500 IMD Integrated Metal Detection Integrated safety against metal The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool. IMD Integrated Metal Detection Integrated safety against metal The IMD stops the granulator when it gets activated by any metal and minimizes 1100 150 the risk of damaging the machine itself. As the machine stops the granulator it also minimizes the risk of metal to reach the injection moulding screw as well as the tool. 610 1330 1100 150 1450 1330 1450 2100 610 825 825
Osztályozás Rázó szitás osztályozók Görgős osztályozók
Rázószita
Rázószita
Görgős osztályozás
Szárítás Gyakran a fröccsgép adagolója egyben szárító is. A higroszkópos műanyagokat (PA, PET, PC, PBT) jelentős nedvességfelvétele miatt, különösen fröccsöntés előtt szárítani kell. A nem higroszkópos anyagokat is szárítani kell, ha pl. a felületükön pára csapódik le. Műanyagipari szárítók: meleg-levegős szárítók, száraz levegős szárítók.
Szárítás Meleg levegős szárító fröccsgép adagolóhoz
Szárítás 3 Száraz-levegős szárító 1. fűtött anyagtartály 2. anyagszállító 3. harmatpont érzékelő 4. záró szelep 5. fűtés 6. levegőszűrő 7. ventilátor 8. váltó 9. aktív abszorpciós tartály 10. regenerálás alatti abszorpciós tartály 11. regeneráló szakasz ventilátora 12. mikroszűrő 13. fűtés 14. nedves levegő kifúvása
Adagolók 17 Adagoló berendezések Adagoló tartály kialakítása, pr Jellegzetesen kúpos tartályok Problémáik: beboltozódás, patkánylyuk kialakulása. Elkerülésük bolygató vagy vibrációs berendezésekkel. Problémák:
Adagolók Anyagszállítási szempontból lehetnek: egy vagy két csigás, forgólapátos, egyéb (rezgő, szállítószalagos, forgóasztalos).
Adagolók Anyagmennyiség kontrollálása szerint: volumetrikus (térfogat szerint), gravimetrikus (tömeg szerint).
Keverő-adagolók
Polimerfeldolgozás
Technológiák Eljárás Jellege Nyírósebesség [1/sec] Viszkozitás [Pa.s] Átl. móltömeg [g/mol] Folyási mutatósz. [g/10 min] Sajtolás szakaszos 10 10 000 > 10 6 0,5 Kalanderezés folyamatos 102 1 000 10 5 1 Extruzió folyamatos 10 3-10 4 100 10 5 5 Fröccsöntés szakaszos 10 4-10 6 100 10 4 10 Szálgyártás folyamatos > 10 6 10 10 3 50
Feldolgozás Extruzió Fröccsöntés Polimer T [ C] P [MPa] T [ C] P [MPa] LDPE (kis sűrűségű polietilén) 125-135 10-40 134-145 20-50 HDPE (nagy sűrűségű polietilén) 140-170 10-40 200-260 60-120 PP (polipropilén) 185-240 15-40 200-280 80-150 PS (polisztirén) 170-200 15-20 160-240 60-150 lpvc (lágy polivinil-klorid) 155-160 10-20 160-170 80-100 kpvc (kemény polivinil-klorid) 160-180 10-20 170-180 100-150 ABS (akrilnitril-butacién-sztirol kopolimer) 180-200 15-25 180-220 80-120 PA (poliamid /nylon/) 250-300 15-25 260-320 70-100 PMMA (poli(metakrilát)) 160-180 5-10 180-240 50-100 POM (polioximetilén) 180-200 5-10 180-230 80-140 CA (cellulóz-acetát) 190-210 15-25 170-210 100-140 PC (polikarbonát) 250-300 15-25 270-350 100-140 PTFE (politetraflouretilén) por szinterezés (ömlesztés) 370-400 C
Recycling A hőre lágyuló műanyag termékek gyártása hulladékmentes technológiájú, mivel plasztikus alakadású, és a keletkező selejt aprítás után ismét feldolgozható. A hőre lágyuló műanyag termékek elhasználódás után újra feldolgozhatók.
Gyártás I. Kalanderezés
Kalanderezés anyagai Alapanyag: amorf, hőérzékeny, termoplasztikus polimerek, amelyek olvadási hőmérséklet tartománya széles: kemény és lágy PVC, PVC kopolimerek, ütésálló polisztirol, ABS, cellulóz észterek. Egymással szemben forgó fűtött hengerek között. 30-800 μm vastagságú, akár 4 m széles lemezt, fóliát vagy hordozóra polimer bevonat készíthető. Gyártási sebesség akár 100 m/min is lehet.
(textil) polimer bevonatot készítünk, nagy sebességgel (akár 100 m/perc). Alapanyaga Kalander jellemz en amorf h re lágyuló (PVC, elrendezés PS, ABS) polimer. Kalander hengerek elrendezése: WIY WLY WFY WZY 3-4-5 henger. I-típus: ritka a nehézkes betáplálás miatt. L-típus: előnye, hogy a betáplálás alul, az első fokozatban történik - kemény PVC. F-típus: lágy PVC, mert az L-nél a fóliára lágyító gőzök csapódhatnak le. Z- típus: szövet vagy más hordozó bevonásához. 2
Kalander Párhuzamos tengelyű hengerek stabil vázban. Hengertávolság precíziós állítása. Hengerek fűtése egyik végről, meghajtása másik végen.
Kalander Minden henger külön, fordulatszám szabályzású, egyenáramú motorral hajtott. Átmérő: 600-800 mm Szélesség: 2-4 m
Kalanderhengerek Hengereknek ellen kell állniuk a résben fellépő nagy erőknek: hajlítás, torzió, nyomás. Ezért: nagy átmérő, kemény (500-550 HB), kopásálló felület, rendszerint köszörülve (0,1 μm érdesség) vagy polírozva (0,01 μm érdesség). Korrózió ellen keménykrómozás (PVC esetén).
3 Kalanderhengerek Kalanderezés Hengerek között nagy nyomás kihajlás lép fel. Kalanderhengerek: 600/800 Kompenzálásuk: mm átmér j 2/4 m széles F t közeg be- és elvezetés profilköszörülés (bombírozás), Mindegyikben fokozatmentes fordulatszám állítás henger tengelyének szögelállítása, Nagy kopásállóságú (500-550 HB) felület (köszörült vagy polírozott) visszahajlítás ellennyomatékkal. Nagy er k lépnekfelahengerekközött:kompenzálnikell! között: kompenzálni kell!
Kalanderhengerek Szögállítás: utolsó előtti henger tengelyének befogása elfordítható - elfordítással nő a széleken a rés, kompenzálja a kihajlást. Ellenhajlítás: utolsó henger tengelyét hidraulikusan deformálják. Ezek nem elegendők - utolsó két hengert melegen méretre köszörülik (hordó alakúra). Így 5 μm pontosság érhető el.
4 Kalanderezés Kalandersor: Kalanderezés 4 Kalanderezés Kalandersor: Kalandersor és szálképződés Szakállképz dés a hengerek között A polimer a mattabb, melegebb, nagyobb kerületi sebességű hengerre tapad. Szakállképz dés a hengerek között A polimer a mattabb, melegebb, nagyobb kerületi sebesség hengerre tapad.
Gyártás II. Extrúzió
Extrúzió A polimerfeldolgozás lefontosabb, leghatékonyabb technológiája, ahol: képlékeny állapotba hozza, majd a viszkózus ömledéket homogenizálja, ae. legázosítja, majd komprimálja, változatlan keresztmetszetű szerszámon keresztülsajtolja, utána lehűtik, és így állandó keresztmetszetű, folyamatos terméket gyárt. Hulladékmentes technológia.
Fólia Lemez Szál Extrúzió termékei
Extrúzió termékei Cső Többszörösen összetett üreges termék (ablakprofil)
Felépítés 1. Csiga 2. Plasztifikáló henger 3. Adagoló 4. Hajtó motor 5. Hajtás 6. Fűtőszálak 7. Hőmérséklet érzékelő 8. Nyomásmérő 9. Törőtárcsa 10.Nyomásszabályzó szelep
Csiga zónák Csigazóna etető v. behúzó kompressziós homogenizáló, kiszállító Funkciók polimer granulátum betáplálása, ömlesztés kezdete ömlesztés folytatása, befejezése, sűrítés, homogenizálás homogenizálás befejezése, kisajtolás megemelt nyomáson
Extrudercsiga menetes orsó, ritka vágású, nagy menetemelkedés (t D), hengerben laza illesztéssel (rés = 0,005 D), több szakaszú temperálás (villamos fűtés, és levegő/folyadék hűtés)
Plasztifikáló egység 7 Kompresszió Kompresszió = menetárok térfogatának csökkentése: mag átmérőjének növelése (magprogresszív), menetemelkedés szögének csökkentése (szögdegresszív), Plasztifikáló egység = csiga + henger Extrúdercsiga részei: Kompresszió elérhet (=menetárok térfogatának csökke Mag átmér jének növekedésével (magprogresszív, ábra) menetszárny szélesség-növekedéssel Menetemelkedés szögének csökkenésével é (szögdegresszív) Menetszárny szélesség-növekedéssel
Csiga keverőelemek Plasztifikáló egység 9 Csiga kever elemei: 9
I. 3 zónás csiga Csiga kialakítások II. magprogresszív csiga 1. behúzó zónában egy-, majd kétmenetes 2. egymenetes, csökkenő menetemelkedésű de konstans menetmélységű 3. egymenetű, rövid kompressziójú 4. egymenetes legázosítós csiga 5. ömledékzónában kétmenetű
Csiga jellemzői L: csiga hossza L 1: behózó zóna hossza L 2: kompressziós z. hossza L 3: kitoló z. hossza D: csiga átmérő h 2: menetárok mélység 2. t: menetemelkedés e: menetszárny szélessége b: menetszárny távolság φ: menetszárny szöge
Különleges csigák, extruderek
ikercsigás oldaladagolóval, ató. Ebben az esetben egy ssal, valamint a szükséges a. Az extruder több ilyen Csiga kialakítások az oldaladagoló egységek en. Az oldaladagolónak a etsz legesen változtatható igás el toló egységb l áll, Gáztalanító csiga: iépítésben rendelkezik h t a magas hőmérséklet mellett nedvesség és egyéb VOC gázok távozása miatt, sdamentes acélból készült volumetrikus goló csiga felett elhelyezked kever lapátból áll. A rendelhet. A csigát változtatható fordulatszámú k teljesítménye 0,3 kw. A fordulatszám vezérlése a séggel lehetséges. Amint a jobboldali ábrán látható, a nek köszönhet en az adagológaratból könnyen a gáztalanító szakaszon vákuumos legázosító (eltömődhet), ikercsigás oldaladagoló. tésben 1 db gáztalanító zónával rendelkezik, mely a nyal rendelkez változat standard kialakításban még us gáztalanító zónával átalakítható vákuumos Így lehetséges mindkét talanítást végezni. zer egy rozsdamentes csonkot tartalmaz, amely an ellátva (lsd. bal oldali r nyitható fed vel, egy l és nyomás-mér vel van gység háza egy gyantaely megakadályozza, hogy a gázelszívás során ek eltömítsék a vákuumpumpa cs vezetékeit. (lsd.
Csiga kialakítások Kever berendezések 7 Különleges kiszállítószakaszú csigák (homogenizáló): Folytonos ömledék kever berendezések 4 Egycsigás extruderek nem maradhatnak szilárd, fel nem olvadt részek, homogenitást növelő kialakítások a csigák kiszállító szakaszában.
Csiga kialakítások Ömledék szétválasztó (Maillefer-) csiga: ömlesztő zónában szétválasztja az ömledéket és a granulátumot - növelhető a plasztifikáló teljesítmény. Ömlesztő zónában második (elválasztó) menet: a zóna végére utoléri azt. menetemelkedése nagyobb, mint a főmeneté, A kialakított hézagon csak az ömledék jut át. a. kis térfogatú horony ömledékhez, b. mélyebb a granulátum ömlesztéshez.
Csiga kialakítások Moduláris csiga: rendkívül flexibilis, számos anyag feldolgozását teszi lehetővé: rövidebb, hosszabb kompressziójú, dekompressziós, különféle nyíró-, keverő, különböző menetprofilú szakaszok. Moduláris csigaház: könnyen szerelhető, cserélhető, változatos összeállítás (pl. oldaladagolók, legázosítók) követ en 60 HRC fölött van. Ez h mérséklet-tartományig használha A kü V m va A K cs és A teljes ikerfészkes kialakítású kivitelben készül és a rögzít csa kinyitható. Ez a konstrukció könny és a házhoz, mely egyszer síti a tis a csigaház-betétek cseréjét, v kompaundálási-karakterisztika szem
Kétcsigás extruder 10 Keverési hatásfok, szállítóteljesítmény növelése PVC egység porkeverékek, fa-műanyag Plasztifikáló egység Csigakialakítások kompozitok gyártása Egycsigás g kialakítás Kétcsigás (ikercsigás) kialakítás Ellentétes irányban Gáztalanító extrúdercsiga Azonos irányban
Kétcsigás extruder a. együtt forgó, egymásba hatoló, b. szemben forgó, egymásba hatoló c. szemben forgó, nemegymásba hatoló d. változó menetszárnyak d
Kétcsigás extruder Ellenkező irányban forgó csigák: alacsonyabb nyíróhatás Azonos irányban forgó csigák: nagyobb nyírás, alaposabb keverés egyszerűbb hajtás (egy hajtás + fogaskerék)
Kétcsigás extruder Csigák illesztése igen szoros. Minél mélyebben nyúlnak egymásba, annál kevesebb anyag juthat át a résen. Az át nem jutott hányad a C alakú részben a csúcs felé kényszerül - kényszeráramlás: kíméletes plasztifikálás, rossz keverés - ezért gyúrótárcsákat iktatnak közbe.
Kétcsigás extruder Az ikercsigás extruderekben igen nagy a nyomás, ezért: az egycsigásokénál lényegesen nagyobb a szállítóteljesítményük (alkalmasak pl. nagy átmérőjű csövek gyártására), a nagy igénybevétel miatt a tengely elvékonyítása helyett a kompressziót az alacsonyabb menetemelkedési szöggel vagy a szélesedő fejszalaggal lehet biztosítani.
Kúpos csiga Szintén a kompresszió növelését szolgálja. Jellegzetesen a szálerősített polimer kompozitok gyártásánál alkalmazzák (pl. WPC)
Gyártás III. Fröccsöntés
Fröccsöntés Tetszőleges alakú 3D termékek, alkatrészek gyártása zárt szerszámban, nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével, szakaszosan. Hulladékmentes technológia.
Szerszámkitöltés Kis ömledékviszkozitás oka, hogy az összetett szerszámteret gyorsan és teljesen kitöltse. Kitöltési idő: max. néhány másodperc. Gyártható termék méretei a gép függvényében, akár 50 mg... 50 kg Anyagok: termoplasztikus polimerek, duromerek, elasztomerek.
Anyagok Hőre lágyulók: PE, PP, PS, PVC, PMMA, ABS, POM, stb. Duromerek: fenoplasztok, aminoplasztok, melamin-epoxi kombináció, stb. Elasztomerek: gumik
Termék létrejötte Hőre lágyulók: ömledék fröccsöntés - szerszámban lehűl Duroplasztok és elasztomerek: reaktív fröccsöntés (RIM) kiinduló anyagok: prepolimerek (pl. szilikon és PU esetén két folyadékból) a térhálósodás magában a fröccsszerszámban relatív kis nyomáson
Alapelve 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 alakul ki a tetszőlegesen bonyolult formájú (3D) alkatrész, gyakorlatilag hulladékmentes, képlékeny alakítással, nagy méretpontossággal.
Fröccsgép felépítése Szerszám záró egység Szerszám Adagoló Szerszám felfogó Vezérlés Fröccsaggregát
Fröccsöntő gép A csigadugattyús fröccsöntő gép két fő egysége: a hidraulikus záróegység, és a csigás fröccsöntő egység.
Szerszám záró egység Az ömledék igen nagy nyomása nagy felületen érvényesül, így az osztott szerszám részeit összetartó Fröccs ccsönt szerszámz erő, amelynek 15-20%-kal meg kell haladnia a szerszámüregben kialakuló erőt, már közepes gépeken is meghaladja a 100 t (10 6 N) záróerőt. nt gép p részei r 0 mzáró egység A szerszámzáró egység egy álló és egy mozgó szerszám felfog (függ leges) lapot tartalmaz, ez utóbbit tipikusan 4 vaskos vízsz vezet oszlop vezeti. Egyes gépeken a szerszámzárás egy nyitott, f alakú keretben történik. A szerszám záró egység mozgatását hidra vagy (könyökemel s) mechanikus rendszer biztosítja.
Szerszám záró egység Álló és mozgó szerszám felfogó lapból áll. A mozgót 4 robusztus vezető oszlop vezeti. Ezt a gép ciklusonként zárja, majd annak végén nyitja.
Mechanikus Zárás Z zárás 16
Arburg K záró egység ARBURG ARBURG K záróegység ARBURG K záróegység 17
Hidraulikus zárás Zárás Z 19
Arburg C záró egység
Fröccsöntő egység A fröccsöntő egység a hengerrel a csigadugattyúval és tartozékaival szintén elmozdul minden ciklusban: csatlakozás után rázár a szerszámra, majd a befröccs után elszakad tőle. Zárás oka: megfelelő ömledéknyomás átadás. Eltávolodás oka: a fröccsegység csúcsa fűtött, a szerszám hűtött.
Csiga Hasonló az extruder csigához, de ez tengelyirányú (dugattyú-szerű, hátrafelé irányuló) mozgásra is alkalmas. A visszahúzódó dugattyúmozgás közben a csiga megömleszti és maga elé tolja a polimert. Így nagy nyomás, nagy gyártási sebesség, nagy hatékonyság, nagyfokú automatizáltság valósul meg.
Csiga Jellemző méretek: L/D: 20 (18-25) átmérő: 20-200 mm fordulatszáma: 100-250 1/min
Keverőelemek Adalékok, főleg színező anyagok elkeverésére szolgálnak. A keverés lehet: diszperzív (részecskék méretének csökkentése) disztributív (részecskék egyenletes eloszlatása) A keverő mozgása szerint lehet: dinamikus (együtt forog a csigával és így kever), statikus (álló, zegzugos kialakításával az ömledéket folyamatos irányváltoztatásra kényszeríti)
Dinamikus keverőelemek 48 Fröccsegys ccsegység Dinamikus kever elemek, elemek, fejek Fröccsegys ccsegység Dinamikus kever elemek, elemek, fejek
Statikus keverőelemek Frö Fröccsegysé ccsegység Statikus kever elemek, fejek 50 Az anyag keveredése statikus kever ben Fröccsegység Statikus kever elemek, fejek Folyásnyomok A beömlés helye A kever elem alkalmazásának hatása (nem mindig ilyen egyértelm ) integrálható Kever fúvóka, (Forrás:Sulzer) Fúvókába statikus kever elem statikus keverés A kever beépítve a fúvókába A kever fúvóka felszerelve a fröccshengerre Forrás:Sulzer Chemtech
1. szerszám záródik Fröccs ciklus 2. fröccsaggregát rázár a szerszámra 3. befröccsöntés - a csiga dugattyúmozgásával, majd nyomásfokozás 4. hűtés, közben a csiga forgómozgással hátrafelé mozog és plasztifikál (megömleszti és maga elé tolja a következő adagot) 5. fröccsegység visszahúzódik, elszakad a szerszámtól 6. szerszám nyit, alkatrészt kidob
A fröccsöntés folyamata Zárás& Befröccs& Hűtés& Kidobás
Ciklusidő A mozgáselemek időszükségletét jól jellemzi példaként egy tipikus, igényes fröccstermék, egy PC (polikarbonát)-ból készült CD lemez fröccsöntésének részadatai: szerszámzárás, aggregát zárás $ $ $ $ 0,84 sec befröccsöntés $ $ $ $ $ $ $ $ $ 0,22 sec utónyomás $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 0,25 sec hűtés$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 2,22 sec szerszámnyitás (+ beömlőcsövek levágása)0,73 sec a kész CD kiemelése (robottal) $ $ $ $ 0,74 sec Összes ciklusidő:## # # # # # # 5,00 sec
Ciklusidő összetevői Szárazfutási idő gyártó adattáblázata (Euromap 6 szerint mérve, mindig egy előírt mozgási úton), a fröccsöntőgép műanyag nélkül végrehajtott ciklusideje, csak tisztán a gépmozgások. Befröccsöntési idő általában a csiga mozgási sebessége 100-180 mm/s. A gyártó adattáblázatában a fröccsöntési teljesítményt [cm 3 /s] és a csigaátmérőt találjuk [mm], az adagolási út ismeretében számítható a befröccsöntés ideje. Hűtési idő plasztikálási idő a fröccsöntőgépen a maradék hűlési időt állítjuk be, ami a tényleges hűlési idő és az utónyomási idő különbsége. A maradék hűlési időbe bele KELL férnie a plasztikálási időnek.
Ciklusidő összetevői Késztermék eltávolítási ideje szünetidőnek is nevezik, nagyságát úgy kell megválasztani, hogy a termék biztonsággal el tudja hagyni a szerszámot és ne záródjon a szerszámlapok közé. Tehát a kidobás és a termékkiesés vagy termékkivétel (kézzel vagy robottal) együttes ideje. Nagysága általában 0,3-1,0 másodperc között van. Mellékmozgások ideje ez alatt a szerszámmozgásokkal nem párhuzamosan lefutó magmozgásokat és a robotok különleges műveleteit pl. betétek behelyezése a szerszámba értjük. Előfordul, hogy nincsenek ilyen műveletek, ekkor nem számít bele a ciklusidőbe.
A kétkomponens fröccsöntés két alaptípusa Két(több)komponensű fröccsöntés A kétkomponensű fröccsöntés két alaptípusa: Kétkomponens fröccs ccsöntés 2F (két szín, egymás mellett), 2K (két komponens egymás alatt, szendvics-szerűen) 5
Fröccs sajtolás A fröccs-sajtolás során a fröccsöntőgépből érkező ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé (pl. a nagyfelület, körszimmetrikus nyitott szerszámba érkezik. A teljes kitöltéshez elégséges így jobban kézbentartható, polimer kevesebb anyagot ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Előnye: az utónyomás egyenletesebb (pl. a nagyfelületű, körszimmetrikus munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézbentartható, kevesebb belső feszültséget eredményez. A fröccs-sajtolás másik, 3 újabb 3 értelmezése szerint a fröccsönt gépb l érkez ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé nyitott szerszámba érkezik. A teljes kitöltéshez elégséges polimer anyagot ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Az így készült termék legnagyobb el nye a h re lágyulók esetén is jól érvényesül: az utónyomás egyenletesebb munkadarabon) és a termék zsugorodása bels feszültséghez vezet.
Polimer kompozitok
Mi a kompozit? A kompozitok olyan összetett anyagok, amelyek két vagy több különböző szerkezetű és makro-, mikro- vagy nanoméretekben elkülönülő anyagkombinációkból épülnek fel a hasznos tulajdonságok kiemelése és a káros tulajdonságok csökkentése céljából, mivel a kompozitok alapanyaga az erősítő fázis segítségével ér el jobb tulajdonságokat. Az alapanyagot mátrixnak, a többi elemet pedig második (vagy erősítő) fázis(ok)nak nevezzük.
Kompozit Tervezett tulajdonságú, többfázisú, összetett (több anyagból álló szerkezeti anyag), amely erősítőanyag(ok)ból és beágyazó anyagból (mátrix) áll. Rendszerint nagy szilárdságú és rugalmassági tényezőjű szálerősítő és kisebb szilárdságú. ám szívós mátrixból.
Szál erősítés Erősítőanyag jellemzően szálas anyag: Szálerősítés indokai: egy irányban jelentős szilárdság növekedés. méret-hatás, fajlagos felület növelése, hajlékonyság.
Méret-hatás Az erősítő anyag tönkremenetelét a szerkezeti hibahelyek indítják. Ha ezek számának valószínűsége egy vizsgált térfogatban adott, akkor a vizsgált térfogatú anyagból a leghatékonyabb erősítést akkor érjük el, ha a lehető legkisebb keresztmetszetű szálat képezzük belőle. Üveg- és szénszálak szilárdsága az átmérő csökkenésével nő!
Fajlagos felület A fajlagos felület növelése a kompozit tulajdonságait alapvetően befolyásoló határfelületen meghatározó jelentőségű. A rövid szálak l/d (karcsúság) aránya kiemelt jelentőségű.
Hajlékonyság A vékony szál, mint rúd merevségének reciproka, a hajlékonyság a szál átmérőjének 4-ik hatványával fordítottan arányos. A vékony üveg- vagy szénszálak hajlékonysága (szemben az üvegrúd/- pálca törékenységével) lehetővé teszi bonyolult térformájú idomok gyártását.
Erősítő szálak Üvegszál Szénszál (karbonszál) Aramid szál Polietilén szál Fémszálak (pl. acélsodrony abroncsban) Farost/cellulóz
Üvegszál Szilikát vegyület: SiO 2 + fémoxidok kovalens és ionos kötéssel - kvázi polimer. Az ömledékből 103 nagyságrendű elemi szálból álló köteg húzható. Elemi szálak átmérője ~10 μm. Felületkezelést igényel: feldolgozás alatti védelem (írezés) biztosítani kell a mátrixanyaggal való határfelületi kapcsolódást (pl. epoxivegyületekkel, szilánokkal)
Üvegszál
Karbonszál A legnagyobb szén-szén kötőerő a legnagyobb rendezettség mellett a gyémántban van. A szénszálakhoz a szén grafitos szerkezetét hasznosítjuk: a hatszögletű egységekből felépített lamellák síkjának irányában rendkívül magas szilárdság. Karbonszál átmérője: 7-8 μm Egy köteg 40 000 elemi szálat tartalmaz
Gyártása Alapanyaga (előterméke) többféle polimerszál lehet - ezt úgy kell elszenesíteni (karbonizálni majd grafitosítani), hogy közben ne égjen el és ne olvadjon meg, és kialakuljon a kívánt szénszerkezet. Jellegzetes alapanyagai: poliakrilnitrit (PAN) - Zoltek Zrt. Nyergesújfalu regenerált cellulóz (viszkóz) kátrány alapú szál.
Karbonszál
Aramid szál Aromás poliamid szálak nagyfokú orientáció (nyújtás) révén nyerik el nagy szilárdságukat. Para-kötéssel kapcsolódó aramidok: 3000 MPa feletti szakítószilárdság 60-120 GPa húzó modulus sűrűség: csak 1,44 g/cm3 pl. Kevlar, Twaron, Technora Meta- kötéssel kapcsolódó aramidok: pl. NOMEX szálakból epoxi vagy fenol kötőanyaggal papírvékony lemez készíthető - jellegzetesen méhsejtes felhasználás.
Kevlar
Polietilén szál Nagy molekulatömegű (106 Dalton - UHMWPE) géles oldatból nagymértékű orientáció (nyújtás) révén gyártják: HOPE (highly oriented polyethylene). Tömegre vonatkoztatott szilárdsága meghaladja az acélét. Hátránya: rossz hőállóság (140 C-on olvad) rossz ragaszthatóság, kötődés.
Farost/cellulóz Rövid szálak alkalmazása. Fa-műanyag kompozitok (WPC) Lebomló biopolimerek (PLA) Cellulóz Átlagos DP Természetes fa 8000 10000 Természetes gyapot 14000 15000 Poliózok 80 200 Technikai cellulózok 600 2000 Regenerált cellulózok 200 900
WPC
titanic.nyme.hu/~atibor/atl atibor@fmk.nyme.hu 20 532 1187