Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

3. fejezet - A MŰSZAKI CÉLÚ POLIMEREK TECHNOLÓGIAI CSOPORTOSÍTÁSA

3. fejezet - A MŰSZAKI CÉLÚ POLIMEREK TECHNOLÓGIAI CSOPORTOSÍTÁSA

A polimer alkatrészt megtervezni és alkalmazni hivatott mérnök számára az alkalmas alapanyag kiválasztásának súlya, fontossága nyilvánvaló. A terméktervező mérnök döntése az alapanyagról nyilvánvalóan összefügg

  • a termék fő céljával, az alapkoncepcióval,

  • a termék funkcionális követelményeivel (mechanikai, fizikai, kémiai, termikus, stb. igénybevételével),

  • árával, élettartamával, újrahasznosíthatóságával stb.

Sajnos, a piacgazdaságban sokszor megfordított a terméktervezés logikája: a legfontosabbá a legolcsóbb ár válik, akkor is, ha kevéssel költségesebb alapanyagból sokkal tartósabb terméket kaphatnánk. Az alapanyagár, mint rendező elv érvényesül – főleg a tengeren túl – a műanyagok hierarchiáját bemutató 3.1 ábrán.

Ez a táblázat azt is bemutatja, hogy a növekvő árral általában magasabb minőséget is kapunk, főleg a hőállóság tekintetében. A szilárdság, amely elsősorban a hajlító¬szilárd¬ságban és még inkább a moduluszban testesül meg a vevő számára, ellent-mondásos követelmény. A magas hajlítómodulusz (amely szilárd, tartós anyag érzetét kelti a vevőben) a legtöbbször fordítva arányos az ütő-hajlító szilárdsággal, a szívóssággal.

Nyilvánvalóan sok más csoportosításban is áttekinthetjük a legfontosabb műszaki célú polimereket. Csoportosíthatjuk ezeket a szerkezet, vagy akár a felhasználási területek alapján is. Csoportosíthatjuk kémiai láncszerkezetük alapján:

  • szénvázas, a polimer láncban csak szenet tartalmazó és

  • heteroláncú, a láncban egyéb atomot is (oxigént, nitrogént, ként stb.) tartalmazó polimerekre.

Könyvünkben a technológia, a feldolgozástechnika szempontjait helyezzük előtérbe. Osztályozásunk alapja tehát a képlékeny (plasztikus) alakíthatóság, így csoportjaink:

  • hőre lágyuló polimerek, ezen belül

    • kristályos hőre lágyulók: LDPE, HDPE, LLDPE, PP, PA, POM, PET

    • amorf hőre lágyulók lPVC, kPVC, PS, SAN, ABS, PMMA, PC és

  • hőre nem lágyuló (térhálós) polimerek:

    • ritka térhálós elasztomerek: NR, SR, PUR,

    • sűrű térhálós duromerek

    • PF, UF, MF, UP, EP

(A jórészt közismert rövidítések értelmezését a Függelékben találhatjuk meg.)

A műanyagok hierarchiája

3.1 ábra: A műanyagok hierarchiája; * hornyolt Charpy (DIN 53453); ** HDT (Heat Distortion Temperature, terhelés alatti lehajlás hőmérséklete); 1,85 MPa terhelésnél (ASTM D 256); n.t.: nem törik

3.1 Hőre lágyuló és térhálós polimerek

A két fő csoport élesen elválik a feldolgozási technológiák tekintetében. Míg a hőre lágyulók feldolgozása egyszerű képlékeny alakítás (fröccsöntés, extruzió, kalanderezés, melegen /vákuummal/- formázás stb.) – addig a hőre nem lágyulók feldolgozása reaktív technológia, ahol rendszerint magában a szerszámban, a feldolgozás során alakítjuk ki, visszafordíthatatlan kémiai reakcióban a kívánt sűrűségű térhálót.

A hőre lágyulók kiemelését az is indokolja, hogy ez a csoport adja a szintetikus polimerek legsikeresebb, legnagyobb volumenben gyártott hányadát, a 20. század második felének forradalmian új anyagait. A manapság gyártott polimerek 85–90 %-a hőre lágyuló.

A hőre nem lágyuló, térhálós polimerek között viszont ott vannak a legsikeresebbek, a fejlett technikát szolgáló ún. „high-tech” alkalmazásokban

  • kiváló szilárdságuk

  • kiemelt hőállóságuk, ill.

  • a kúszás- és feszültségrelaxáció lecsökkentésében mutatott

műszaki előnyeik miatt. Nem véletlenül, itt találjuk a legjobb mátrix anyagokat a nagyszilárdságú kompozitokhoz is.

Hogyan tájékozódhat a tervezőmérnök a polimer anyagok kiválasztása során? A kereskedelmi márkanevekből, mint pl. ARALDIT, KEVLAR, NYLON manapság 4–5000-et találhatunk a megfelelő adatbázisokban, s ezek ráadásul nem is mindig árulják el a pontos anyagszerkezetet. S ha tudjuk is pl. hogy epoxigyantáról van szó ( pl. az ARALDIT esetében), az megint csak a legalapvetőbb kémiai szerkezet tekintetében is több tucat változatot jelenthet. S ha már az adott márkanév mögött a szerkezet is tisztázott, az adott terméktípusból is tucatnyi változatot ajánl az adott cég aszerint, hogy az anyagot milyen feldolgozási technológiára szánjuk. Más és más móltömegű, sőt móltömeg-eloszlású polimert kell választanunk a sajtoláshoz, az extrúzióhoz, a fröccsöntéshez, a szálképzéshez stb. És akkor még nem is említettük a különféleképp adalékolt, stabilizált, töltött és szálerősített változatokat. A 21. század elejének globális, nyitott gazdaságában – amelyben a műanyag alapanyag vámmentes szabad termék hazánkban is – több mint tízezer polimer anyagtípusból kell a tervezőmérnöknek az optimumot kiválasztania.

Mindehhez természetesen ma már jól hozzáférhető számítógépes adatbázisok állnak rendelkezésre. A leghasználatosabbak:

  • CAMPUS (Computer Assisted Materials Pre-selection by Universal Standards),

  • RAPRA (Rubber and Plastics Research Association),

  • CHEMPLAS (Materials Database for Chemicals and Plastics) stb.

Ezek ma már több ezer polimeranyagra kínálnak nemcsak

  • adatokat a legfontosabb mechanikai, fizikai, kémiai, termikus, villamos stb. tulajdonságokról, hanem

  • függvényeket, görbéket, sőt többdimenziós felületeket, mátrixokat is.

Az utóbbi megközelítés igen fontos: „nicht Kennwerte, sondern Kennfunktionen!” = ne pontszerű adatokat, hanem ezek függését keressük a legfontosabb paraméterek: pl. a hőmérséklet és idő függvényében, – s ezekkel gazdálkodjunk, ezekkel tervezzünk. A baj csak az, hogy a funkcionális követelmények pl.: merevség és egyidejűleg szívósság (rugalmassági modulusz ↔ ütésállóság) gyakran egymásnak ellentmondóak. A kompromisszumot, az optimumot nem a számítógép keresi meg, – azt a tervezőmérnöknek kell megtalálnia.