Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

8.8 Összetett extruziós technikák

8.8 Összetett extruziós technikák

Az extruzió mint polimerfeldolgozási technika jól illeszthető összetett, más feldolgozástechnikai alapelvet is alkalmazó rendszerekhez. Kiszolgálhat sajtológépet, kalandersort, palackfúvó gépet, és sok más feldolgozó gépet is, sőt: az extrudercsiga megjelenése a fröccsöntőgépben a 20. század második felében a fröccstechnikát is forradalmasította (ahogyan azt a következő, 9. fejezetben látni fogjuk). Az összetett alkalmazások sokoldalúságára itt még két példát szeretnénk adni: a szinterezéssel kapcsolt extruzió és a ko-extruzió példáját.

8.8.1 Extruziós szinterezés

Már megismertük, hogy egyes „hőre lágyuló”, tehát nem térhálós polimerek különleges szerkezetük, vagy igen nagy móltömegük miatt nem dolgozhatók fel a hőre lágyulók leggyakoribb feldolgozási technikáival, az extruzióval és a fröccsöntéssel. Így viselkedik a PVC is (adalékok nélkül), ilyen a természetes eredetű cellulóz, de bizonyos mértékig még az acetilcellulóz is, és van két polimer család, amely értékes használati tulajdonságai miatt különösen sok feldolgozástechnikai gondot okoz: a fluorpolimerek (PTFE, „Teflon” és társai) és a különlegesen nagy móltömegű PE (UHMWPE, ultra-high molecular weight polyethylene).

A 8.38 ábra bemutatja a PTFE csövek és rudak előállítására szolgáló dugattyús extrudert (ram-extruder, Kolben-extruder). Ez a függőleges rúdsajtoló-gép tehát porból (nem granulátumból) indul ki, és a porzsugorítás (szinterezés, porkohászat) elvén alapszik. A porrészecskék egyesítése alkalmas formájú tömbbé nagy nyomás és magas hőmérséklet egyidejű alkalmazásával történik. Így készülnek a henger alakú PTFE tömbök is, amelyekből azután a vékony szigetelő vagy tömítőfóliát mechanikus úton: forgácsolás elvén alapuló késes hámozással készítik. Az eljárás lassú, költséges, és gyakran szakaszos elvű. Ugyancsak ezzel a módszerrel dolgozzák fel a 106 Dalton-t is elérő móltömegű UHMWPE port is, hogy azután a kapott tömbökből, pl. kitűnő csípőprotézist (gömbcsuklót, vagy inkább annak ellendarabját) forgácsoljanak.

A dugattyús szinterező extruderbe az a) adagoló tölcséren beadagolt poralakú polimert az e) sajtoló bélyeg ismételten (intermittens mozgással) összetömöríti, s így az f) tüske és a g) fűtött szinterező extruder cső közé préseli. A szükséges nyomást tulajdonképpen a polimer alapanyag és az f) ill. g) elemek közötti nagy súrlódás biztosítja. A PTFE csövet szinterező ilyen extruderben a polimerre ható nyomás 50 és 500 bar közötti értéket is elérhet.

Dugattyús extruder PTFE csövek előállításához

8.38 ábra: Dugattyús extruder PTFE csövek előállításához [8.8] a) adagolótölcsér, b) adagolócsatorna, c) körben forgó elosztótányér, d) töltő-tölcsér, e) sajtoló bélyeg, f) tüske, g) a külső átmérőt biztosító extrudercső, h) fűtés, i) az extrudált késztermék (cső)

8.8.2 Koextruzió

Az extruzió mint rugalmas gyártási rendszer kitűnő lehetőséget ad arra, hogy a gyártott termékben többféle polimer egymást kiegészítő tulajdonságait megjelenítsük, érvényre juttassuk, anélkül, hogy az anyagáramokat összekevernénk. Jó példa erre a többrétegű csomagolófóliák extruziója (8.39 ábra).

A koextrudált tömlőfólia szerszám alapelve

8.39 ábra: A koextrudált tömlőfólia szerszám alapelve

A koextruzió során tehát több extruder anyagáramát egyesítjük egyetlen szerszámban. Így készíthetünk többrétegű csövet, lemezt, síkfóliát, sőt akár tömítőprofilokat is magukban foglaló, sok üreges ablakprofilt, szegélylécet, autóipari alkatrészeket és sok más terméket.

A koextruzió kitűnő lehetőséget ad arra, hogy a különféle hőre lágyuló polimerek eltérő gáz- gőz- és aromaáteresztő képességét („barrier” = áteresztést gátló) tulajdonságait a korszerű csomagolási rendszerekben érvényre juttassuk. A 8.39 ábrán megjelenő, körgyűrű jellegű tömlőszerszám-keresztmetszet, ötrétegű fúvott fóliák gyártására szolgál, négyféle anyagból, négy független extrudert használva.

A középső réteg ezekben az összesen 0,1 mm vastag fóliákban (pl. fűszerek, sajtok, felvágottak automatikus csomagológépeihez) rendszerint kitűnő aromazáró, de nedvességre érzékeny PA (a legsötétebb réteg a 8.39 ábrán). A külső (és belső) rétegek (az adott esetben kétféle) poliolefinből készülnek. A fólia hegeszthetőségét és a vízgőz-zárást a PE biztosítja. A három fő réteg között azonban különleges tapadásközvetítő (Haftvermittler, adhesion promoter) rétegekre van szükség, mivel a PE és PA nem tapad jól egymáshoz. Ez rendszerint ionomer réteg: akrilsavval módosított poliolefin, amelynek szabad savcsoportjait sóvá alakították. Így alakul ki az ötrétegű csomagolófólia.

Négyrétegű ko-extrudált lemez szélesrésű szerszámának keresztmetszete

8.40 ábra: Négyrétegű ko-extrudált lemez szélesrésű szerszámának keresztmetszete. A szerszám négy fő elosztócsatornájának a lemezsíkra merőleges metszete látható. [8.9]

Hasonló alapelvű a síkfólia gyártásban alkalmazott koextruzió is (8.41 ábra). A síkfóliák vagy lemezek koextruziójának is legköltségesebb eleme a szerszám és a hozzá tartozó anyagáram-elosztó közdarab (adapter), amely az eltérő reológiai tulajdonságú anyagáramok elosztását, majd a szerszámból való kilépés előtti egyesítését kell, hogy biztosítsa, kiegyenlített termékminőség mellett.

Többrétegű síkfóliák koextruziója

8.41 ábra: Többrétegű síkfóliák koextruziója (oldal-és felülnézet) [8.8] a) extruder b) adapter, c) közdarab, d) szerszám, e) simítóhenger-hűtőhengerpár, f) vastagságmérés, g) hűtőhenger, h) vágókés, i) feltekercselés

A koextruzióban az egymással nem eléggé tapadó, nem jól hegedő rétegek egyesítésére használt tapadásközvetítő szerepével még találkozni fogunk a későbbiekben: hasonló tapadásközvetítő réteg kiépítésére van szükség a kompozit erősítőszál és mátrix között, és hasonló ehhez a polimer keverékekben (polimer ötvözetekben) használt, az összeférhetőséget javító kompatibilizálók (compatibilizer) szerepe is.