Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

10.3 Előnyújtásos fröccsfúvás

10.3 Előnyújtásos fröccsfúvás

Az előnyújtásos fröccsfúvási technológiánál a fröccsfúvó berendezést felszerelik egy olyan egységgel, amely a fúvótüskét felfúvás közben tengelyirányban tudja mozgatni, 10.16 ábra.

Előnyújtásos fröccsfúvás vázlata

10.16 ábra:Előnyújtásos fröccsfúvás vázlata [10.1] a) előgyártmány fröccsöntése, b) újbóli felmelegítés, c) nyújtás és felfúvás, d) késztermék eltávolítás

Az előnyújtás célja a termék két tengely menti arányos megnyújtása, orientálása. A két tengelyű (biaxiális) orientáció miatt a késztermék mechanikai tulajdonságai tengelyirányban magasabbak lesznek, mint orientáció nélkül. A jobb mechanikai tulajdonságok miatt olcsóbb polimert lehet használni, vagy kisebb falvastagságú terméket tudnak előállítani; mindkettő jelentős költségcsökkentést eredményezhet bizonyos végtermékeknél. Az orientáció a mechanikai tulajdonságokon kívül előnyösen befolyásolja (csökkenti) a palack gázáteresztő képességét, megnöveli a felületi fényességet és az átlátszóságot, valamint jobb méretpontosságú termékek előállítását teszi lehetővé.

A szénsavas üdítőitalok tárolására használt 2,5 l-es PET palackoknál pl. 3,8-szoros kerületi, és 2,8-szoros tengelyirányú nyújtást alkalmaznak. Ez tengelyirányban 100 MPa, az erre merőlegesen kivágott próbatesteknél pedig 200 MPa szakító¬szilárd¬ságot eredményez. A CO2 miatt kialakuló belső túlnyomás miatt a megfelelő sszilárdság biztosítása az ilyen palackoknál fontos tervezési szempont.

Amint az a 10.16 ábrán is látható, az előnyújtásos fröccsfúvó berendezéseknél fontos az előgyártmány megfelelő hőmérsékletének biztosítása. Orientáció csak az anyag nagyrugalmas állapotában történő nyújtásakor alakul ki. A palack nyak-része fröccsfúvásos technológiánál nem orientálható. (Extrúziós fúvásnál a nyak részt is lehet orientálni.)

A következőkben a PET palack nyújtásos fröccsfúvása kapcsán bemutatjuk a polimerben lezajló változásokat. A többi részlegesen kristályos polimer fröccsfúvásakor hasonló jelenségeket lehet tapasztalni, természetesen más hőmérsékleti értékeknél. Az előgyártmány előállításakor nem szabad túl nagy fröccsöntési sebességet alkalmazni, hogy elkerüljük az ún. feszültség-indukált kristályosodást. Az ömledék hőmérséklete a kristályos olvadáspont felett 30–40 °C-al lehet, ennél magasabb hőmérsékleten a PET már bomlik, amit az acetaldehid gáz megjelenése jelez. Az előgyártmányt hűtött fúvótüskére fröccsöntik, így az ekkor még amorf marad. Amikor ezt az amorf előgyártmányt (Tg = 80 °C) visszamelegítik 100 °C körüli hőmérsékletre, és tengelyirányban megnyújtják, valamint a nyújtással egyidőben felfújják, akkor a polimerben kis méretű, egyenletes eloszlású kristályok (krisztallitok) képződnek, de a szferolitos szerkezet nem tud kialakulni. A látható fény hullám¬hosszánál kisebb méretű krisztallitokon nem jön létre fénytörés, ezért a palack fala átlátszó marad, mint az amorf polimeré, viszont a mechanikai tulajdonságai sokkal jobbak lesznek, mint akár az amorf, akár a szferolitos szerkezetű PET mechanikai tulajdonságai. A termék magasabb hőmérsékleten mérhető tulajdonságait tovább javíthatjuk 150 °C-os hőmérsékleten való temperálással (ez a poliészter szálak ún. hőrögzítésének hőmérséklete is). A PET palackok felfúvásánál a sűrített levegő nyomásának is fontos szerepe van: legjobb eredményeket két lépcsős felfúvással tudtak elérni. Az első lépésben kisebb nyomást (13 bar körül), a második lépésben, amikor a terméket a szerszám falához kell préselni, magasabb (40 bar) nyomást célszerű alkalmazni.

Az előgyártmány felfújásakor, illetve a kész palackban a CO2 túlnyomás hatására a következő feszültségek alakulnak ki a falban (kazánformulák):

10.1. egyenlet -


10.2. egyenlet -


10.3. egyenlet -


ahol σt , σa és σr rendre a palack vagy előgyártmány falában ébredő tangenciális, tengelyirányú (axiális) és sugárirányú (radiális) feszültségeket jelenti; D a palack, illetve előgyártmány belső átmérője, v a falvastagsága, míg p a belső túlnyomás.