Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

11. fejezet - MELEGALAKÍTÁS

11. fejezet - MELEGALAKÍTÁS

A melegalakítás alapvetően különbözik az eddig megismert feldolgozási technológiáktól, melyeknél a kiindulási alapanyag granulátum vagy por formájú volt, és a feldolgozás (alakadás) viszkózusan folyó (ömledék) állapotban történt. Ezzel szemben a melegalakítási eljárások közös sajátossága, hogy – többnyire extrudálással előállított – hőre lágyuló polimer lemezeket, fóliákat (előgyártmányokat) alakítunk tovább, és viszonylag kis erőkkel állítjuk elő a végterméket. A folyamat lényege a következő: A polimer lemezt – általában sugárzó hővel – előmelegítjük a kívánt hőmérsékletre, kilágyítjuk, de nem olvasztjuk meg csak alakítható állapotba hozzuk. Ezt követően ezt a lágy, kis moduluszú (kis merevségű) anyagot viszonylag kis erővel a hideg szerszámba (szerszámra) préseljük vagy szívjuk (alakadás). A folyamat végén a szerszámban (szerszámon) lévő anyagot – többnyire levegő ráfúvással – lehűtjük (alakrögzítés), és a késztermék eltávolítható. A módszer a fémlemezek mélyhúzására hasonlít.

A módszer nagy előnye, hogy a megfelelően kilágyított lemez kis erőkkel is nagy mértékben alakítható, ezáltal a szerszám anyagköltsége alacsony. Így pl. egy keményfa szerszámmal akár 1000, vagy alumínium szerszámmal több 10 000 formázás is megvalósítható. Az eljárás hátrányaként meg kell említeni a viszonylag magasabb anyagköltséget, hisz pl. a granulátumból valamilyen technológiával elő kell állítani, vagy meg kell vásárolni a formázandó, azonos vastagságú, lehetőleg feszültségmentes lemezt.

11.1 A vákuumformázás kapcsolata a termomechanikai tulajdonságokkal

A melegalakítási technikák kritikus része a formázandó lemez megfelelő hőmérsékletének biztosítása. Ebből a szempontból lényeges különbség van az amorf és a kristályos polimerek között, ami legjobban a termomechanikai görbék segítségével magyarázható. Az amorf hőre lágyuló polimereknél (11.1 ábra) a legnagyobb alakítást a maximális nyúlás tartományában lehet elérni, de ilyenkor nagy lesz a gyártmányban a belső feszültség. Magasabb hőmérsékleten, a nyúlás leszálló tartományában is megvalósítható az alakítás, de ennek mértéke kisebb, viszont a termék kevésbé lesz feszültséges. Elmondható, hogy melegalakításra az amorf hőre lágyuló polimereket használjuk szívesebben, mivel ezek alakíthatósági hőmérséklettartománya szélesebb. Így pl:

11.1. táblázat - Amorf polimerek melegalakítási hőmérséklettartományai

Polimer neveMelegalakítási hőmérséklettartománya °C
PS95...135
ABS100...150
PMMA130...170
PC150...210
PVC90...150

(Vessük össze a következő 11.1 és a 11.2 ábrákat és a 46–47. oldalon a 3.2 és 3.3 ábrákat, amelyek a modulusz logaritmusát, és nem nyúlását, hanem a mechanikai veszteségi tényezőt ábrázolták.)

Amorf polimerek termomechanikai görbéje

11.1 ábra:Amorf polimerek termomechanikai görbéje

A kristályos szerkezetű termoplasztok csak a meglehetősen szűk kristályosodási hőmérséklettartományban (11.2 ábra) alakíthatóak. A megjelölt hőmérséklet-tartomány felett az anyag megömlik, alatta pedig a kristályos fázis gátolja az alakíthatóságot. Tájékoztatásul néhány jellegzetes értéket kristályos hőre lágyulókra a 11.2 táblázat tartalmaz.

11.2. táblázat - Kristályos polimerek melegalakítási hőmérséklettartományai

Polimer neveMelegalakítási hőmérséklettartománya °C
LDPE (ρ=0,92 g/cm3)105...107
HDPE (ρ=0,96 g/cm3)130...135
PP (ρ=0,90 g/cm3)160...164
POM (ρ=1,41 g/cm3)164...167

Ha ez utóbbi szűk hőmérséklettartományok mellett még azt is figyelembe vesszük, hogy ezt a hőfokot – néha több m2-es – rossz hővezető képességű lemez teljes felületén, homogén-eloszlásban kell biztosítani, belátható a precíz hőmérsékletszabályozás fontossága.

A melegalakítás során – az alakítás mértékétől függően – orientálódik a termék. Az orientáció értelemszerűen nyújtásirányú, és ha a gyors hűtés következtében a szerkezet nem tud dezorientálódni, a gyártmányunk erősen anizotróp, repedésérzékeny lesz.

Kristályos polimerek termomechanikai görbéje

11.2 ábra:Kristályos polimerek termomechanikai görbéje

Attól függően, hogy a kilágyított lemezt túlnyomással, vákuummal, merev szerszámféllel vagy ezek kombinációival alakítjuk, nagyon sokféle melegalakítási eljárás ismeretes. Tekintettel arra, hogy a legelterjedtebb talán a vákuumformázás, ezt részletesebben ismertetjük, a többi módszert kicsit vázlatosabban.