Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

Előszó

Előszó

A polimertechnika a huszadik század műszaki haladásának meghatározó elemévé vált, ugyanúgy, ahogy az elektrotechnika, a közlekedés- és távközléstechnika, vagy a napjainkat gyökeresen átalakító számítástechnika. A szintetikus polimerek, a szénlánc-vázú óriásmolekulák - a műanyagok - nélkül mindezek a fenti kulcs-ágazatok nem is juthattak volna el a fejlődés mai szintjére. Elég, ha csak néhány példára gondolunk. A számítástechnikában például polimer reziszt-lakkok viszik fel annak a kb. 5 millió (!) tranzisztornak a rajzolatát az integrált áramköri elemek mikro-miniatür rétegeire, amelyek ma egyetlen PENTIUM II IC mindössze néhány cm3 -nyi elemében számítógépünk „agyát” képezik. Polimer kompozit szárnyakon repülünk, ha egy korszerű AIRBUS 302 vagy egy BOEING 767 segítségével átszeljük az óceánt. Polimer szigetelők nélkül nincs távközlés, polimer alapú csillapító, tömítő és bevonóanyagok nélkül nincs személygépkocsi – sőt alig képzelhető el közlekedési eszköz, és így tovább.

A polimerek műszaki alkalmazását mégsem a 20. században kezdtük. Szerencsére a természet évszázadok óta ellát bennünket polimer szálakkal, rostokkal, mint a pamut, a kender, a len, a gyapjú, a selyem. Polimert dolgoz fel a bőr- és cipőipar, a fa- és papíripar is. Természetes polimer lakkokkal vonták be bútoraikat már 2000 évvel ezelőtt is Egyiptom és Kína mesterei. A polimer alapú ragasztók tartósságáról múzeumi kincsek tanúskodnak.

A polimerek műszaki anyagtudományát és technológiáját, amelyet az angol szakirodalom „ polymer engineering ”-nek nevez, magyarra legegyszerűbben polimertechnika kifejezéssel ültethetjük át. Műanyagtechnikának nevezve leszűkítenénk azt a mesterséges polimerekre, és kihagynánk a jövőben újra és egyre jobban megbecsült, évenként megújítható, természetes polimer nyersanyagainkat, magát a biomasszát, amely szerencsére a műanyagok minden elterjedése ellenére is ezerszer több polimert ad évenként a világ erdőiben, mezőin és szántóföldjein, mint amennyit a világ műanyaggyárai termelnek. A biomassza átalakítása egyébként új típusú szintetikus polimer alapanyagokkal is el fog látni bennünket a kőolaj fogytán is. A mesterséges polimerek sem érdemlik meg a kissé elítélő műanyag megnevezést, hiszen a mérnöki szerkezeti anyagok másik két nagy csoportja: a fémek és a kerámiák (szilikátok) sem találhatók meg műszaki célra alkalmas formában a természetben. Az acél, a nagyszilárdságú üveg, vagy a vasbeton is műszaki tudás és művi, műveleti átalakítás eredménye, s így akár azokat is anyagnak nevezhetnénk.

E könyv a polimertechnikát a modern műszaki anyagtudomány (materials engineering) egységes szemléletébe illesztve ismerteti. Azon az előadássorozaton alapszik, amelyet a Budapesti Műszaki Egyetem Gépészmérnöki Karán hetedik éve adunk elő Polimertechnológia címmel a 4. szemeszterben minden jövendő gépészmérnök számára. E tárgynak alapja a Polimer Anyagszerkezettan c. tárgy a 3. szemeszterben, az oktatja a polimerfizikát, a polimerek mechanikai viselkedését leíró összefüggéseket. A polimerek kémiájáról és fizikájáról az utóbbi években több összefoglaló tankönyv jelent meg magyar nyelven, így ezeket nem tárgyaljuk [l. 2.24, 3.3, 3.28 sz. szakirodalmi utalások].

Mint a tartalomjegyzékből látható, tankönyvünk gerincét a szintetikus polimerek túlnyomó többségét jelentő hőre lágyuló polimerek képlékeny alakítási technológiáinak ismertetése képezi (6.–12. fejezet). Ezek bevezetéséhez ismerni kell a polimer ömledékek viszkózus folyásának alap-összefüggéseit (5. fejezet), illetve a legfontosabb technikai polimer anyagokat (3. és 4. fejezet). A hőre nem lágyuló polimerek térhálósítással kapcsolt technológiái – felhasználási arányuknak megfelelően – a könyv kisebb részét teszik ki (13. fejezet).

Fontosságuk és műszaki előnyeik alapján különös hangsúly illeti a polimer kompozitok technológiáját (14. fejezet). A kompozitok, a legtöbbször különleges szálakkal erősített, és így a fémeket is meghaladó szilárdságú polimer szerkezeti anyagok a huszonegyedik században különleges szerepet tölthetnek be a mérnöki gyakorlatban és a mindennapi életben egyaránt. A szűk keret itt is csak a technológiák alaptípusait mutathatja be.

Könyvünk tartalma néhány fejezetében valamivel több, mint amit egyetlen félév alatt át lehet adni egy (heti 3 órás) tipikus mérnökkari tantárgyban. Két helyen bővítettünk elsősorban, a 2000 utáni szemeszterekre gondolva.

A 9.9 fejezet egy tipikus polimer-feldolgozástechnikai eljárás, a fröccsöntés számítógépes modellezését vezeti be. (Ezt a tantárgy-részt 1998-ban adtuk elő első alkalommal). Ez a modern, virtuális tervezési módszereket (PRO. ENGINEER, I-DEAS stb.) viszi át, kapcsolja össze a fröccsöntésre tervezett alkatrész gyártásának szimulációja útján a fröccsöntő szerszám részletes megtervezésével és megvalósításával. A 15. fejezet hasonlóan jövőbemutató: azokat a technikákat írja le, amellyel a számítógépen megtervezett virtuális polimer alkatrész szinte emberi beavatkozás nélkül „legyártható”, kézzel fogható, valóságos- vagy kicsinyített méretű ősminta (prototípus) formájában. Ezek az ősminták ma még többnyire a formatervezés, a piacra-hozás (marketing) céljait szolgálják, de nincs messze az idő, amikor funkcionális darabok gyártása, vagy kissorozatú gyártás is ilyen módszerekkel történhet.

Végül elengedhetetlennek ítéltük a fenntartható fejlődés, a felelősségteljes környezetvédelem szempontjából nélkülözhetetlen polimer - újrahasznosítási technikák (recycling) tárgyalását is (16. fejezet). Ezeket ma még számos – elsősorban gazdaságossági – tényező gátolja: a polimertermékek sokkal olcsóbb alapanyagból készülnek, mint a hagyományos fém alkatrészek. A polimerek újrahasznosítását a degradáció is korlátozhatja: az újrahasznosítás általában alacsonyabb szintű alkalmazáshoz vezet. Fontos tudnunk azt is, hogy a polimerek keverésének termodinamikai korlátai is vannak. A 16. fejezet ezeknek a korlátoknak a kinyitására, kiterjesztésére is javaslatot tesz, és technikát ajánl, amely szolgálhatja a polimerek ötvözését, ill. a természetes polimerek (biomassza) és mesterséges polimerek (műanyagok) társított (kompozit) hasznosítását is.

Ez a könyv a Polimer anyagszerkezettan-nal (Műegyetemi Kiadó, Bp., 1995) együtt csak alapozóként szolgálhat a polimerek mérnöki tudományához. Az elmélyítéshez sok jó külföldi szakkönyv áll ma már a mérnök rendelkezésére. A javasolt szakirodalom jegyzék minden fejezet végén megjelenik. A külföldi tanulmányútra vagy praxisra készülő hallgatók figyelmébe különösképpen ajánljuk:

  • az Akron-i Egyetem gépészeti fakultásának polimertechnológia tankönyvét [1.8],

  • az Aachen-i Műszaki Egyetem hasonló tankönyvét [1.9],

  • a Karlsruhe-i Műegyetem műanyag-konstruktőr tankönyvét [1.10], és a

  • Leoben-i Műszaki Egyetem műanyagtechnológia és szerszámgyártás tankönyvét [1.11],

amelyeket kifejezetten gépészmérnökhallgatók számára írtak.

Könyvünket – amely lényegében kötelező tananyag a BME Gépészmérnöki Karán – őszintén ajánljuk a további mérnökkari hallgatóknak, főiskolai hallgatóknak és az induló felsőfokú akkreditált (iskolarendszerű) szakképzés hallgatóinak is, ugyanúgy, ahogy az egész életen át tanulni vágyó gyakorló műszakiaknak.

Budapest, 1999. november 1.

Dr. Czvikovszky Tibor

tanszékvezető egyetemi tanár