Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

Műanyag termékek előállításának technológiái

Műanyag termékek előállításának technológiái

http://www.vilaglex.hu/Kemia/Html/Muanyag.htm

„Alapanyag” készítés

A kőolajfinomítás egyik legfontosabb művelete a fluid katalitikus krakkolás, vagy fluidágyas katalitikus krakkolás, angolul Fluid Catalytic Cracking (FCC) (krakkolás), amely műveletet széles körben használják a kőolaj nagy molekulasúlyú frakcióinak feldolgozására értékesebb, könnyű termékek előállítására. 2006-ban világszerte 400 olajfinomító használja ezt a módszert az általuk kezelt kőolaj körülbelül egy harmadának feldolgozására.

A krakkolás (to crack = törni angolul)

A kifejezést főleg a kőolaj finomításakor nyert világító petróleum frakció szénhidrogénjeinek, kisebb szénatomszámú szénhidrogén molekulákra és alkénekre való krakkolására alkalmazzák. Fontos eljárás, mind a motorbenzinnek alkalmas (gépjármű üzemanyag) elágazó szénláncú szénhidrogéneknek, mind pedig az eténnek és más alkéneknek a forrása. Így állítanak elő a ma már kevéssé használatos, nagy szénatomszámú kőolajpárlatokból benzint és a szerves vegyipari alapanyagként használatos telítetlen szénhidrogént, etiléngázt. Ettől eltérő körülmények között végrehajtott hőbontás eredményeképpen más telítetlen szénhidrogéneket kapnak.

A katalitikus krakkolás során katalizátort alkalmaznak, hogy a szükséges hőmérsékletet csökkentsék, és a termékeket módosítsák. Levegőtől elzárt térben hevítve a nagyobb molekulákból kisebb, néhány szénatomot tartalmazó (például 500-600 °C-on főként két szénatomos) molekularészletek (etén) szakadnak ki.

8.1. ábra - Etén szerkezeti képlete

Etén szerkezeti képlete

Az etén (etilén) a legegyszerűbb alkén. Belőle készül polimerizációval a polietilén (PE). Ezen kívül az etén a gyümölcsök érését sietteti azáltal, hogy gyümölcsérlelő növényi hormon. A legtöbb gyümölcsöt éretlenül szedik le az utaztatás elviselése érdekében. A gyümölcsöket (alma, banán, citrom, narancs, szőlő, kávé stb.) ezután raktárakban etén gáz segítségével érlelik meg.

Az etilént etilén üzemekben állítják elő. Európában a legnagyobb Hollandiában, Moerdijkban, a Schell tulajdonában van.

8.2. ábra - Etilénüzem Hollandia. Schell Moerdijk

Etilénüzem Hollandia. Schell Moerdijk

http://www.chemicals-technology.com/projects/moerdijk/moerdijk3.html

Sajtolás

Műanyag porból vagy granulátumból préselnek különböző alakú műanyag eszközöket. A sajtolás lépéseit az következő ábra sorozat mutatja:

A granulátumot vagy port elhelyezik a szerszámban

8.3. ábra - A szerszámot összezárják és nyomás alatt tartják

A szerszámot összezárják és nyomás alatt tartják


8.4. ábra - A szerszámot kinyitják és kiveszik a terméket

A szerszámot kinyitják és kiveszik a terméket


Fröccssajtolás (folyatás).

Bonyolult, változó keresztmetszetű, vékonyfalú, tömör vagy üreges darabok, lyukakkal, fémbetétekkel, szigorú mérettűréssel rendelkező darabok gyártása esetén alkalmazzák. A folyatást a darab meleg és hideg állapotában is végzik. Kiinduló anyaga általában lemez, rúd vagy cső. A folyatás alakító gépe általában forgattyús, excenteres vagy dörzssajtó, esetleg hidraulikus sajtó. Termelékeny eljárás, percenként akár 80-140 darabot is előállíthat egyetlen gép. A fröccs-sajtolás alatt korábban olyan sajtolási eljárást értettek, amelyben a még nem térhálós sajtolóanyagot különálló kamrában, – nem a szerszámban – ömlesztik meg, s onnan juttatják (akár egyszerű dugattyú segítségével) a szerszámba. Ezt az elő-kamrát csigás fröccsöntő dugattyú is kiszolgálhatja.

8.5. ábra - A fröccs-sajtolás alapelve

A fröccs-sajtolás alapelve

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch09s08.html

A fröccs-sajtolás alatt újabban olyan sajtolási eljárást értenek, amely során a fröccsöntő gépből érkező ömledék nem teljesen zárt, hanem kissé nyitott szerszámba érkezik. A teljes kitöltéshez elégséges polimer anyagot ezután a szerszám összezárásával sajtolásnak vetik alá. Ekkor az utónyomás egyenletesebb (pl. a nagyfelületű, körszimmetrikus munkadarabon) és a termék zsugorodása így jobban kézben tartható, kevesebb belső feszültséghez vezet.

8.6. ábra - Fröccs-sajtolás első lépése ömledék befröccsöntése kissé nyitott szerszámba, (lent) szerszámzárás, hűtés

Fröccs-sajtolás első lépése ömledék befröccsöntése kissé nyitott szerszámba, (lent) szerszámzárás, hűtés

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch09s08.html

Fröccsöntés

A hőre keményedő műanyagok feldolgozása során egyre nagyobb jelentőségű. Csigadugattyús fröccsgépekkel az eljárás olcsóbb, mint a nyomásos sajtolás vagy a fröccssajtolás. A késztermék is jobb minőségű és méretpontosabb.

8.7. ábra - Műanyag tárgyak készítése fröccsöntéssel

Műanyag tárgyak készítése fröccsöntéssel

Ez az eljárás a hőre lágyuló műanyagok legelterjedtebb feldolgozási technológiája. A dugattyút körülveszi egy fűtőközeg, amely megolvasztja a műanyag granulátumot. A megömlesztett műanyagot egy dugattyú megfelelő nyomással a hűtött szerszámba lövelli Végül a megdermedt munkadarabot a szerszámból kidobják.

Extrudálás

Az extruder (extrudercsigaextruder screw) olvasztó-ömlesztő és az ömledéket szállító szivattyú, ill. kompresszor szerepű gép. Vég nélküli folyamatos termék, pl. a csövek, rudak, különböző idomok, lemezek, fóliák, stb. előállításához használják. A legegyszerűbb extrudercsigán három zónát alakítottak ki (az anyagszállítás irányában, jobbról balra) (táblázat, ábra).

1. Táblázat. Az extruder olvasztó-ömlesztő, ömledéket szállító szivattyú funkciói

Csiga zónák

Funkciók

etető vagy „behúzó” zóna

a polimer granulátum betáplálása, az ömlesztés kezdete,

sűrítő (kompressziós) zóna

az ömlesztés folytatása, befejezése, sűrítés (komprimálás), homogenizálás,

homogenizáló, kiszállító zóna

a homogenizálás befejezése, kisajtolás megemelt nyomáson

8.8. ábra - Az extrudercsiga zónái. (Jobbról balra: behúzó zóna; kompressziós zóna; kiszállító zóna)

Az extrudercsiga zónái. (Jobbról balra: behúzó zóna; kompressziós zóna; kiszállító zóna)

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch08.html

A csavarorsó magátmérője a középső zónában határozottan megnövekszik. A folyamatos üzem, az alapanyag folyamatos betáplálását igényli. A műanyag granulátumot egy tartályból adagolják. A csigát körülvevő fűtőegység biztosítja a műanyag képlékennyé alakítását. A csiga a műanyag olvadékot keresztülpréseli a forma nyíláson. Ennek az alakjától függ, hogy a termék rúd, cső, lemez, stb. lesz

8.9. ábra - Műanyag lemez előállítása extrudálással

Műanyag lemez előállítása extrudálással

Kalanderezés

Kalanderezés alatt azt a polimer feldolgozási műveletet értjük, amelynek során a hőre lágyuló polimerből két vagy több forgó henger között fóliát vagy lemezt állítunk elő, illetve valamilyen (többnyire textil) hordozóra polimer bevonatot készítünk. Erre leginkább az amorf hőre lágyuló polimerek alkalmasak, amelyeknek széles olvadási hőmérséklet tartománya van (kemény és lágy PVC, PVC kopolimerek, ütésálló polisztirol, ABS-t, és cellulóz-észterek). Ma már megfelelő adalékkal a PE-ből is lehetséges fóliagyártás. A gyártható fóliaszélesség többnyire 2 és 4 m között változik, a fóliák, filmek vastagsága általában 30 és 800 μm között van, a gyártási sebesség elérheti a 100 m/percet is. A modern kalanderek legalább 3, de esetenként 4 vagy 5 hengerből állnak.

8.10. ábra - Kalander elrendezések (balról jobbra): I-, L-, F-, Z-kalander

Kalander elrendezések (balról jobbra): I-, L-, F-, Z-kalander

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch07.html

Az L típus előnye, hogy a betáplálás alul, az első fokozatnál történik, ezért a legkényelmesebben és a legrövidebb úton végezhető el. Ezt az elrendezést szívesen alkalmazzák kemény PVC feldolgozására. Lágy PVC feldolgozásához inkább az F típust alkalmazzák.

Vákuumformázás

Vákuumformázással fólia és lemez alakítható. Elterjedtebb a negatív és szívó eljárás - ennek elve látható az ábrán.

8.11. ábra - A vákuumformázás három lépése

A vákuumformázás három lépése

http://www.vacuumforming.eu/?page_id=2

Ennek a lépései a következők:

1. Keret nyitott állásban, a formázandó műanyag lemezt behelyezik a szerszámba. A fűtőernyő be bekapcsolásával a műanyag formalemez kilágyul. Először levegőt fújnak alá, hogy a termék egyenletesebb falvastagsággal rendelkezzen.

2. A vákuumot bekapcsolják, hogy a légritkítás a kilágyított műanyag lemezt v. fóliát a szerszámra szívja A műanyag lemez felveszi a kívánt alakot. Fűtőernyőt kikapcsolják. Hűtést bekapcsolják (hűtőventillátorok). Vákuumot megszűntetik.

3. Levegőt fújnak a megmunkált munkadarab alá, hogy abban az munkafolyamatban, amikor a szerszám lefelé mozog, a vákuum miatt a termék ne szakadhasson ki. Szerszámot lefelé mozgatják. Keretet nyitják. A kész, formázott terméket a szerszámról leveszik.

Túlnyomásos (vagy préslég-) formázás

A túlnyomásos (vagy préslég-) formázást mutatja a következő két ábra. Elve megegyezik a vákuumformázással, azaz az alakítandó lemez egyik oldalán túlnyomást alakítunk ki, és ezzel kényszerítjük azt a negatív szerszámba. A különbség az, hogy míg a vákuumformázásnál a nyomáskülönbség csak 1 bár lehet, a túlnyomásos eljárásnál a túlnyomás többszöröse is lehet az 1 bar-nak. Ezáltal sokkal nagyobb alakító erőt lehet megvalósítani.

8.12. ábra - Túlnyomásos formázás

Túlnyomásos formázás

8.13. ábra - Túlnyomásos (sűrített levegős) formázás

Túlnyomásos (sűrített levegős) formázás

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch11s03.html

Komoly nehézséget okoz azonban az anyag felmelegítése és a légtömör zárás megvalósítása. A lemezt melegítő infravörös hősugárzónak az egész mintát, elég gyorsan kell egyenletesen felmelegíteni.