Műanyagfajták és kompozitok

Az elmúlt évben Európában egy szakkiállításon és egy nemzetközi konfrencián mutathatták be a szállal erősített kompozitok gyártói legújabb fejlesztéseiket. A gépkocsigyártásban évek óta szívesen alkalmaznak ilyen kompozitokat, de a biztonságot szavatoló alkatrészek ma még többnyire fémből készülnek. Egy bátor kezdeményezés ereménye- képpen azonban egy vállalatnál már sorozatban gyártanak kompozitból készített fékpedálokat. A következőkben a kompozitok újdonságairól és esettanulmányként a kompozitból készített fékpedál gyártáselőkészítő folyamatáról számolunk be

A poliamid a legnagyobb mennyiségben alkalmazott műszaki műanyag. A fejlesztések arra irányulnak, hogy megfelelő adalékokkal növeljék a poliamidok feldolgozhatóságát, hőállóságát, a termék felületi minőségét. A poliftálamid (PPA) a poliamidok családjának hőálló, aromás egységeket is tartalmazó, részlegesen kristályos képviselője. Azokon a területeken alkalmazzák, ahol a PA 6 és 66 már nem tudja kielégíteni a hőállósági és szilárdsági követelményeket.; Új adalékanyagok a poliamidokhoz; Poliftálamid – a poliamidok nagyobb teljesítményű képviselője; Néhány hír a TiO2 gyártóktól;

Nagy méretű műanyag elemek gyártása vált lehetővé termoplasztikus, szállal erősített akrilgyanták kifejlesztésével. A hőre keményedő epoxigyanta-alapú kompozitokhoz képest mind feldolgozástechnikai, mind a terméktulajdonságok tekintetében versenyképes kompozitot sikerült előállítani.

A műanyagok jó hőszigetelők, de bizonyos alkalmazásoknál nagyobb hővezető képességre van szükség. Speciális adalékok bekeverésével nagyságrendileg meg lehet növelni a hővezető képességet anélkül, hogy a többi előnyös tulajdonság számottevő mértékben romlana. Ezáltal a hagyományos, fém hűtőelemeket is tartalmazó megoldásokhoz képest nagyobb termelékenység, tömeg- és költségcsökkenés érhető el.

A végtelen szállal erősített hőre lágyuló kompozitok alkalmazásán alapuló hibrid fröccsöntési módszerek az autógyártásnál hamarosan életbe lépő alacsony szén-dioxid-kibocsátási előírások által megkövetelt tömegcsökkentési igények következtében robbanásszerűen növekedhetnek. A hibrid fröccsöntés alkalmazásával komplex alakú, nagy szilárdságú és kis tömegű alkatrészek gyárthatók pl. a járművek és a mobil elektronikai termékek számára.

A biopolimerek gyártásának hajtóereje jelenleg nem annyira a fosszilis anyagforrások kiapadása, inkább a környezet védelme. Úgy tűnik, hogy 2016 után a biobázisú polimerek gyártása kicsit felgyorsul. Ezeknek a polimereknek sokféle fajtája van, érdekes módon a következő években nem a biodegradálható típusok iránti kereslet növekszik erőteljesebben, hanem a részlegesen biobázisú, nem degradálódó PET-é. A piacon a közeljövőben néhány egészen új biopolimer megjelenése is várható.

A korom a műanyagok fontos és egyelőre nélkülözhetetlen segédanyaga, habár gyártása és használata egészségügyi szempontból odafigyelést igényel. Legfontosabb a rákkeltőpoliciklikus aromás szénhidrogének keletkezésének és a végtermékben való előfordulásának ellenőrzése és megengedett szintre csökkentése, de foglalkoznak a gyártás energiaigényének csökkentésével és alternatív nyersanyagok, köztük a használt gumiabroncsok alapanyagként való felhasználásával is.

A műanyagok fejlesztése folyamatos, de ritkán kerül a piacra vadonatúj polimer. Most ilyenek lehetnek a poli(butilén-szukcinát) és szindiotaktikus poliolefinelasztomerek. De igazi újdonságot jelent az amorf fémötvözetek feldolgozása is, amelyhez majdnem igazi fröccsgépeket alkalmaznak.

A termoplasztikus elasztomerek (TPE-k) köztes helyet foglalnak el a polimerek és a gumik között. Fő előnyük, hogy a gumik nehézkes feldolgozása helyett a hőre lágyuló műanyagoknál megszokott módon formázhatók. A TPE-knek ma már számos változata ismert, és egyre népszerűbbek nemcsak a felhasználók, hanem a gyártók között is, mert mindkét félnek jelentős hasznot hoznak. Az alábbiakban bemutatjuk a TPE-k múltját, jelenét és közeljövőjét (1. rész), továbbá azt, hogy merre vezethet a további útjuk (2. rész a 2016. 1. számban).

Német kutatók a politejsavak (PLA) szerkezetének módosításával ún. hibrid blokk-kopolimerek kifejlesztésével próbálnak műszaki célokra alkalmas tejsavakat létrehozni. Egy másik munkában a „jó öreg” cellulóz-acetátot társították polipropilénnel (PP), a PP zöldebbé tétele céljából.

A polietilén az egyetlen tömegműanyag, amelynek sűrűsége – a polimerizációs technológiától függően – viszonylag széles tartományban változtatható. Az alábbiakban röviden áttekintjük a polietilének gyártásának fejlődését és a sűrűség – molakulatömeg – tulajdonságok közötti összefüggéseket. Az alapanyag-kiválasztás nehézségeit egy konkrét példán, a kisméretű üzemanyagtank példáján mutatjuk be.

Az alapanyaggyártó cégek folyamatosan fejlesztik választékukat, hogy megfeleljenek a feldolgozók és a végfelhasználók, pl. a csomagolóipar új igényeinek. A polietiléncsövek hosszú élettartamát egyre több vizsgálat bizonyítja. A vizsgálatok szervezésében nagy szerepe van a cső- és fittinggyártók szervezetének, a Teppfa-nak.

A sugárzással térhálósított polietilén ma már nem újdonság, többféle célra nagy mennyiségben alkalmazzák. Egy műanyagokat kompaundáló vállalat egy sugárkezeléssel foglalkozó vállalattal összefogva az üvegszálas poliamid 66 térhálósítását valósította meg besugárzással. A térhálós PA66-ot elsősorban a villamos- és elektronikai ipar számára ajánlják, de a gépkocsigyártásban is hasznos lehet.

Egy "elfelejtett" műszaki műanyag a poliketon gyártását indította újra a dél-koreai Hyosung cég. Egy német cég a poliketon kompaundálására rendezkedett be, és 2014-ben bemutatta több típusból álló kompaundcsaládját. A Lanxess új poliamid 6 kompaunddal jelentkezett a piacon.

A nanokompozitok számos előnyös anyagtulajdonságot biztosítanak, előállításuk azonban sok műszaki nehézséggel jár. Nanoméretű széncsövecskék (CNT) és hagyományos üvegszálak bekeverésével vezetőképes, erősített hibrid PP kompozitok állíthatók elő. A nanokompozitok időjárás-állósága maleinsavanhidriddel ojtott PP kompatibilizálószer bekeverésével kismértékben javítható.

A poliolefinek tulajdonságait és feldolgozási technológiáit folyamatosan és intenzíven fejlesztik. A fejlesztések fő célja a kedvező árfekvésű poliolefinek alkalmazhatóságának szélesítése, és ezáltal a drágább, magasabb sűrűségű polimerek helyettesítése minél több területen.

A hagyományos és a nagy hőállóságú hőre lágyuló műanyagok területén is folyamatosan egyre újabb típusokat fejlesztenek ki. A fejlesztések a hőállóság növelése mellett a hidrolízissel szembeni ellenállást és a jobb éghetőségi és mechanikai tulajdonságok elérését célozzák. A fejlesztők általában a polimerlánc kémiai módosítása mellett speciális adalékanyagok kidolgozásával érik el a kívánt eredményeket.

A polipropilén különböző adalékanyagokkal történő módosításával számos területen lehet a drágább műanyagokat kiváltani, új alkalmazási területeket meghódítani. Gépkocsi-alkatrészeknél az anyagcsere – a PP kompaundok kisebb sűrűsége révén – csökkenő üzemanyag-fogyasztást eredményez.

A szálerősítésű műanyag kompozitok számos tulajdonsága felülmúlja az alappolimerekét. A jobb tulajdonságok mellett gyakran kevesebb anyagfelhasználással gyárthatók a megfelelő termékek. A tömegcsökkentés előnyei elsősorban a légi járművekben, az autóiparban és a szélerőművek rotorjaiban jelentkeznek. A legelterjedtebben alkalmazott üvegszálas erősítéssel összehasonlítva a szénszálak kisebb tömeget és nagyobb merevséget, míg a természetes szálak kisebb tömeget és környezetbarát anyagösszetételt biztosítanak. A repülőgép-alkatrészekhez és a szélerőművek forgó lapátjaihoz elsősorban duroplaszt kompozitokat alkalmaznak, és ezek a kis- és közepes szériában gyártott gépkocsi-alkatrészeknél is gyakran gazdaságosan feldolgozhatók.

Európában két műanyaggyártó is megjelent a piacon részben vagy egészen ricinusolajból előállított hosszú szénláncú alifás poliamidokkal. Ezeknek a megújuló forrásból származó polimereknek nemcsak a CO2-emissziója sokkal kisebb a hagyományos poliamidokénál, de számos más előnyös tulajdonságuk is van.