Műanyagok feldolgozása, additív technológiák

A vékony falú fröccsöntési technológia fejlesztései számos iparágban - különösen a csomagolási szegmensben - teszik lehetővé az anyagköltségek és a ciklusidők csökkentését, valamint az egyre igényesebb és könnyű termékek gyártását. Az alábbiakban a vezető fröccsgépgyártók ez irányú fejlesztéseit ismertetjük. Az egyadagos kávékapszulák iránti növekvő igény a kofröccsöntés technológia fejlesztésére hatott pozitívan.

A hőformázást - hasonlóan a többi műanyag-feldolgozó eljáráshoz - folyamatosan fejlesztik. A fejlesztés egyaránt kiterjed az alapanyagokra, a technológiára és a gyártóberendezésekre. A következőkben bemutatunk néhány újdonságot, amelyet a 2018-as NPE-n, Észak-Amerika legnagyobb műanyag-kiállításán lehetett látni. Bemutatjuk azt is, hogy egy konferencián hogyan vázolták fel a hőformázás várható jövőjét az Ipar 4.0 korában, amikor a felsoroltak mellett még a visszaforgatás lehetőségeit és az ökológiai szempontokat is az eddigieknél erősebben figyelembe kell majd venni.

A megújuló forrásból származó szálak egylépéses kompaundálási technológiájára új kísérleti berendezést fejlesztettek ki német szakemberek. Az autóipar érdeklődését jelzi az ilyenfajta kompaundok iránt, hogy hosszas vizsgálódás és megfelelő eredmény után belevágnak a futó szériatípusokba való alkalmazásuknak.

Az egész világon rohamosan (28%/év) terjedt a 3D nyomtatás néven közismert additív gyártástechnológia különböző eljárásainak használata. Folyamatosan bővül az alkalmazható alapanyagok köre, nő az előállítás sebessége és a legyártható darabok mérete, továbbá új működési elveken alapuló eljárásokat dolgoznak ki. A legnagyobb változás az, hogy 2016-ban a 3D nyomtatással legyártott funkcionális alkatrészek darabszáma már meghaladta a prototípus készítését. A 3D nyomtatáshoz használatos szinterporok felhasználásának növekedése 2017-2025 között évente várhatóan 20% felett lesz.

A robotok egyre szélesedő szerephez jutnak a műanyag-feldolgozásban. A vezető fröccsöntőgép-gyártók élenjárnak a robotok alkalmazásának szélesítésében. Nő az ún. kobotok (együttműködő robotok) alkalmazása is, amelyek kisebb helyet igényelnek, mint a hagyományosak robotok, biztonságosak, könnyen programozhatók és olcsók ahhoz, hogy gyors befektetési megtérülést biztosítsanak. Az utóbbi időben, különösen az USA-ban felmerült a robotok megadóztatásának lehetősége is.

A prototípuskészítés mellett a 3D nyomtatást egyre inkább használják személyre szabott implantátumok és, a képalkotó diagnosztikai berendezések információt közvetlenül felhasználva, olyan anatómiai modellek elkészítésére, amely segíti a sebészeket a bonyolult műtétek megtervezésében és végrehajtásában. A műanyagokat más anyagokkal is kombinálják. Várható, hogy az egyes kórházak saját 3D nyomtatókat helyeznek üzembe, vagy/és szolgáltatásként veszik azokat igénybe. Az anatómiai modellek az orvosképzést és a betegek jobb tájékoztatását is segítik. 3D nyomtatással épületeket is lehet készíteni, elsősorban a katasztrófa sújtotta területeken és ott, ahol nem áll megfelelő munkaerő rendelkezésre.

Különböző fémbevonatok jelentősen javítják a csigák és hengerek kopásállóságát és növelik a korrozív polimerekkel és adalékanyagokkal szembeni ellenállást is. A gyakori felújítási munkák elmaradása és a gyártási folyamatok stabilitásának növelése az ilyen ráfordítások gyors megtérülését, a profit megugrását eredményezik. A fröccsöntő és más műanyag-feldolgozó szerszámoknál gyakran alkalmazott formaleválasztó szerek esetenként esztétikai problémákat okozhatnak, és felhordásuk megnöveli a ciklusidőt, ezért helyettesítésük egy leválasztó hatású állandó bevonattal komoly eredménnyel járhat.

Számos végtermék gyártó vállalat igyekszik csökkenteni termékeinek tömegét. Ennek egyik jól bevált eszköze a fröccsöntött műanyag alkatrészek habosítása. A hagyományos eljárások hátrányait küszöböli ki a Lüdenscheid Intézet és a Linde cég új eljárása. Más műanyag-feldolgozási eljárások (pl. exrúzió) is használják a habosítást, a könnyű, merev és nagy hőszigetelő képességű termékek gyártására. A habosítási módszerek fejlesztése mellett új, habosításra alkalmas műanyag alapanyagok és habosító szerek is folyamatosan jelennek meg a piacon.

A pultrúzió (szálitatásos profilhúzás) hagyományosan a hőre keményedő műanyagok feldolgozási technológiája, mert a térhálósítás előtt kis viszkozitású gyantákkal könnyen át lehet itatni az erősítő szálkötegeket. Újabban hőre lágyuló mátrixszal készített profilokat is gyártanak ezzel az eljárással. Ennek titka az in situ polimerizálás. A szálköteget kis viszkozitású monomerrel itatják át, amely a profilhúzás folyamata alatt a hozzáadott katalizátor és aktivátor hatására polimerizálódik.

A jó minőségű, tiszta granulátum fő ellensége a por, amely a vágásnál keletkező éles szélek letöredezése miatt keletkezhet. Átlátszó termékek gyártásánál a granulátumot pl. dobos portalanító berendezéssel tisztítják. Egy új eljárással optimalizált hőmérsékletű granulálással állítanak elő "tökéletesen tiszta" granulátumot.

A 3D nyomtatást jelenleg elterjedten alkalmazzák a prototípusok és a bemutatásra szánt minták elkészítéséhez, illetve ma már a kis szériás gyártás területén is, ahol a fröccsöntés a fröccsszerszám elkészítésének hosszú ideje és magas költségei miatt túl időigényes és/vagy drága lenne. A kis szériás gyártásnál jelentkező idő- és költségelőnyei kiegészülnek a nagyobb formaszabadsággal. Ugyanakkor a felület gyengébb minősége a szűkebb alapanyag-választék és a kis gazdaságos sorozatnagyság behatárolja alkalmazhatóságát. Folyamatosan jelennek meg új, gyorsabb, nagyobb méreteket vagy finomabb felbontású szerkezeteket lehetővé tevő megoldások.

A fóliafúvásban fontos szerepe van a vágókésnek, a méret- és vastagságellenőrző műszereknek, az érdességmérő műszereknek, a hibákat és lyukakat kimutató berendezéseknek. Fejlesztik az extrúzió in-line nyomon követését is. Az adalékok segítik a feldolgozást és hozzájárulnak a fólia minőségének javításához (átlátszóság, hidrolitikus stabilitás, gázzáróság).

Az elektronikai termékek miniatürizálását követniük kell a hőre lágyuló műanyagokból készülő fröccstermékeknek is. A vékony falú, apró alkatrészek gyártásánál az ömledék összenyomhatósága döntő szerepet játszhat. A részben kristályos polimerek megolvasztásához több energia kell, mint az amorfokéhoz. A részben kristályos polimerek esetében gyakran nem sikerül minden granulátumot teljesen megolvasztani, és ezek zárványként megjelenhetnek a termékben, illetve károsíthatják a csiga felületét is.

A műanyagfóliák minőségét döntően befolyásolják a feldolgozás során a fóliában megjelenő hibahelyek és a fólia vastagságának egyenetlensége. A fóliaminőség javítása érdekében nagy jelentőségűek azok a vizsgálatok, amelyek a fenti jelenségek mérésére, okainak felderítésére, ezen okok kiküszöbölésére és ezáltal a hibák keletkezésének megelőzésére irányulnak.

A kis teljesítményű egyértelműen hozzátartoznak a feldolgozók gépparkjához. Nagy jelentőségük van a termékfejlesztésben és a termékbevezetés kezdeti időszakában, továbbá a nagyon kis mennyiségek gyártásában mintázás céljaira vagy nagyon speciális igények esetén. Érthető tehát, hogy az extrudergyártók odafigyelnek a fejlesztésére is.

A szénszálak felhasználása a kiváló erősítő hatás ellenére sem növekedett a várakozásoknak megfelelő ütemben. Ezért itt a fejlesztések az alacsonyabb gyártási költségek elérését célozzák. Ugyanezt szolgálja a szénszálak reciklálása is. Folyamatosan fejlesztik az üvegszálakat is. Egy új üvegszál a szénszálnak is versenytársa, hiszen a szakítószilárdsága hasonló, de a vele erősített termékek elektromos és hőszigetelő tulajdonságai az üvegszálas termékekével azonosak. Az erősített műanyagok teljesítményében a mátrixpolimer és az erősítő szál közötti tapadást fokozó kapcsolószerek is meghatározó szerepet játszanak, ezért az adalékokat gyártó cégek ezeket is folyamatosan fejlesztik.

A 3D nyomtatásként közismert additív gyártástechnológiákat egyre újabb területeken kívánják alkalmazni. Ezek egyike a gyógyászati eszközök előállítása, ahol a páciensek anatómiáját figyelembe vevő egyedi megoldások terjednek. A hosszú szénszálakkal erősített autó- és repülőgép-alkatrészek terén is folynak az additív gyártástechnológiára alapozott eredményes fejlesztések.