Műanyagok tulajdonságai, vizsgálatok

A ZwickRoell cég évtizedek óta az anyagvizsgáló gépek egyik vezető szállítója a világon. A kutatás-fejlesztésben és a minőségbiztosításban használt statikus gépeket kifejezetten szakító-, nyomó-, hajlítóvizsgálatok, valamint nyírási és torziós igénybevételek szabványos mérésére tervezték.

A műanyagiparban az egyik leggyakrabban használt mérés a folyásindex meghatározása. A különböző igényeket számos készüléktípus elégíti ki. Az alábbiakban ezek újdonságait ismertetjük.

A fröccsöntés során a szerszám hőmérsékletét különböző módon lehet mérni. Az eddig használt hőmérsékletmérési eljárások hátrányait küszöböli ki a fröccsöntött darabba beépített, (körül fröccsöntött) RFID érzékelő.

A műanyagok feldolgozásának hatékonyságát számos eszközzel lehet növelni, többek között adalékanyagokkal. Ezek közé tartoznak a montánviaszok, amelyek jelentősek a hulladékok reciklálásában is. Igény mutatkozik olyan feldolgozást segítő adalékanyagok iránt, amelyek a hagyományos kenésen túlmutatnak, például a reológiai hatások mellett javítják a modulust, a gócképzést vagy a diszpergáló képességet. A PVC adalékanyagok az újabb fejlesztéseknek köszönhetően nemcsak hatékonyabbak lettek, de kevésbé károsak az egészségre és a környezetre is.

A műanyagok feldolgozásának különböző technológiáinál fontos információ az ömledék viszkozitásának hőmérséklettől és nyírási sebességtől függő értéke. Ilyen adatokat különböző reométerekkel, de laborextruderekre szerelhető résszerszám viszkozitás-mérőkkel is kimérhetünk. Az Anton Paar GmbH új komplex mérő berendezésével a reológiai adatok mellett meghatározhatjuk a műanyagok mechanikai jellemzőit is.

Az egyre vékonyabb fóliák gyártásához új adalékokat fejlesztettek ki, amelyek a fólia súrlódását beállítják, a sztatikus feltöltődést, a fólia párásodását megakadályozzák. Terjed a hamisítás elleni védelmet nyújtó adalékok kínálata is. Az újdonságok között barrier hatású mesterkeverékeket és a reciklátumok minőségét javító adalékokat is találunk.

A dinamikus mechanikai analízisből sokkal több mindent lehet megtudni a polimerek szerkezetéről és mechanikai tulajdonságairól, mint a módszer alkalmazójának többsége gondolná. Ennek a vizsgálati módszernek a lehetőségeit és kapacitását még távolról sem használják ki kellőképpen.

A chemnitzi egyetem kutatói bazaltszál erősítésű poliamidot fejlesztették ki, amelyet sikeresen alkalmaztak ipari célokra is. A poli(tetrafluor-etilén) kompaundoknál problémát okoz az adalék és a mátrix közötti rossz adhézió. Szén mikroszálakat tartalmazó adalékkal sikerült az adhéziót növelni.

A nagyméretű csövek gyártási költségeinek 90%-a anyagköltség, emiatt selejtet gyártani kockázatos dolog. Nem véletlenül fejlesztettek ki olyan különböző érintésmentes online mérőeszközöket, amelyek folyamatosan ellenőrzik az extruderből 0,5 m/min körüli sebességgel kilépő csövek átmérőjét, falvastagságát, ovalitását, és esetenként belógását is, egyidejűleg jelzik a szabályozórendszernek, hogy helyre kell állítania az optimális gyártási folyamatot. Egyes eszközök már az Ipar 4.0 és az IIoT jövőbeni követelményeit is ki tudják elégíteni.

A műanyagok többségét az UV sugárzás többé-kevésbé károsítja. Elszíneződés, sárgulás vagy éppen kifehéredés lép fel, de a mechanikai tulajdonságok is romolhatnak. Ezért fontos, hogy kültéri alkalmazáskor a műanyagokat adalékokkal védjük. A műanyagok elektromos és hővezető képességét grafittal lehet növelni. Egy vizsgálatsorozatban négyféle grafittal készítettek PP és PA kompaundokat és meghatározták tulajdonságaikat.

A műanyagokat gyártó és feldolgozó vállalatok fejlesztéseinek egyik megoldandó feladata, hogy termékeik kielégítsék a tűzvédelem, a környezetvédelem és az egészségvédelem egyre szigorodó előírásait, emellett ezeknek a termékeknek meg kell őrizniük a különböző iparágakban szavatolt funkciós tulajdonságokat is. Az építőiparban alkalmazott polisztirolhabok, a szálgyártás és textilipar számára ajánlott néhány újdonságot a publikáció 1. részében mutattuk be, az elektromos és elektronikai iparnak szánt új anyagokat ebben a 2. részben ismertetjük.

A műanyagok vizsgálatában terjednek az on-line és az in-line mérések alkalmazása. Ma már elengedhetetlen az eszközök összekapcsolása a Tárgyak Internetén (IoT) keresztül. A granulátumokban található szennyeződések mérésére új módszereket fejlesztettek ki. A többváltozós adatelemzési (MVDA) módszerek nagyobb pontosságot és a változók közötti kapcsolatok alaposabb magyarázatát nyújtják. A gyógyászatban használt mű-anyagok vizsgálatához jól bevált a kísérleti gyártás alkalmazása. A PVC visszatérését a gyógyászatba jelzi, hogy alternatív lágyítókat fejlesztenek.

A műanyagokat gyártó és feldolgozó vállalatok fejlesztéseinek egyik megoldandó feladata, hogy termékeik kielégítsék a tűzvédelem, a környezetvédelem és az egészségvédelem egyre szigorodó előírásait, emellett ezeknek a termékeknek meg kell őrizniük a különböző iparágakban szavatolt funkciós tulajdonságokat is. Az építőiparban alkalmazott polisztirolhabok, a szálgyártás és textilipar számára ajánlott néhány újdonságot a publikáció 1. részében, az elektromos és elektronikai iparnak szánt új anyagokat a 2. részben mutatjuk be.

A poliamidok a műszaki műanyagok legnagyobb csoportját alkotják, sok területen képesek kielégíteni a követelményeket, és ezért nagyon széles az alkalmazási területük az autóipartól az elektromos és elektronikai iparon keresztül a különböző műszerek szer-számok és ipari alkatrészek gyártásáig. Fejlesztésükben nagy szerepet játszanak a különböző adalékanyagok, amelyekkel a poliamidot alkalmassá teszik az adott alkalmazás-ra és az általuk elérhető teljesítmény fokozására. Adalékok segíthetnek a poliamidok tulajdonságainak megőrzésében a reciklálás során is.

A világ számos részén óriási akváriumokban közelről mutatják be a tengerek élővilágát. Ez a látványosság nagy tömegeket vonz. A poli(metil-metakrilát) az akváriumok kitűnően bevált alapanyaga, de csak akkor, ha megfelelő szakismerettel használják fel. Ennek hiánya katasztrofális hibákhoz vezethet.

A műanyagiparban az adalékanyagoknak óriási jelentőségük van. Segítségükkel a termékek sokféle tulajdonságát lehet módosítani, pl. a műanyag alapanyagok ütésállóságát növelni. Az alábbiakban erről és a fóliák feldolgozását segítő új adalékokról olvashatnak.

Kétkomponensű fröccsöntéssel sokféle érdekes terméket lehet termelékenyen gyártani. Ez az eljárás arra is alkalmas, hogy kemény hőre lágyuló műanyagokat és puha tapintású, rugalmas termoplasztikus elasztomereket társítsanak egymással. Az utóbbiak választéka az elmúlt években rendkívüli mértékben bővült, és ezért nem könnyű előre megjósolni, hogy egymásra fröccsöntve kielégítik-e az elvárt igényeket. Két kutatócsoport vizsgálta azt, hogy milyen anyagpárok képesek egymáshoz nagy erővel kötődni, és hogy hogyan befolyásolják a feldolgozási paraméterek és a környezeti viszonyok a tapadás mértékét.

Az öntött PA6 mechanikai megmunkálása során keletkező hulladékok értékes tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezért indultak kutatások a hulladékok reciklálására. Német kutatók kétféle adalékkal végzett kutatásai már sikerre vezettek.

A környezetkímélő biobázisú műanyagoktól elvárják, hogy tulajdonságaik legalább olyan jók legyenek, mint a kőolajalapúaké, de legalábbis elégítsék ki az egyes iparágak egyre szigorúbb követelményeit. A PLA-t pl. kezdetben elsősorban a csomagolóipar számára ajánlották, mert arra számítottak, hogy könnyű biodegradálhatósága miatt rövid idő alatt lebomlik, és csökkenti a műanyaghulladék mennyiségét. Ma a felhasználók már szívósabb és tartósabb PLA-kat keresnek. A biobázisú műanyagok alaptulajdonsága, hogy könnyen gyulladnak és jól égnek. De csak akkor lesznek piacképesek, ha éghetőségüket drasztikusan csökkentik úgy, hogy emiatt egyéb pozitív tulajdonságaik, pl. mechanikai tulajdonságaik ne változzanak. Az alapanyaggyártók igyekeznek minden követelményt kielégíteni.

Úgy tűnik, a műanyagok égésgátlása új lehetőségeket kapott. A kis molekulatömegű égésgátló vegyületek helyett polimer égésgátlókat kínálnak; növekszik a halogénmentes készítmények választéka; az ATH-nak már van foszfort tartalmazó szerves anyaggal módosított változata, és az ATO helyett nehézfémmentes szinergetikus adalék is forgalomba került. Bármilyen hihetetlen, van ahol a papírgyártás hulladékából, a ligninből készítenek égésgátlót.