Műanyagok tulajdonságai, vizsgálatok

A műanyagok alkalmazási területeit szélesíti, hogy ütésállóságukat sokféle módszerrel lehet növelni. A fejlesztések motorja az autóipar, amelynek az acél alkatrészek műanyagokkal történő cseréjéhez kiváló minőségű és mechanikai tulajdonságú polimerekre van szüksége.

-

A Covid-19 járvány elterjedésével újból érdeklődés mutatkozik az olyan adalékanyag-technológiák iránt, mint a biocidek és antimikrobiális (mikrobaölő) szerek, amelyek a műanyag termékek tulajdonságainak megőrzése mellett javítják a higiéniai teljesítményt is. Az alábbiakban a legújabb vírus- és baktériumölő szerekről olvashatnak.

Speciális mikroméretű geometriával kialakított szilikon filmfelület a baktériumok elleni védekezésben kínál kedvező megoldást. A Türingiai Textil-és Műanyag Kutatóintézet különleges célszerszámmal különböző mikroméretre strukturált víztaszító és szupervíztaszító szilikon fóliaréteget állított elő. Az optimális méretezésű szilikonfelületet beható optikai vizsgálatok elvégzését követően a nedvesíthetőségre jellemző kontaktszög meghatározásával választották ki. Kezdeti kísérleti tapasztalatok alapján a baktériumok tapadásának hatékonyabb megakadályozása önkenő szilikon kombinációval fokozható.

A HDT a műanyagok terhelés alatti deformációjának kezdeti hőmérséklete, amelyet évtizedek óta alkalmaznak a műanyagok hőállóságának jellemzésére. Ez egy ún. egy pontos érték, amely csak a vizsgálat körülményei között érvényes. A műanyagok tulajdonságait mélyebben tanulmányozó kutatók már hosszú évek óta igyekeznek az ipari szakembereket meggyőzni arról, hogy helyette inkább a dinamikus mechanikai elemzést (DMA) kellene alkalmazni, a feldolgozó üzemek mérnökeinek többsége ezt az eljárást túl bonyolultnak tartja. Egy amerikai tanácsadó cég vezetője, M. Sepe cikksorozatában azt mutatja be, hogy a DMA görbékből bonyolult matematikai számítások nélkül is nagyon fontos információkat lehet kapni a műanyagok tulajdonságairól. Publikációnk előző számban megjelent 1. része azzal foglalkozott, hogy mennyivel többet árul el a DMA a vizsgált műanyag rugalmassági modulusáról, mint a HDT (amely lényegében az a hőmérséklet, amelynél a polimer rugalmassági modulusa hirtelen csökken); az ebben a számban megjelenő 2. rész pedig a DMA görbékből leolvasható további hasznos ismereteket tárja fel.

A HDT a műanyagok terhelés alatti deformációjának kezdeti hőmérséklete, amelyet évtizedek óta alkalmaznak a műanyagok hőállóságának jellemzésére. Ez egy ún. egypontos érték, amely csak a vizsgálat körülményei között érvényes. A műanyagok tulajdonságait mélyebben tanulmányozó kutatók már hosszú évek óta igyekeznek az ipari szakembereket meggyőzni arról, hogy helyette inkább a dinamikus mechanikai elemzést (DMA) kellene alkalmazni, azonban a feldolgozó üzemek mérnökeinek többsége ezt az eljárást túl bonyolultnak tartja. Egy amerikai tanácsadó cég vezetője, M. Sepe cikksorozatában azt mutatja be, hogy a DMA görbékből bonyolult matematikai számítások nélkül is nagyon fontos információkat lehet kapni a műanyagok tulajdonságairól. Publikációnk 1. része azzal foglalkozik, hogy mennyivel többet árul el a DMA a vizsgált műanyag rugalmassági modulusáról, mint a HDT (amely lényegében az a hőmérséklet, amelynél a polimer rugalmassági modulusa hirtelen csökken); a következő számban megjelenő 2. rész pedig a DMA görbékből leolvasható további hasznos ismereteket tárja fel.

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.