Műanyagok tulajdonságai, vizsgálatok

A karc- és kopásállóság, valamint a műanyagok felületének esztétikája egyre nagyobb szerepet játszik a legtöbb látszó alkatrész, illetve termék esetében. Míg a kutatók egyre hatékonyabb tesztekkel kutatják a probléma kialakulásának körülményeit, az alapanyag- és adalékgyártók újabb fejlesztésekkel álltak elő többek között az üvegszálerősítéses műanyagok és a biopolimerek általános megjelenésének javítása, kopásállóságuk növelése és súrlódási tényezőjük csökkentése érdekében.

A begyűjtött műanyaghulladék nagyarányú újrahasznosításához hatékony típus- és szín szerinti válogatás szükséges, amit megbízható műszeres vizsgálatokkal lehet elérni, illetve ellenőrizni. A NIR alapú szeparációs technológiáknak alternatívája lehetnek a darabok felületén elhelyezett digitális vízjelek, amelyek pontosabbá és hatékonyabbá tehetik a fogyasztói műanyaghulladékok válogatását.

A nagysűrűségű polietilént (HDPE) elterjedten használják lemezek, csövek, geomembránok és egyéb – vegyszeres környezetben is használt – termékek gyártására. Mivel az anyag érzékeny a környezeti feszültségrepedezésre (Environmental Stress Cracking – ESC) az ezzel kapcsolatos vizsgálati metódusokat, illetve szabványokat folyamatosan fejlesztik.

A műanyagtermékek mechanikai tulajdonságaik szempontjából történő minősítése sok területen nélkülözhetetlen. A termékek alakja azonban sok esetben nem teszi lehetővé a vizsgálati szabványokban előírt geometriájú próbatestek használatát. Tipikus példa erre az íves geometriával jellemző csövek ellenőrzése, vagy azok a szerkezetek, amelyekből csupán kis méretű próbatest munkálható ki a vizsgálatokhoz. Ezekben az esetekben olyan alternatív mérési módszerek fejlesztésére van szükség, amelyek validálása, illetve az elterjedten használt szabványos vizsgálatokra való visszavezetése megoldható.

Az IMSYS Kft. néhány éve működő akkreditált laboratóriuma széleskörű vizsgálati szolgáltatásain túl alapkutatási tevékenységet is végez a műanyagok újrahasznosítása területén. Felszereltsége elsősorban a műanyagok mechanikai, termikus, reológiai, optikai, mikroszkópiai és spektroszkópiai méréseit teszi lehetővé, fő tevékenységei az anyagfejlesztéshez, tönkremeneteli okok analíziséhez és egyéb szabványos vizsgálatok elvégzéséhez kapcsolódnak

A hőre lágyuló műanyagok folyási tulajdonságait leggyakrabban az ömledékindex segítségével mérik. Mérését két szabvány írja le. Az első látásra egyszerűnek tűnő mérés számos buktatót rejt, ezért megbízható és reprodukálható eredményekhez hasznos a részetekre odafigyelni.

A műanyagok tulajdonságait, így ütésállóságát is adalékokkal módosítani lehet. Az alábbiakban ezekről adunk áttekintést.

Kompaundálásnál a végtermékek minőségének biztosítása egy sor vizsgálatot igényel, amelyek gyorsasága, pontossága és költséghatékonysága kulcskérdés a gyártás hatékonysága szempontjából. A legfontosabb vizsgálatok – a nyersanyag azonosítása, a kémiai és fizikai – főleg a termikus – tulajdonságok és azoknak az adalékokkal való kölcsönhatásának vizsgálata, és ezekhez ma már szorosan hozzájön a környezeti hatások, elsősorban a lebomlás vizsgálata.

A termékek egyedi azonosítása ma már nemcsak a hamisítás elleni harcban fontos, hanem a teljes élettartam során is értékes információkat szolgáltat. Az alábbiakban két új technikát mutatunk be, az egyik adalékot alkalmaz, a másik pedig egy „láthatatlan” jelölést.

A poliamidok jelentős szerepet játszanak az autóiparban. A motortérben hűtőfolyadékot szállító csövek anyagaként alkalmazzák, ahol magas és ingadozó hőmérsékleteken és különböző közegeknek kell ellenállniuk hosszú időn keresztül. A tulajdonságok ellenőrzésére kidolgoztak vállalati szabványokat, azonban a hosszú távú vizsgálatok kiegészítésre szorulnak.

Vajon öregíti-e a műanyagok felületét az UV sugárzással történő fertőtlenítés?

Az alapanyagokat a műanyag-feldolgozók ma már nemcsak az ömledékviszkozitás (Melt-index) mérésével ellenőrizhetik, hanem mélyebb szerkezetvizsgálatokat is végezhetnek. Ez utóbbiaknak különösen a reciklált anyagok feldolgozásánál van jelentősége. Másik szempont, hogy a vizsgálatoknak mind az alapanyagok, mind a feldolgozás, mind a késztermék minősítésére ki kell terjednie.

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.