Műanyagok tulajdonságai

A szigetelő tulajdonságú anyagok, így a műanyagok sztatikus feltöltődése a mindennapokban is kellemetlen, de az iparban komoly veszélyeket rejt magában. A cikkben az egyes anyagok feltöltődési hajlamát és az ellene való védekezés módszereit ismertetik.

A műszaki műanyagok előnyös tulajdonságait adalékolással, más polimerekkel való ötvözéssel tovább lehet javítani. A feladat azonban nem egyszerű, mert egyes tulajdonságok jobbítása másokat rossz irányba befolyásol. Ásványi töltőanyaggal és speciális szilikon kopolimerekkel sikerült az autóipar, az orvostechnika és az irodai eszközök anyagválasztékát tovább bővíteni.

A kábel- és gumigyártásban nagy mennyiségben alkalmazott környezetkímélő szervetlen égésgátló, az alumínium-hidroxid (ATH) hátránya, hogy csak 50-65%-ban adagolva fejt ki elfogadható védőhatást, ilyen magas arányban viszont hátrányosan befolyásolja a polimerkeverék tulajdonságait és nehezen feldolgozhatóvá teszi azt. Egy új ATH-típus – jó égésgátló hatását megőrizve – az utóbbi hátrányokat enyhíti. A töltetlen vagy kevés töltőanyagot elviselő rendszerekben a halogéntartalmú égésgátlókat gyakran foszfortartalmúakkal próbálják helyettesíteni. Ezek egy új képviselője jelent meg a piacon, amelyet elsősorban PP-hez ajánlanak, de a későbbiekben más hőre lágyuló anyagokba keverhető változatai is meg fognak jelenni.

Habár új fajta töltőanyag nem igen jelenik meg a piacon, a fejlesztők igyekeznek a töltőanyag-tartalmú kompaundok tulajdonságait tovább javítani, ill. módosítani. Az ásványi eredetű töltőanyagok mellett figyelmet érdemel a megfelelő szilárdságú üveggömb adalék is.

A motortérben a műanyagokat hosszú idejű ciklikus terhelések érik, ráadásul agresszív közegben. Ez a komplex igénybevétel tette szükségessé egy speciális próbatest kifejlesztését, amellyel a műszaki műanyagok fáradási tulajdonságait lehet vizsgálni és szimulálni. Egy másik törekvés a meghibásodások megelőzésére a tönkrement alkatrészek analízise, az eredmények adatbankba sűrítése.

A műanyagipar gazdag kínálatában fellelhető – különösen a speciális igényeknek is megfelelő – műanyagféleségek nagyszámú jellemzőinek áttekintéséhez, összehasonlításához az internetes segítség ma már nélkülözhetetlen.

A nagyobb mechanikai terheléseknek kitett alkatrészek, elemek egyre gyakrabban hibrid szerkezetűek, azaz két- vagy többféle anyagból, pl. fémből és műanyagból épülnek fel. A szerkezetek minőségének ellenőrzésére általában különböző mérési módszerek kombinációja szükséges.

Ahhoz nem fér kétség, hogy a műanyagok éghetőségét csökkenteni kell. A jól bevált brómos égésgátlók helyett viszont jó lenne halogénmentes rendszereket alkalmazni. Ennek két viszonylag új útja lehet: a nanoagyagok bevezetése vagy a tűz hatására kokszosodó védőréteg kialakulása a műanyag felületén.

A korszerű polietilén csőanyagok várható élettartamának meghatározása a szokásos tartós hidrosztatikai nyomás alatti vizsgálattal olyan hosszú időt vesz igénybe, amely elfogadhatatlan a csőgyártók és felhasználók számára. Ezért olyan eljárások kifejlesztésén dolgoznak, amelyek olcsóbbak és gyorsabbak, mégis megbízhatóak. A következőkben két teljesen eltérő elképzelést mutatunk be. Az egyik a stabilizátorok fogyását, a másik egy matematikai modellt próbál felhasználni a csövek tartósságának előrejelzésére.

A műanyagok öregedésének vizsgálata „szakállas téma”. A természetes körülmények között végzett öregítő vizsgálatok mellett egyre fontosabb szerepe lett a beállítható és ellenőrizhető paraméterek hatásának megállapítása, és az eredményekből a műanyag-termék várható élettartamának a becslése. A mesterséges öregítő berendezésekben a napfény spektrumát a fényforrások és a minták közé helyezett szűrőkkel igyekeznek megközelíteni. Az öregedésben a hőmérséklet nagysága is szerepet játszik.

Az első igazán sikeres hőre lágyuló műanyag a PVC mellett a poliamid a legendás nylonharisnya alapanyagaként lett népszerű. A poliamidok feldolgozás közben könnyen degradálódnak, ezért a stabilizálás többféle módját fejlesztették ki. A PA-hulladék újrahasznosítása is a degradáció révén visszanyert alapvegyületek felhasználásán alapul. A fröccsöntés alatti termooxidatív bomlás visszaszorítására megvizsgálták a polimer oxigénmentesítésének és az inert atmoszférában végzett feldolgozás lehetőségeit.

A mintegy 40 éve a gáz és a víz szállítására sikeresen alkalmazott PE-HD csövek élettartamát nagy részben a lassú repedésterjedés (slow crack growth – SCG) határozza meg. Az SCG kifejlődését előrejelző módszerek fejlesztésével, finomításával több kutatóhelyen foglalkoznak.

Számos műanyag felületére apoláris jellege miatt rosszul tapadnak a lakkok, festékek, ragasztók, ezért a felületet különböző eljárásokkal aktiválják. Az aktiválásnak nemcsak hatékonynak, de energiatakarékosnak is kell lennie, ezért a fejlesztés folyamatos. Egy cég többféle műanyagot többféle eljárással aktivált, és vizsgálta a kezelés hatását a felületi energiára és a lakkok tapadására.

A műanyagok legtöbbje könnyen meggyullad és gyorsan ég. Éghetőségüket különféle kémiai természetű égésgátlókkal csökkentik. Az olcsó és legjobb hatásfokú halogéntartalmú égésgátlókat sokan egészségre és környezetre nézve kockázatosnak tartják, ezért számos cég halogénmentes égésgátlókat vagy ilyeneket tartalmazó csökkentett éghetőségű műanyagkeverékeket fejlesztett ki. A vegyipar biztonságát célul kitűző REACH program végrehajtásától azt remélik, hogy a regisztrációt elnyerő anyagok – legyenek akár halogéntartalmúak, akár halogénmentesek – kockázat nélkül alkalmazhatók lesznek.

A műanyagtermékek tervezését nagyban segítik az alapanyagok tulajdonságait összesítő adatbankok. Ezek egyik úttörője a CAMPUS, amelyet 20 évvel ezelőtt alapított néhány nagy európai műanyag alapanyaggyártó cég. Az adatbázist fenntartó konzorciumnak az elért eredmények mellett ma szembe kell nézniük a jövő kihívásaival is.

A műanyagoktól hol azt várjuk, hogy áteresszenek bizonyos közegeket, mint pl. a geotextilek a vizet, hol pedig azt, hogy megakadályozzák az áthatolást, pl. a csomagolóanyagok az oxigénét. A következőkben mindkét elvárás teljesítésének elősegítésére mutatunk be gyakorlati példát.

A PE-HD flakonok és palackok régóta kedvelt csomagolóeszközök. Feldolgozásuk mégis rejt veszélyeket magában: a termékben maradó feszültségek feszültségkorróziót okozhatnak, a feldolgozáskor nemkívánatos oxidáció léphet fel. E jelenségek kiküszöbölésére ad jó tanácsokat a fúvási technológia elismert amerikai szakértője.

Sokan még ma is úgy tekintenek a termoanalitikai műszeres vizsgálatokra, mintha azok kizárólag a tudományos kutatásban lennének alkalmazhatók. Az alábbi összefoglaló röviden ismerteti ezekkel a műszerekkel nyerhető információkat, amelyek bizonyítják a termoanalitika hasznosságát az ipari problémák megoldásában. A kapilláris reometria a fröccsöntés optimalizálásában nyújt hasznos segítséget.

A REACH-en kívül két másik irányelv is befolyásolja a kompaundok, mesterkeverékek és az adalékok fejlesztését. Az Európai Unió (EU) törekszik a veszélyes anyagok használatának visszaszorítására és ennek érdekében a már elhasznált elektronikai és villamosipari készülékek anyagainak hasznosítását is előírja.

Az elektromos és elektronikus eszközök biztonságát az EU-ban új törvények szavatolják. Ezek megtiltják a mérgező anyagok, közöttük a nagyon jó hatásfokú halogéntartalmú égésgátlók használatát, ugyanakkor szigorú követelményeket támasztanak a tűzbiztonságra. Az éghetőségi vizsgálatokon és az ezeken alapuló minősítésen is van még javítani való. A Clariant cég egy foszfinalapú égésgátlójával biztató eredményeket kaptak.