Upload
henry
View
68
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
EL ŐGYÁRTÁSI TECHNOLÓGIÁK. M ŰANYAGOK. M űanyagok mesterséges szerves anyagok. eredetüket illetően. Természetes alapúak. Mesterséges alapúak. Kiindulási anyagaik makromolekulák - polimerek. Kiindulási anyagaik kismolekulák - monomerek. polireakciók által makromolekulákká alakítják. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
MŰANYAGOK
ELŐGYÁRTÁSI TECHNOLÓGIÁK
Műanyagok
mesterséges szerves anyagok
eredetüket illetően
Természetes alapúak
Mesterséges alapúak
Kiindulási anyagaik makromolekulák - polimerek
Kiindulási anyagaik kismolekulák - monomerek
polireakciók által makromolekulákká alakítják
A természetes alapú műanyagok főként: poliszacharid (szénhidrát) protein (fehérje)
lipid (kaucsuk)
Természetes alapú műanyagok előállítása
alapúak
Cellulózalapú műanyagok előállítása
cellulóz-xantogenátból nyert viszkóz-oldatból: viszkózselyem, viszkóz műszál készül
nitrocellulóz
szívós, ütésálló, átlátszó, hőre lágyuló
acetilcellulóz
nagy-szilárdságú műszálak, „nem gyűrődő” anyag
nehezen gyulladnak meg, víznek, olajoknak,savaknak, lúgoknak ellenállnak
Kaucsukalapú műanyagok előállítása
latex
latexből nyert kaucsukhoz ként adagolnak vulkanizálás során
habosítóanyagok által habszerű keverékállapot jön létre
Fehérjealapú műanyagok előállítása
lefölözött tejből oltóval, savakkal kicsapatva kazeint állítanak elő, majd ebből kazein-formaldehidet (galalit)-szaruszerű műanyag
bőrhulladékokból, csontokból, vérfehérjékből enyvet, zselatinhártyát, filmet készítenek
A természetes alapú műanyagok felosztása
Mesterséges alapú műanyagok előállítása
ALKÁN (paraffin)
Alifás telített szénhidrogén
CnH2n+2CH4 =metánC2H6 = etánC3H8 = propánC4H10 = bután
ALKÉN (olefin)
Alifás telítetlen szénhidrogén
CnH2nCH2 =metilénC2H4 = etilénC3H6 = propilénC4H8 = butilén
ALKIN Alifás telítetlen szénhidrogén
CnH2n-2C2H2 = acetilén (etin)
Alapvetően szénhidrogén bázisúak, nyersanyaguk: kőolaj, földgáz, kőszén
Kémiai képlet Példák
Alkohol CnH2n+1OH CH3OH = metanolC2H5OH = etanol
Aldehid CnH2n+1COH CH2O = metanal (formaldehid)C2H4O = etanal
Karbonsav - COOH CnH2n+1COOH = alkánsav
Keton R – CO –R, CnH2n+2COC2H6CO = aceton
Észter O II – O – C –
CnH2n+2COO
A szénhidrogéneken kívül egyéb vegyületek is felhasználhatók műanyaggyártásra, amelyek a szénen és hidrogénen kívül további elemeket is tartalmaznak
A kiinduló nyersanyagokból két szakaszban állítanak elő szintetikus polimereket:
Polimerizálható, kettős vagy többszörös kötéseket tartalmazó monomerek létrehozása
Monomerek kötéseinek felhasítása (aktív kapcsolódásra képessé tétele), majd makromolekulák : polimerek létrehozása polireakciók által
Polimerek előállítása
polimerizáció polikondenzáció poliaddíció
1)
2)
polimerizáció
Telítetlen, szerves monomer molekulák aktiválása (felbontása és reakcióképessé tétele) és a szabad vegyértékek telítése (összekötése) melléktermék keletkezése nélkül, exoterm láncreakciókban, kovalens kötések kialakításával. Lehet: homopolimerizáció vagy kopoli-merizáció
Pl. polietilén (PE), polipropilén (PP), polisztirol (PS), PVC stb.
Különböző típusú monomerek egyesítése láncreakcióban makromolekulává kismolekuláris reakciótermékek (H2O, HCl, NH3, NaCl stb.) keletkezése mellett.
Pl. telített (hőre lágyuló) poliészter poliamid (PA), fenoplaszt (PF), telítetlen poliészter (UP) stb.
Reakcióképes funkciós csoportok egyik monomerből egy másikhoz való átrendeződése melléktermék keletkezése nélkül.
Pl. poliuretán (PUR), epoxigyanta (EP), szilikongyanta (SI).
polikondenzáció poliaddíció
A mesterséges alapú műanyagok felosztása
Előnyei:- kis sűrűség (0,9…2,0 · 103 kg/m3)- kis rugalmassági modulus (0,7…4000 MPa, hőre keményedőnél 2500…10000 MPa)- kis szakítószilárdság (5…80 MPa)- általában nagy nyúlás (100…800 %)- jó siklási tulajdonság, kis súrlódási együttható- kis hővezető képesség- jó elektromos szigetelő- jó ellenállás savakkal, lúgokkal - környezeti hőmérsékleten- jó hangszigetelés, rezgés- és zajcsillapítás- könnyű megmunkálhatóság- viszonylag kis gyártási ár
Hátrányai:- nagy hőtágulási együttható- kisebb szilárdság és merevség- elektrosztatikus feltöltődés- kúszási hajlam már 20oC-on is- nagyobb öregedési hajlam - normál környezeti hatásokra- kis kifáradási határ- nagyobb gyúlékonyság
Polimerek jellemző tulajdonságai
Polimerek jellemző hőmérsékletei
Üvegesedési hőmérséklet ,Tg
Kristályolvadási hőmérséklet, Tkr
Olvadási hőmérséklet, To
Degradálódási hőmérséklet, Td
POLIMEREK Molekula-közi erők
Jellemzőhőmérsékletek
Példa
Hőre lágyuló polimerekplasztomerek
Van der WaalspolárosH - híd
amorf: Tg, To, Td
amorf:PS, PVC,PMMA,PC
részben kristályos:Tg, Tkr, To, Td
részben kristályos:PE,PP,PTFE,POM,PA
Hőre keményedő polimerekduromerek, duroplasztok
kovalens (sok)
amorf:Tg, Td
fenol-formaldehid gyanták(fenoplasztok, bakelitok)amin-formaldehid gyanták(aminoplasztok, lágy bakelitok)telítetlen poliészterekepoxi gyanták
Elasztomerek kovalens (kevés)
amorf: Tg, Td
természetes kaucsukmesterséges kaucsuk
Polimerek jellemző kötéstípusai és hőmérsékletei
Tg Tkr To Td
Amorf plasztomer Részben krist. plasztomer
Elasztomer Duromer
Néhány polimer termoállapota
Műanyagok feldolgozó eljárásaiKiinduló anyagok:
Granulátumok – hőre lágyuló műanyagok
Gumimasszák – vulkanizálás által dolgozzák fel
Duromer-komponensek – készrepolimerizálásra alkalmas állapot
Félkész gyártmányok
vagy
Késztermékek
készíthetők
- Nyílt terű alakítás, szál- és lemezanyagok gyártása
- Zárt üregű alakítás, formadarabok és alakos termékek gyártása
- Habok és kompozitok előállítása
Az eljárások csoportosítása:
Nyílt terű alakítás, szál- és lemezanyagok gyártása
EXTRUDÁLÁS(csigapréselés): végtelen hosszú szálas anyagok (rúd, cső, profilok) gyártása.Forgó fémcsiga nyomja át a granulátumból létrejött lágy masszát a megfelelően kiképezett szerszámnyíláson.
Belépő szakasz (nagyítva)
FÓLIAFÚVÁS
Vastag falú extrudált csőből fólia cső készítése légfúvással. A fóliafúvás folyamatos, az előállított fóliacsövet feltekercselő hengerrel tekercselik fel.
KALANDEREZÉS
Vékony lemezek, szalagok, fóliák előállítási technológiája. Az extruderből kilépő vastag, képlékeny masszát elősajtoló hengerek között vékonyítják, majd különféle elrendezésű, fűtött hengerek közé vezetik, ahol a fólia a végleges vastagságát eléri. A kalanderezés gumilemez és szövetgumi előállításának is fontos eljárása.
VákuumformázásHőre lágyuló lemezek alakítási technológiája, amelynek során a lemezt felmelegítik és a meglágyult lemezt vákuum segítségével formálják. Alkalmazható negatív (vagy szívó) eljárás, továbbá pozitív (vagy nyújtó) eljárás.
levegőelszívás
Lemez negatív vákuumformázása
Extruder- préslégformázás Üreges testek (flakonok, palackok, tartályok) gyártását teszi lehetővé. Extrudálással előállított csövet még képlékeny állapotban levegő fúvással tágítanak,amelynek következtében a cső rányomódik a forma hűtött belső falára és megszilárdul.
Zárt üregű alakítás, formadarabok és alakos termékek gyártása
FröccsöntésA megolvasztott képlékeny masszát extrudercsigával (egy fúvókán keresztül) a szerszám formázóterébe nyomják. Az olvadék felveszi a szerszám üregének alakját és gyorsan megszilárdul. Az alakítószerszám szétnyitása után az alakos termék eltávolítható.
Prés-sajtolás
Gumirugalmas és hőre keményedő műanyag présmasszák feldolgozó eljárása. A hő és a nyomás hatására a sajtolandó anyag meglágyul, kitölti a szerszámteret, térhálós szerkezet képződése kötben kikeményedik.
Műanyag habok előállítása: habképződés
A bekevert adalékok kémiai bomlása vagy gázosodása következtében apró buborékok keletkeznek, amelyek habosodást idéznek elő. Különböző sűrűség állítható be ( 5 – 200 kg.m-3), vátoztatható továbbá a hővezetési tényező, a hőállóság, a rugalmasság, a nyomószilárdság, a vegyi ellenálló-képessg is.
A habképződés folyamata (térfogatváltozás a habosodás során)
Műanyag habok előállítása:expandált polisztirol hab (EPS)
Habosító adalékot tartalmazó polisztirol granulátumot expandáltatnak, (a granulátumok 20-50 szeres térfogatra felfúvódnak), ismételt elgőzölögtetés során összetapadnak. Az EPS habok nehezen éghetők, nem rothadnak, nem gombásodnak, könnyen megmunkálhatól.
Műanyag habok előállítása: egyéb habok• Extrudált polisztirol hab
(XPS):polisztirol granulátumot extruderbe visznek, a képlékeny zónában adják hozzá a habosító adalékot, és a nyíláson kiengedve hozzák végső méretre
• Polietilén lágy hab (polifoam):polietilén + habosító adalékból lágy, alakítható hab nyerhető
• Poliuretán habok (PUR):poliizoacetát és poliol kis vízzel összekeverve, CO2 fejlődés mellett habosodik
Természetes alapú műanyagokból készült termékek
Általános rendeltetésű műanyagokból készült termékek
poli(vinil-klorid)
Különleges tulajdonságú műanyagokból készült termékek
Gumirugalmas műanyagokból készült termékek
Hőre keményedő műanyagokból készült termékekfenoplasztok-
bakelitek
A jövő polimergyártásának néhány útja…
1. Természetes úton lebomló műanyagok2. A szervezetben lebomló és szövetbarát műanyagok3. Nagyteljesítményű kompozitok és különleges tulajdonságú polimerek
Természetes úton lebomló műanyagok- műanyag kukoricakeményítőből, hőre lágyulnak, nagy szakítószilárdság, jó színezhetőség, formálhatóság, természetes úton lebomló, emészthető. Pl.: talajban elbomló virágcserepek.
- műanyag tejsavból, a búzából, kukoricából és burgonyából kivont keményítőt hidrolizálják glükózzá, majd bioreaktorban erjesztik, ahol a tejsavbaktériumok tejsavvá alakítják. A tejsavmolekulák kondenzálódnak majd polomerizálódásuk következik.
- műanyag narancsból, összetétele: narancshéjból kivont limonén, szén-dioxid, katalizátorok, adalékanyagok. Tulajdonságai megegyeznek a polisztiroléval, hőre lágyuló, szénláncú polimer, természetes úton lebomlik. Pl.: eldobható műanyag termékek (pohár).
Az emberi szervezetben lebomló és szövetbarát műanyagok- sebvarró cérna, Vicryl, 90% poliglikolsav, 10% L-tejsav kopolimere, amely elveszíti szakítószilárdságát, majd hidrolízissel alkotórészeire bomlik szét (5-10 hét).
- késleltetett oldódású tabletták, A hatóanyag a bélcső megfelelő helyén kerülhet ki. A külső szilikon bevonat csak a gyomorban oldódik le,
a belső hatóanyag-tartalom a lúgos vékonybélben képes felszívódni (pl. Kreon tabletta)
- testrészek pótlására, szilikonok (orr, fül, mell, arc, szem, kontaktlencse).
- gerincgyógyászat, poliuretánok ( Bryan-protézis). A csigolyák közti porckorongok elkopásakor, alul-felül titán bevonat, porózus – csontos benövés.
- fogtömő anyagok, önkötő akrilátok, kompozíciós kötőanyagok, fényre polimerizálódó kompozitok.
Néhány érdekesség …
• 1. A világon 1950-ben évente 5 millió tonna, ma már 80 millió tonna műanyagot állítanak elő.
• 2. A szennyeződések miatt az eldobható palackok anyagát nem lehet élelmiszerek csomagolására használni.
• 3. A PET palackokból műszálakat készítenek, 5 palack elegendő egy trikóhoz, 25 egy hálózsák béléséhez.
• 4. Az egyes anyagok előállításának energiaszükséglete összehasonlítva: műanyag : alumínium : acél = 1 : 3 : 8
• 5. A PET palackok cimkéje is PET műanyag, a kupakja azonban PE (ez jól zár), így azt külön kell válogatni.
• 6. Egy palack újrahasznosításával annyi energia takarítható meg, amivel egy 60 W-os izzó 6 órán át működtethető!
• 7. Az EU követelménye szerint a műanyagok 25%-át kell újra hasznosítani, ma Magyarországon még csak 7,4 %-a kerül újrafelhasználásra.
Felhasznált irodalom
[1] Bagyinszki Gyula, Kovács Mihály: Gépipari alapanyagok és félkész gyártmányok – gyártásismeret, Tankönyvmester kiadó, Budapest, 2003[2] Bagyinszki Gyula: Termelési folyamatok-szerkezeti anyagok választéka és jellemzői, BMF-BGK, Budapest, oktatási segédlet (Power Point bemutatók), 2007 [3] Czinege Imre: Gyártási folyamatok-műanyagok, SZE, Győr, oktatási segédlet (Power Point bemutatók), 2002 [4] Réger Mihály: Anyagtudomány I – polimeri I, polimerek II, BMF-BGK, Budapest, oktatási segédlet (Power Point bemutatók), 2006 [5] Albert Attila: Modern műanyagok, Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, Budapest, 2006