Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI - BME ...
Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI - BME ...
Természetes polimer szerkezeti anyagok GUMI - BME ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
POLIMERTECHNIKA TANSZÉK<br />
Morlin Bálint<br />
<strong>Természetes</strong> <strong>polimer</strong> <strong>szerkezeti</strong> <strong>anyagok</strong><br />
<strong>GUMI</strong><br />
2013. március 26.<br />
Rövid áttekintés<br />
Nyers<strong>anyagok</strong> gyarmatokról Európába<br />
felhasználhatatlan kaucsuk. (kecsua: ca-huchu kau: fa, ucsu: könnyezni<br />
„fák könnye” ).<br />
1516 De Orbe Novo<br />
A kaucsuk a hevea brasiliensis<br />
kérgét bevágva<br />
kifolyó tejszerű nedv<br />
tűz és füst hatásának kitéve rugalmas anyag<br />
megszűnik, a termék előbb ragacsossá, majd keménnyé válik.<br />
1770 Priestley fedezte fel, radírozásra használta. „rubber”<br />
1791 Samuel Peal szövetek vízhatlanítása.<br />
1820 Thomas Hancock szabadalmaztatta hengerelő berendezését<br />
(hengerszék), és rugalmas kötöző-<strong>anyagok</strong>at, kesztyűket állított elő.<br />
1
Rövid áttekintés<br />
1823-ban Charles Mackintosh felfedezte, hogy a benzol oldja a<br />
kaucsukot.<br />
két szövetréteg közé, nem ragad,<br />
de keményedik hamar tönkremegy<br />
1839-ben Charles Goodyear (philadelphiai vaskereskedő) különféle<br />
<strong>anyagok</strong>at kevert a kaucsukhoz és hevítette.<br />
Egyszer ként és ólomfehér festéket alkalmazott, és véletlenül<br />
túlhevítette.<br />
hőre kevésbé érzékeny, rugalmas anyagot nyert.<br />
Vulkanizáció<br />
(kaucsuk térhálósítása, kénnel)<br />
Rövid áttekintés<br />
Schottola Ernő 1882. február 17-én gumigyártás exKassa, céljából Debrecen céget alapított,<br />
Kerepesi úti gyártelep<br />
1891-ben azonban a bécsi Österreichische-Amerikanische Gummifabrik AG<br />
átvette a telephelyet,<br />
Magyar Ruggyantaárugyár RT (MRG), amelyben előbb 100%, majd később<br />
67% volt az osztrák tulajdon.<br />
(Ma a Michelin tulajdonában.)<br />
2
Rövid áttekintés<br />
vasúti ütközők, féktömítések<br />
1893-tól kerékpárgumik,<br />
1895-től játékkészítés (gumilabda, babák)<br />
1902-től keménygumi<br />
1909-től Palma gumisarok előállítása.<br />
1911-ben gumiabroncsok „Tauril”<br />
„Cordatic” (kordfeldolgozás)<br />
1912-ben az MRG létrehozta a<br />
Budapesti Automobil Közlekedési Rt<br />
(Autotaxi)<br />
1920-21-ben Dr.Dorogi és Társa Gumigyár Rt,<br />
csipogó gumijátékok és gumitalpú<br />
vászoncipők<br />
Hungária Gumiárúgyár Rt<br />
Alapfogalmak<br />
Elasztomerek:<br />
szobahőmérséklet körüli hőfokon legalább 100%-os nyújtásig<br />
rugalmasan (reverzibilisen) deformálható <strong>polimer</strong>ek.<br />
nagy molekulatömegű<br />
rugalmas<br />
láncmolekulák<br />
kristályos és amorf<br />
Kis feszültséggel<br />
Nagy alakváltozás<br />
Terheletlenül azonnal megszűnik<br />
3
Alapfogalmak<br />
Kaucsuk:<br />
Régebben: különböző trópusi fák nedvéből nyert rugalmas anyag<br />
ma térhálósítható elasztomert (szintetikus-természetes)<br />
természetes)<br />
Térhálósítás:<br />
az a folyamat, amelynek során a lineáris <strong>polimer</strong>eket<br />
kismolekulájú <strong>anyagok</strong> hozzáadásával<br />
térhálós rendszerré alakítják.<br />
TÉRHÁLÓSÍTOTT KAUCSUK = <strong>GUMI</strong><br />
Elasztomerek:<br />
szobahőmérséklet körüli hőfokon legalább 100%-os nyújtásig<br />
rugalmasan (reverzibilisen) deformálható <strong>polimer</strong>ek.<br />
A természetes kaucsuk szerkezete<br />
A természetes kaucsuk szerkezetének fő tömege<br />
1-4cisz-polizoprén<br />
op 4
A természetes kaucsuk termelése<br />
Kaucsukfaültetvényeken<br />
Hevea brasiliensis<br />
Dél-Amerika,<br />
Délkelet-Ázsia<br />
Afrika egyenlítői vidékei.<br />
A fa kérgét átvágják, és abból folyik a kaucsuk-latex<br />
(Kaucsuk-tej)<br />
A természetes kaucsuk termelése<br />
A természetes kaucsuk-latex összetétele<br />
%<br />
Kaucsuk szénhidrogén 32,0 – 41,0<br />
Fehérjék 2,0 – 2,7<br />
Gyanták,zsírsavak 0,5 – 3,4<br />
Cukrok és egyéb szerves <strong>anyagok</strong> 1,0 – 4,2<br />
Ásványi <strong>anyagok</strong> 0,3 – 0,7<br />
Víz 52,0 – 60,0<br />
5
A természetes kaucsuk termelése<br />
A természetes kaucsuk termelése<br />
Koagulálás<br />
Koaguláló kádban<br />
Higítás 15-20%-ra<br />
pH-beállítás ecetsav vagy hangyasav<br />
pH 4,8-5,1 koagulálás<br />
(izoelektromos pont: kolloid részecskék töltése nulla)<br />
A sebessége a latex hőmérsékletének emelésével (28-<br />
35 C fokra) gyorsítható<br />
A kádban elhelyezett kiemelhető válaszfalakon<br />
6
A természetes kaucsuk termelése<br />
RSS típusok<br />
(Ribbed Smoked Sheets)<br />
RSS 1x<br />
RSS 1-5<br />
kimosás hengerszékeken, bordázás, 2-4 napig<br />
tartó füstölés 45-60 C fokon<br />
száraz, tiszta, egyenletes füstölés, hólyag-<br />
szennyeződés-mentes, hibátlan csomagolás<br />
minőségi sor a fenti szempontokra<br />
Krepp típusok (crepe: palacsinta)<br />
Pale Crepe<br />
latexhez nátriumhidrogénszulfit adagolása, a<br />
koagulátum kimosása hengerszéken, szárítás 45 C<br />
fokon 5-12 napig.)<br />
Brown Crepe<br />
kiindulás „hulladék-koagulumból, mosás, szárítás<br />
TSR típusok<br />
(Tough Rubber Sheath)<br />
koagulumok aprítása, morzsázása, erős mosás,<br />
intenzív levegőáramban történő szárítás, bálázás<br />
A természetes kaucsuk jellemző<br />
tulajdonságai<br />
molekulatömege 500.000– 2.000.000<br />
magas a látszólagos viszkozitása,<br />
molekulatömeg-eloszlása széles<br />
Üvegesedési hőmérséklete ugyan alacsony (-73 C fok),<br />
viszont a kristályosodási hőmérséklete 28 o C<br />
felhasználás előtt melegítéssel dekrisztallizálni<br />
7
A vulkanizációs görbe<br />
A természetes kaucsuk felhasználási<br />
területei<br />
Abroncsgyártás 65-70 %<br />
Mártott technológiák 10-12 %<br />
Műszaki gumicikk gyártás 12-14 %<br />
8
Latextechnológiák<br />
A természetes latex kezelése<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
Tartósítás<br />
mikroorganizmusok hatásának megszüntetése<br />
stabilizálás<br />
ammónia (olcsó, jól szállítható, könnyen eltávolítható, kellemetlen szag.<br />
Besűrítés 60-68% szárazanyagtartalomra<br />
feleslegesen szállítandó víz eltávolítása<br />
- elpárologtatás (folyamatos eljárás, fekvő hengerben)<br />
- lefölözés (ülepítési eljárás, a sűrűségkülönbségen alapul)<br />
- centrifugálás (folyamatos lefölözés)<br />
Latextechnológiák<br />
A természetes latex előkészítése gyártáshoz<br />
Ammónia-mentesítés<br />
Szűrés<br />
„kifúvatás”, és/vagy semlegesítés<br />
(60-70 C fokon, állandó keveréssel,<br />
és/vagy formaldehid oldat adagolás)<br />
Szilárd <strong>anyagok</strong> előkészítése (20-60% szárazanyag tartalmú<br />
diszperziók készítése golyósmalmokban)<br />
Folyadékok k előkészítése<br />
é (olajszerű ű fázisok előkészítése ő é<br />
emulgeálószerekkel)<br />
Oldatkészítés<br />
(vizes oldatba vihető komponensekből)<br />
9
Előkészített latex<br />
Latextechnológiák<br />
A latexkeverék összetevői<br />
Vulkanizáló szerek<br />
(kén, kéndonorok, fémoxidok)<br />
Aktivátorok<br />
Gyorsítók<br />
Öregedésgátlók<br />
Lágyítók<br />
Töltő<strong>anyagok</strong><br />
(cinkoxid, kalciumoxid, magnéziumoxid)<br />
(ditiokarbamátok, tiuramok)<br />
(kémiai gyökfogók, viaszok)<br />
(hidegállóság növelésére)<br />
(kaolin, kréta, titándioxid, gyanták)<br />
Latextechnológiák<br />
A koaguláció előidézése<br />
A koagulációt a kaucsukrészecskék felületén lévő<br />
adszorpciós réteg (hidrátburok) megszűntetését kiváltó<br />
hatások idézik elő.<br />
Koagulációs hatású eljárások<br />
pH = 4,7<br />
(izoelektromos pont),<br />
a rendszer nem stabil,<br />
részecskék között<br />
nincs taszító erő<br />
- savak adagolása (leggyakoribb)<br />
- fémsók adagolása (kisózás)<br />
- szerves folyadékok<br />
- hőhatások<br />
- mechanikai hatások (keverés,<br />
szivattyúzás, habverés)<br />
- elektromos egyenáram<br />
10
Latextechnológiák<br />
Gyártási eljárások<br />
Mártás<br />
Közvetlen mártás (koagulens nélkül)<br />
(formahőmérséklet 40-50 C fok, többszöri mártás)<br />
Formák: üveg vagy porcellán<br />
(óvszer, műtőkesztyű)<br />
Koagulenses mártás<br />
(formahőmérséklet 60 C fok, előbb koagulensbe, majd<br />
latexbe mártva) Formák: rendszerint porcellán<br />
Termoszenzibilis mártás<br />
(formahőmérséklet 70-80 C fok, latexbe retarderek<br />
adagolása) Formák: aluminium<br />
(ipari-,és háztartási kesztyűk,<br />
ballonok, egészségügyi termékek)<br />
(vastagabb falú termékek,<br />
pl. csizmák)<br />
Latextechnológiák<br />
Gyártási eljárások<br />
Öntés<br />
Üreges termékek előállítására használatos. (Labdák, babafejek, színházi<br />
kellékek, műtárgy utánzatok)<br />
Álló, vagy mozgó öntőformába betöltött<br />
latexkeveréket koaguláltatják és térhálósítják.<br />
„Álló” forma, meghatározott mennyiség beadagolása<br />
Gipszformákban<br />
(olcsó, de sérülékeny) (vízadszorpció-fémionok)<br />
Könnyűfémformákban<br />
(drágább, tartós) (termoszenzibilizált keverékek)<br />
„Álló” forma, teljes kitöltés, maradék kiöntése<br />
Rotációs öntés, meghatározott mennyiség beadagolása<br />
11
Latextechnológiák<br />
►<br />
LATEX-KEVERÉK<br />
Gumifonal<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
►<br />
KAPILLÁRISOKON KERESZTÜL<br />
ÁLLANDÓ KIFOLYÁS<br />
KOAGULÁLTATÓ FÜRDŐ<br />
ELVEZETIK, MOSSÁK, SZÁRÍTJÁK<br />
VULKANIZÁLJÁK<br />
►<br />
FINOMSÁG: HÁNY SZÁL HELYEZHETŐ EL EGYMÁS MELLÉ 1 HÜVELYKEN (25,4 MM)<br />
(kapilláris mérete, a latexkeverék viszkozitása, a hidrosztatikai nyomás, szál elvezetési sebessége határozza meg)<br />
(a 20-32-es finomságúakat a kárpitosiparban, az ennél kisebbeket a ruhaiparban használják.)<br />
Kaucsukkeverék<br />
Kaucsuk<br />
100 tömegrész<br />
Térhálósító Kén 2-1,5<br />
Aktivátor 5-5<br />
Zsírsavak 2-1<br />
Gyorsítók 1,5-205<br />
Töltő<strong>anyagok</strong> Kormok 40-100<br />
Szervetlen (szilikátok) 30-45<br />
Lágyítók 15-50<br />
Öregedésgátlók 1,5-2<br />
Egyéb 3-10<br />
Összesen<br />
200-302 tömegrész<br />
12
A kaucsuk-feldolgozás berendezései<br />
2100-as, sima hengerű, fix frikciójú hengerszék<br />
A kaucsuk-feldolgozás berendezései<br />
A zártkeverő<br />
A zártkeverő metszeti képe<br />
(tangenciális, Banbury-típus) 1. Keverőtér<br />
2. Hűtőkamra<br />
3. Rotorok<br />
4. Felső kapu (etetőnyílás)<br />
5. Záróhasáb (bélyeg)<br />
6. Záróhasáb működtető hengere<br />
7. Alsó kapu<br />
8. Ürítőtér<br />
13
A kaucsuk-feldolgozás berendezései<br />
A tangenciális zártkeverő<br />
Zártkeverő nézeti képe (Tangenciális, Banbury-típus)<br />
A kaucsuk-feldolgozás berendezései<br />
Rotorkiképzés I.<br />
A tangenciális zártkeverő rotorjai (Banbury-típus)<br />
14
A kaucsuk-feldolgozás berendezései<br />
Rotorkiképzés II.<br />
Az interlocking (intermix) zártkeverő rotorjai<br />
A kaucsuk-feldolgozás berendezései<br />
Extruder<br />
A melegetetésű (hengerszékekről 60-90 °C)<br />
L/D < 10<br />
A hidegetetésű szobahőmérséklet<br />
L/D > 10<br />
15
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Gépjármű légabroncs (Pneumatic)<br />
A felhasznált <strong>anyagok</strong>at,<br />
valamint a termékek összes tömegét tekintve<br />
Gumiipar legnagyobb mennyiségben előállított termékei.<br />
A termelt természetes kaucsuk mennyiség mintegy 70%<br />
Alapvető szerkezete viszonylag korán kialakul, ezek:<br />
► gumizott szilárdsághordozóból készült szövetváz<br />
► acélkarikával erősített peremszerkezet<br />
(a kettő együtt a KARKASZ)<br />
► gumiból kialakított futófelület, és oldalfal<br />
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
A gumiabroncs részei<br />
► Szilárdsághordozók<br />
á d ► Perem<br />
► Oldalfal<br />
► Futófelület<br />
(koronairány)<br />
16
<strong>GUMI</strong>ABRONCS<br />
H/S viszony<br />
Régebben 0,9 körül ma akár 0,30<br />
Gyorsabb, nagyobb teherbírású gépkocsik az útfelülettel<br />
nagyobb területen érintkező abroncsokat igényeltek<br />
Szilárdsághordozók<br />
Pamutszöveteket<br />
Pamutkordokat<br />
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Poliamid<br />
Poliészter kordszövetek<br />
Acélkord<br />
Speciális<br />
Aromás poliamid (Kevlar), üvegszálak<br />
Élettartam<br />
1912-ben 5600 km<br />
1990-ben 70-80.000 km<br />
17
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Sebességtűrés<br />
kritikus sebesség<br />
A kritikus sebesség tartományában fellépő jelenségek a szilárdsághordozó<br />
és a gumi késleltetett rugalmasságára<br />
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
A diagonál (bias) szerkezetű gumiabroncs<br />
30-45 fok<br />
18
A szilárdsághordozó<br />
váz kordszálai<br />
a koronavonalra<br />
merőlegesen<br />
Szilárdsága oldalfal<br />
vastagsága csökken<br />
Nincs koronairányú<br />
szilárdsága.<br />
Ezért a futófelület alá<br />
2-5 réteg<br />
öv beépítésével<br />
(0-20 fok)<br />
„lánctalpszerű gördülés<br />
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
A radiál szerkezetű gumiabroncs<br />
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Keverékkészítés,feldolgozás<br />
19
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Textilkord felpréselés<br />
Kalanderezés<br />
Extrudálás<br />
Acélkord felpréselés<br />
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Felépítés, bombírozás<br />
20
<strong>GUMI</strong>ABRONCSOK<br />
Vulkanizálás<br />
Köszönöm a<br />
figyelmet!<br />
21
Change language