plastic materials (magyar)

OKTATSI JEGYZET

Anyagismeret, hegeszts-technolgia elmlet 1

I. ANYAGISMERET

TARTALOMJEGYZK

1. A manyagok mint szerves vegyletek 2. A polimerek csoportostsa 3. A manyagok tulajdonsgai 4 A polietiln (PE) s a polipropiln (PP) tulajdonsgai

4.1. Kmiai tulajdonsgok 4.2. Fizikai tulajdonsgok

4.2.1. Htgulsi egytthat () 4.2.2. Folysi index (MFR) 4.2.3. Tarts szilrdsg 4.2.4. Kszs 4.2.5. Rugalmassgi modulus(E)

5. Manyagok feldolgozsa 5.1. Csgyrts 5.2. Idomok gyrtsa

1. A manyagok mint szerves vegyletek

A mestersgesen ellltott anyagok egyik csaldja a szerves vegyletek. Nevket onnan kaptk, hogy az l szervezet felptshez hasonlan ezek molekuli is sznatomokat tartalmaznak. A sznatomnak igen nagy jelentsge van vilgunkban. Ngy vegyrtkvel igen sok ms kmiai elemhez kpes kapcsoldni, hihetetlen bonyolult struktrkat kialaktva. Ezen alapul az let a Fldn.

Azokat a szn alap molekulkat, melyekben ezen kvl csak hidrogn tallhat, sznhidrogneknek nevezik. Az sszekapcsolds lehet lncszer, a lncokon elgazsok is lehetnek. Tovbb sznesti a kpet az, ha a molekula lncok kzt tovbbi kapcsolds (gynevezett trhlsods) alakul ki.

Legegyszerbb sznhidrogn 1 szn s 4 hidrogn atombl ll. Ezt metnnak nevezzk, a fldgz mint egyik legfontosabb tzelanyagunk 80-99 %-ban ebbl ll. A fld mlyn keletkezik elhalt l szervezetek talakulsval.

OKTATSI JEGYZET


1. bra: A metn szerkezeti kplete

Ftsen kvl a vegyipar egyik legfontosabb alapanyaga. A metnt kzvetlenl elgetve szndioxid (CO2) s vz (H2O) keletkezik. Feldolgozva a legklnflbb anyagok llthat el belle, akr rismolekulk is. A keletkez molekulk sokflesgt tovbb gazdagtja, ha a szintzis sorn ms kmiai elemek is bekapcsoldnak, mint pl. a klr (Cl) vagy az oxign (O).

Az elfogadott definci szerint a manyagok olyan makromolekuls anyagok, amelyek makromolekulk mestersges talaktsval vagy kisebb molekulj szerves vegyletekbl, szintetikus ton llthatk el.

2. A polimerek csoportostsa

a) Ellltsuk szerint polimerizcval (PE polietiln, PP polipropiln, PVC poli(vinil-klorid), PS polisztirol) polikondenzcval (PA poliamid, PET poli(etiln-tereftalt) poliaddicval (PUR poliuretn, EP epoxigyanta) termszetes (alap) polimerek (cellulz, veg, bazalt, azbeszt)

b) Primer szerkezetk (molekula felpts) szerint homopolimer, melyben azonos monomerekbl ll a flnc

(PE, PP, PVC, PS) kopolimer, a fmonomerhez kis mennyisg ms monomer-

keverk is polimerizldik (ABS Akrilnitril/butadn/sztirol, POMpoliacetl)

c) Feldolgozs szerint rugalmas = elasztomer (PUpoliuretn) hre kemnyed = duroplaszt (pl.:Trabant karosszria!) hre lgyul = termoplaszt (PE, PP)

d) (Molekula) szerkezet alapjn linerisak (HD-PEnagy srsg,vagy lineri polietiln) elgazak (LD-PE kis srsg, vagy lgy polietiln) trhlsak (PE-Xtrhlstott polietiln)

OKTATSI JEGYZET


e) Forma alapjn rszben kristlyos amorf =alaktalan, nem kristlyos (PSUpoliszulfon)

f) Az ket felpt kmiai atomok szerint szerves (sznhidrognek) szervetlen (szn helyett ms elem, pl. kn) elemorganikus (szn helyett szilcium alap) polimerek.

polikondenzcival trtn elllts sorn a terv szerint ltrejv anyagon kvl vz is keletkezik. Ezt folyamatosan eltvoltjk a reaktorbl, mint mellktermket. Ilyen kmiai folyamattal lltjk el pldul a polisztereket.

poliaddci sorn nem keletkezik mellktermk. Arnylag kevs fajta manyagot lltanak el ezzel az eljrssal. gy kszlnek az epoxigyantk vagy a klnfle poliuretnok.

polimerizci sorn ugyancsak mellktermk nlkl kapcsoldnak ssze az alkotrszek, az azonos, .n. monomer kis molekulk. Ilyen folyamat termke pl. a polietiln (PE), a polipropiln (PP), a poli(vinil-klorid) (PVC).

A PE s a PP kiindulsi molekulja (monomerje) az etiln (C2H4) (2. bra)

2. bra: Az etiln molekula szerkezeti kplete

Megfigyelhet, hogy a kt sznatomot kt vegyrtk kapcsolja ssze. A polimerizci sorn ezek a vegyrtkek hasadnak fel s ezekkel kapcsoldnak a monomerek (a 3. brn krberajzolva) egymshoz. Szmuk 10-tl akr 100 000 is lehet.

3. bra: Polimerizld monomerek

OKTATSI JEGYZET


Az etilnt tbbflekppen lehet ellltani, haznkban a polietiln gyrtshoz szksges etiln alapanyaga a benzin, melybl oxignszegny vagy oxignmentes kzegben hbontssal (pirolzissel) trtnik a gyrts.

Mg vltozatosabb teszi a keletkez rismolekulk vlasztkt az, hogy nem csak gy (3. bra) szigoran egy sorban lehet a monomereket sszekapcsolni, hanem oldallncok is kialakthatk. Kt olyan rismolekula, melyben az alkotrszek (C s H atomok) darabszma azonos, de az elgazsok szmban, azok mretben klnbznek, teljesen eltr fizikai tulajdonsg anyagot alkot. Az ilyen vgtermket nevezzk homopolimernek.

A vegyipari technolgia alkalmazhat olyan polimerizcis folyamatot, melyeknl nem azonos monomerekbl pti fel az j molekult, hanem kt vagy tbbflbl. Ezek a kopolimerek.

A polimerek a kzhiedelemmel ellenttben nem azonosak a manyagokkal. (A manyagok olyan mestersgesen ellltott anyagok, melyek gyakran tbb anyag keverkbl llnak, legalbb egy komponensk polimer. A tbbi kitlt-, vzanyag, regedsgtl, feldolgozst segt adalkanyag, festk...). A polimerek lehetnek termszetesek (cellulz, fehrje stb.), vagy termszetes alap mestersges anyagok (pl. viszkz).

Gyrts sorn az sszekapcsolds termszetesen nem magtl jn ltre, tartlyokban (reaktorokban) lltjk el a szksges nyomst s hmrskletet. Egyes anyagoknl mint pl. a PVC folykony kzegben jtszdik le a reakci. A kmiai folyamatot .n. kataliztorokkal igen sokrten lehet befolysolni. Ezek az anyagok nem plnek be a termkbe, hanem befolysoljk a polimerizcis folyamatot. Mr elg nhny szzalkos jelenltk, s clzottan megvltoztathat a reakci. A kataliztort a folyamatok befejezdse utn szksg szerint eltvoltjk, mivel tovbbi jelenltk akr kros folyamatokat is okozhat.

Fentiekbl lthat, hogy szinte megszmllhatatlan flesg molekula llthat el ezekkel a folyamatokkal. Tapasztalhatjuk is, hogy szinte naprl napra j tulajdonsg manyagokkal tallkozhatunk akr, mint valamilyen alkatrsz (hasznlati trgy) akr festk, bevonat, stb. Trfsan lehetne mondani, hogy a tervez konstruktr megadja a vegysznek a kvnt paramtereket, s az kitallja, hogyan lehet ellltani olyan anyagot.

Az egyes manyagok tulajdonsgait feldolgozhatsg s alkalmazs szerint az albbiakban lehet sszefoglalni:

OKTATSI JEGYZET


Az elasztomerek eredeti hosszsguknak akr ktszeresre nyjthat rugalmas manyagok.

Megnevezs Jells Tulajdonsgok Alkalmazs

Termszetes kaucsuk

szilrdsg 30-35 MPa szakadsi nyls 850% rugalmassg 75% ridegeds -58C

Klnleges tmlk, szigetelgumik, kszjak.

Polibutadin PB

szilrdsg 20-30 MPa szakadsi nyls 700% rugalmassg 45% ridegeds -50 C

Lgy, plasztikus tmtsek, szigetel sznyegek, tmlk.

Butadin-sztirol kaucsuk

SBR

szilrdsg 20-30MPa szakadsi nyls 650% rugalmassg 50% ridegeds -52C

A leggyakrabban alkalmazott mgumi. Magas hmrskletet is kibr. Gpkocsik kls s bels gumijai, sznyegek, tmtsek.

Poliuretn PUR

szilrdsg 45-50 MPa szakadsi nyls 650% rugalmassg 60% ridegeds -40C olajll

Lkhrtk, spoylerek, ktnylemezek, szivatty membrnok, fogasszjak, tmtsek.

Szilikonkaucsuk SI-K

szilrdsg 5 MPa, szakadsi nyls 600% rugalmassg 70% ridegeds -50C nem olajll

Hll tmtsek, villamos szigetelsek, vzszigetelsek, szlvdk s lmpafoglalatok tmtsei, nagyfeszltsg vezetkek szigetelsei, gyertyakupakok.

1. Tblzat

A duroplasztok, a vgtermkgyrts utols fzisban hre kikemnyed manyagok.

Megnevezs Jells Tulajdonsgok Megmunkls s alkalmazs

Poliszter gyanta / teltetlen /

UP

lgy, elasztikus szilrdsg 15 MPa srsge 1,2 g/cm3 100C fltt bomlik

Kikemnyedve jl csiszolhat, forgcsolhat. vegszlas /GFK/ anyagok ragasztshoz, lakkokhoz.

Epoxigyanta EP

ktkomponens paszta szilrdsg 30-40 MPa srsge 1,2 g/cm3 a keversi arnyra rzkeny.

Kis zsugorods, j formakitlts, kikemnyedve forgcsolhat, csiszolhat. Fmek, veg s duroplasztok ragasztsra, felletkitltsre.

OKTATSI JEGYZET



Fenolgyanta / bakelit /

PF

szvs, kemny, j szigetel, szilrdsg 25-35 MPa, srsge 1,3 g/cm3, 120C-ig hll

H s nyoms hatsra kikemnyed sajtolgyanta. Jl forgcsolhat, nedvszv. Fogaskerekek, trcsk, burkolatok, villamos szigetelsek.

Sznszl ersts manyag

CFK kemny, szvs szilrdsg 1000MPa, srsg 1,7 g/cm3

Fleg epoxigyantval kszl. Jl forgcsolhat, ragaszthat. Replk, sportkocsik karosszriaelemei, nagy terhels sporteszkzk anyaga.

2. Tblzat

A termoplasztok legjelentsebb elnye a hre lgyul technikkkal trtn feldolgozhatsg. gy frccsntssel, extruzival ill. fvssal is feldolgozhatak. Hre lgyul tulajdonsgai rvn jra feldolgozhat, gy felhasznlsa gazdasgos.


Polipropiln PP PP/EPDM

nem kemny 130C-on lgyul 165-175C-on olvad srsge 0,9 g/cm3

Jl alakthat, hegeszthet, forgcsolhat. Lkhrtk, doblemezek, mszerfalak, htrcsok, tkrburkolatok, kerti btorok, hztartsi cikkek.

Polietiln s nagy srsg PE

PE HDPE

kemny s lgy kivitel is kszl szilrdsg 10-25 MPa srsge 0,94 g/cm3 lgyuls 110C-on savakkal, lgokkal szemben ellenll

Jl olvad, alakthat, nehezen hegeszthet. Doblemezek, ablakmos tartlyok, zemanyag tartlyok, csvezetkek, cselemek(HDPE), flik, jtkok.

Poliamid PA

kemny, kopsll szilrdsg 60-80 MPa srsge 2,2g/cm lgyuls 160C-on 180-220C-on olvad

Alakthat, forgcsolhat, hegeszthet. Vzhtk oldal-vzterei, kiegyenlt tartlyok, ventiltor laptok s hzak, huzalok, fogaskerekek, vdsisakok, ruhaanyagok

Akrilnitril butadin - sztirol

ABS

kemny, szvs szilrdsg 50-70 MPa srsg 1.1g/cm3 lgyuls 100C-on 160-185C-on olvad

Jl forgcsolhat, csiszolhat, alakthat, hegeszthet. Htrcsok, dsztrcsk, visszapillant tkrk, kismotor burkolatok.

OKTATSI JEGYZET



Polimetil metakrilt (plexi)

PMMA

tltsz, vegyi ellenll szilrdsg 55 MPa srsge 1,8 g/cm3 lgyuls 90C 160C-on olvad

Jl alakthat, forgcsolhat, polrozhat, hegeszthet s ragaszthat. Biztonsgi vegek, burkolatok, motorszlvdk, szemvegek.

Poli(vinil-klorid)

PVC

lgy s kemny kivitelben kszl szilrdsg 10-50 MPa srsge 1,2-1,4g/cm3 lgyuls 60C-on

Jl alakthat, formzhat, forgcsolhat. Jl hegeszthet s ragaszthat. Csomagtr burkolatok, krpitok, flik, csszerelvnyek.

3. Tblzat

A termoplasztok kls tulajdonsgai annyira kzel llnak egymshoz, hogy az egyes manyagfajtk felismershez nagy gyakorlat, tapasztalat szksges. Segti a felismerst, ha egy darabjt meggyjtjuk, vagy forrasztpkval kiss megolvasztjuk, hogy az olvadsi tulajdonsgai, a fstje s a szaga megfigyelhet legyen, melynek alapjn a szakember felismeri az alkalmazott manyag tpust. (ld. VII.- Mellklet)

Termoreaktv manyagok, amelyek melegtskor nem puhulnak meg, mert trhls szerkezetk miatt stabilisan vannak egymshoz ktve a molekulk. Ezeket vagy az elllts reakcisorozata kzben formlhatjuk, vagy termoplasztikus anyagok trhlstsval lltjk el. Ers melegts hatsra hbomlst szenvednek. Ilyen pl. a PE-X trhlstott polietiln.

Leszktve a fejtegetst a hegeszts-technolginkban alkalmazott hre lgyul manyagokra (PE, PP) megjegyzend, hogy a polimerizci vgtermke ltalban natr szn por. Ebben a formban s sszettelben legtbbszr nem alkalmas a vgtermk gyrtsra. ltalban mg stabiliztort, cssztatszert, sznezket kevernek hozz a vgleges megjelens kialaktsa rdekben, tovbb egy olvasztsos folyamat sorn tarhonyaszer granultumot ksztenek belle. Ez a lencseszer anyag trols, anyagmozgats, feldolgozs szempontjbl a legkedvezbb formj fltermk.

3. A manyagok tulajdonsgai

Polietiln:

Polimerizcival nyert termk. A legegyszerbb ketts vegyrtk-ktst tartalmaz sznhidrogn, az etiln polimerizcijt az 1930-as vekben angol vegyszeknek sikerlt megvalstani, vagyis polietilnt ellltani. A polietilnnek tbbfle vltozata ismert:

OKTATSI JEGYZET


- a kis srsg polietiln (rvidtse az angol low density kifejezsbl LDPE),

- s a nagy srsg (rvid jellse HDPE, a high density alapjn) polietiln,

- az egyik legjabb vltozat a lineris kis srsg (LLDPE ), ami specilis kataliztorok segtsgvel llthat el. A kis srsg ellenre j mechanikai tulajdonsgai vannak.

A tulajdonsgokban megmutatkoz klnbsget az eltr ellltsi krlmnyek okozzk. A kis srsg polietilnt nagy (150-200 MPa) nyomson 200 C krli hmrskleten vgrehajtott polimerizcival nyerik. Ilyen krlmnyek kztt a polimerizci sorn a CH2-csoportl leszakadhat egy hidrognatom, amelynek a helyre CH3-csoport kapcsoldhat. gy elgazsok jnnek ltre az sszekapcsold sznlncok bizonyos helyein, ami azt eredmnyezi, hogy a molekulk nem illeszkednek jl egymshoz, ezrt az anyag srsge kisebb lesz. Ms fizikai tulajdonsgai is eltrnek a nagy srsg polietilntl. A kis srsg polietilnt flik, csomagol- s szigetelanyagok ksztsre hasznljk.

Az 1950-es vek elejn egy nmet kmikus, Karl Ziegler olyan kataliztort fedezett fel, amelynek alkalmazsval lgkri nyomson s 60C-os hmrskleten is lejtszdik az etiln polimerizcija. Az gy kpzd polimer igen hossz, fonalszer molekulkbl ll. A molekulk jl illeszkednek, ezrt az anyag srsge nagyobb, mint a nagynyoms polimer. A nagy srsg polietilnbl ednyeket, csveket, jtkokat stb. gyrtanak.

A polimerizcival kpzd makromolekulk lnchossza sohasem azonos, hanem szkebb vagy tgabb hatrok kztt vltozik. gy konkrt molekulatmeget sem lehet megadni, csak tlagos molekulatmeggel jellemezhetjk az anyagot. A kis srsg polietiln lnchossza 20 000 48 000. A nagy srsg polietiln az 50 000 - 300 000 tartomnyba esik.

A legutbbi idben egy j termk jelent meg: a klnlegesen nagy molris tmeg polietiln. Ez igen stabil, nagyon szilrd, ezrt ebbl ksztik pl. a cspprotzisek gmbfejt. Az ilyen nagy molekulatmeg s rendezett szerkezet polietilnbl (rvidtse: HOPE highly oriented PE) kszl mszl szilrdsga vetekszik az aclval, 340 km hossz darabja szakad csak el a sajt slya alatt.

Polipropiln:

A propiln polimerizcijbl keletkezik a polipropiln. Benzinbl krakkolssal etilnt s propilnt lltanak el. A krakkols a molekulk

OKTATSI JEGYZET


szthastsnak folyamata. Ezt kveten ebbl a bomlstermkbl plnek fel az j molekulk. A folyamat lejtszdst kataliztorokkal irnytjk. Az alkalmazott kataliztornak dnt befolysa van a polimer trszerkezetre. A propiln polimerizcijval tbbfle szerkezet molekula alakulhat ki, attl fggen, hogy a minden msodik sznatomhoz kapcsold metilcsoportok hogyan helyezkednek el.

A polipropiln fizikai tulajdonsgai, gy a szilrdsg, a trkenysg, az tltszsg ersen fgg a metilcsoportok trbeli elhelyezkedstl. Ha metilcsoportok elhelyezkedse szablyos, a lncmolekulk egymshoz kpest rendezetten helyezkednek el, s kristlyos rgikat alkotnak. Ez eredmnyezi a szilrdsgot. A rendezetlen, amorf rgik a rugalmassghoz s az tsllsghoz jrulnak hozz.

Poli(vinil-klorid):

A (PVC) a harmadik legnagyobb mennyisgben gyrtott polimer. Olcs, sokoldalan felhasznlhat manyag. Vinil-klorid polimerizcijval lltjk el.

Elnys tulajdonsgai kz tartozik, hogy nem gylkony. A htrnyos sajtsga pedig az, hogy h vagy fny hatsra viszonylag knnyen bomlik. Ilyenkor HCl molekulk hasadnak le a polimerrl, s ez azt eredmnyezi, hogy a szntelen anyag megsrgul, majd teljesen megsttedik. A bomlkonysgot stabiliztorok hozzadsval cskkentik.

Kemny s lgy vltozata van forgalomban. A kemny PVC fehr, vzben s a legtbb szerves oldszerben is oldhatatlan, kemny (merev) anyag. Mechanikai tulajdonsgai jk. Gyrtanak belle csveket, vezetkeket, kemny fal palackokat, stb.

A PVC n. lgytk hozzadsval hajlkonny tehet. Az gy kapott anyag a lgytott PVC. A lgytk olyan kis vagy kzepes molekulatmeg szerves vegyletek, amelyek cskkentik a szomszdos molekulk kztti msodlagos kterket azltal, hogy bekeldnek a polimer molekuli kz. A lgytott PVC 20-60% lgytt tartalmaz, mg a kemny PVC csak 10 tmegszzalkig. A lgytott PVC-bl flik, palackok, elektromos vezetkek szigetelse, mbr stb. kszl. A hajlkonysg idvel cskken, ridegg vlik az anyag, ms szval regszik.

Ha a vinil-kloridot ms monomerekkel kopolimerizljk, pldul vinil-acetttal, akrilnitrillel stb., akkor alacsonyabb hmrskleten feldolgozhat polimereket nyernek. (Az olyan polimerizcit, amelyben egynl tbbfle monomer pl be a lncba, kopolimerizcinak nevezzk.)

OKTATSI JEGYZET


Polivinilidnfluorid (PVDF) (2)

A PVDF rszben kristlyos szerkezet hre lgyul polimer.

F jellemzi:

nagy szilrdsg: 50 - 105 MPa (folysi, szakt, nyom),

nagy szvssg (hornyolt Charpy) - nem trik,

szles alkalmazsi hmrsklet tartomny: -50C-tl +210C-ig, igen j vegyi ellenll kpessg, sszehasonltva a

PA, PETP polietiln tereftalt anyagokkal,

fiziolgiailag semleges, lelmiszerrel s gygyszerrel rintkezhet,

igen nagy kemnysg (Rockwell): M 75 - M 114,

mrettartssg, j rezgscsillaptsi kpessg,

kedvez kszsi ellenlls (10-30 MPa feszltsg 1% nylshoz 1000 h alatt 23C-on),

j elektromos szigetel s dielektromos tulajdonsgok, j ellenll kpessg nagyenergij sugrzsnak.

Alapfokozata az erstetlen, tltetlen termk. Klnleges fokozata vegszllal erstett.

Kedvez mechanikai s kmiai tulajdonsgait szz fokos hmrsklet felett is hasznlni lehet.

F alkalmazsi terletei olyan gpelemek, rszegysgek - fleg az lelmiszeriparban, gygyszatban -, amelyeket gyakran kell tiszttani, sterilizlni. (Fejgpek, hcserlk, szrk, szivattyk stb.)

Megmunklsi technolgija a forgcsols (esztergls, mars, frs, frszels):

A hagyomnyos szerszmok hasznlhatk, csak les kivitelben. Hts javasolt, mellyel a forgcsolsi sebessgek a kvetkezk pl. v = 200-400 m/min eszterglsra s marsra, v= 50-100 m/min frsra.

Ragasztsa nem javasolt.

A natr, kristlyos szerkezet, erstetlen PVDF j mechanikai, h- s elektromos tulajdonsgai mellett kiemelked vegyszerllsga.

4. A polietiln (PE) s a polipropiln (PP) tulajdonsgai

4.1.Kmiai tulajdonsgok

A PE s a PP alapanyag kmiailag hasonl. Molekulik csak C s H atomokat tartalmaznak, melyek kzt egyvegyrtk ktsek vannak. Ebbl kvetkezik egyik legfontosabb tulajdonsguk, a nagy kmiai ellenll kpessg (ld.: 3. Mellklet: Vegyszerllsg) s a nagyon kis elektromos vezetkpessg is. Kmiai behatsoknak igen jl ellenllnak,

OKTATSI JEGYZET


csupn oxidcira rzkenyek. Ezt a tulajdonsgot a trols sorn jelentkez napfny besugrzsnl, valamint a feldolgozs (hegeszts) sorn jelentkez hhatsoknl kell elssorban figyelembe venni.

4.2.Fizikai tulajdonsgok

A PE s PP fizikai tulajdonsgai nem klnbznek jelentsen egymstl. A kzmiparban a PE terjedt el szlesebb krben, a PP magasabb hmrsklet kzegek szlltsra alkalmas (pl. padlfts).

A polipropiln elssorban termikus tulajdonsgaiban klnbzik a polietilntl. Alacsonyabb hmrskleten hamarabb ridegedig, viszont a PE-vel szemben 60C helyett 90C-ig alkalmazhat. A legkisebb srsg manyag. Lgyulsi hmrsklete valamivel alacsonyabb a PE-nl, hegesztsi hmrsklete megyegyezik azzal. Oldszerllsguk hasonl, a PP ellenll kpessge vegyszerekkel szemben valamivel jobb.

A manyagok ltalnos fizikai, mechanikai s vegyszerllsgi tulajdonsgainak sszehasonltsa az 1. sz. Mellkletben tallhatk.

A PE, PP s PVC egyes mechanikai tulajdonsgi adatai a 2. sz. Mellkletben tallhatk.

Nhny anyagtulajdonsg szorosan kapcsoldik a manyag csrendszerek hegesztshez, illetve a vezetk ptshez, ezrt errl szksges nmi magyarzat.

OKTATSI JEGYZET


4.2.1.Htgulsi egytthat ()

A manyagok htgulsi egytthatja kb. 10-szerese a fmeknek.

E fizikai mennyisg jele: rtke nagysrsg polietilnre:

K

1102 4PE

5. bra: Htgulsbl ered hosszvltozs nomogramja

Az 5. brrl leolvashat, hogy a cs hmrsklet vltozsa fggvnyben egy-egy hosszsg csszakasz hosszvltozsa mekkora. Fleg a fekete szn csveknl kell szmolni szabadtren a napsts hatsra bekvetkez felmelegedssel, mg norml 20-25C leveghmrskleten is kpes akr 80C-ra felhevlni a cs. A hosszvltozs fektetsi problmkat is okozhat, de mg nagyobb a veszlye annak, ha nagy melegben, a felmelegedett (kitgult) csvet fix pontok kz beptnk, mivel a ksbbi hls hatsra az sszehzds falfeszltsg nvekeds formjban lthatatlanul jelentkezik. Az gy fellp feszltsg, mint jrulkos hats szuperponldik a tbbi gy a bels tlnyomsbl ered falfeszltsgre. A jrulkos terhelsek okozta feszltsgeket a szilrdsgi mretezsnl, csfektetsnl figyelembe kell venni.

4.2.2.Folysi index (MFR)

Ez a mutatszm a megolvasztott anyag viszkozitsra vonatkozik. Szabvnyos krlmnyek kzt (6. bra) sajtolnak egy kr alak nylson ki manyag mledket, s az idegysg alatt kifolyt mledk tmegnek grammban kifejezett rtke ez a szm. A hmrsklet nvekedsvel az anyag viszkozitsa cskken, gy tbb anyag folyik ki.

OKTATSI JEGYZET


1 terhels 2 hmr 3 hszigetels 4 acl henger 5 ftbett 6 dugattyrd 7dugatty 8 kapillris 9 tartlap

6 bra: Kapillris viszkozimter

Jelentsge az azonos csaldon belli manyagok kompatibilitsnak meghatrozsnl van. A hegesztsek sorn a ltrehozott mledkre sszesajtol erk hatnak, amennyiben a hegesztsi hmrskleten alacsony a manyag viszkozitsa, az mledk nem tud a homogenizldni, nem jn ltre hegeds. Mg egy adott manyag tpuson bell is egyes gyrtmnyok folysi indexe klnbzhet. Ez az anyagtulajdonsg vizsglata csak nhny tized grammnyi anyagot ignyel, maga a mrs is gyors, gy egyik legelterjedtebb vizsglat. Cs- s idomgyrtsnl a vsrolt alapanyag (granultum) minden ttelt minstik ezzel a mdszerrel.

4.2.3. Tarts szilrdsg

A manyagok egyik sajtossga, hogy szilrdsguk terhels hatsra vltozik, cskken. Ennek mrtkt (amennyiben szmthat) figyelembe kell venni a terhelt szerkezeteknl, gy a csvek mretezsnl.

Tapasztalati tny, hogy pl. egy 10 bar tarts tlnyomsra mretezett cs nhny 10 msodpercig akr 50 bar tlnyomst is elvisel, s csak utna pukkan ki.

Ugyancsak vltozik cskken a terhelhetsg a hmrsklet nvekedsvel. Ez a magyarzata annak, hogy klnbz anyag csveket rjuk jellemz hmrskleten lehet csak zemeltetni. Az 4. Mellkletben ngy klnbz manyagbl kszlt, 10 bar-ra mretezett cs adatai vannak feltntetve olyan sszefggsben, hogy ha ezek a mretezs szerint 20C-os hmrskleten 10 bar bels tlnyomst 50 vig kpesek meghibsods nlkl elviselni, ehhez kpest hogyan cskken lettartamuk magasabb hmrskleten. A tblzatbl az is kitnik, hogy amennyiben rvidebb lettartammal szmolunk, gy a nyoms mennyire nvelhet.

OKTATSI JEGYZET


A polietiln csvek krben igen rszletes vizsglatok folytattak a legklnbzbb genercijakra is. E fogalom az azonos anyagcsaldba tartoz mgis eltr tulajdonsg manyagok megklnbztetsre vonatkozik.

A nagy srsg polietilnek kzt is a kezdetben gyrtott anyagot ksbb egyre nagyobb szilrdsgak kvettk. Ezt az anyagra vonatkoztatott elvrhat legkisebb feszltsg MPa-ban kifejezett rtkvel jellik, s angol rvidtssel MRS-nek nevezik. E szmrtk 10-szerese kerl a PE jel mell, gy:

MRS PE

6,3 [MPa] PE 63

8,0 [MPa] PE 80

10,0 [MPa] PE 100

PE 80 anyagbl kszlt cs PE 100 anyagbl kszlt cs

7. bra: Szilrdsg-hmrsklet-lettartam nomogramok

OKTATSI JEGYZET


A feszltsg-hmrsklet sszefggst az eddigi tapasztalatok (SOLVAY) altmasztjk:

lgT

C

T

BAtlg

ahol: t = id T = hmrsklet [K] = feszltsg [Nmm-2] A,B,C = ksrleti, ill. anyagllandk

A 7. bra nomogramjairl leolvashat, hogy 1000 ra elteltvel a 80C-on nvleges nyomsval terhelt cs szilrdsga rohamosan cskken. Erre a jelensgre alapul a nemzetkzileg elfogadott EN MSZ ISO 1167:2006 Manyag csvezetkrendszerek - Hre lgyul manyagcsvek - A bels

nyomsllsg meghatrozsa lland hmrskleten. c. szabvny, amely klnbz PE 80 anyag csvekkel szemben tmasztott kvetelmnyeket tartalmazza.

eDN

e2p s

e

DNSDR

SDR

p [Mpa]

p [bar]

{ 11 0,92 9,2

= 4,6 Mpa 17 0,58 5,8

17,6 0,55 5,5

4. Tblzat: Nyomsllsg 165 ra 80C-on: 4,6 Mpa rintirny hzfeszltsg

SDR

p [Mpa]

p [bar]

{ 11 0,8 8

= 4,0 [Mpa] 17 0,5 5,5

17,6 0,482 4,82

5. Tblzat: Nyomsllsg 1000 ra 80C-on: 4,0 Mpa rintirny hzfeszltsg

ahol: e = falvastagsg DN = a cs kls tmrje = rintirny hzfeszltsg p = bels tlnyoms

OKTATSI JEGYZET


4.2.4. Kszs

A manyagok mg norml hmrskleten is bizonyos terhel er hatsra maradandan deformldnak. Ez lass folyamat, s csak egy meghatrozott feszltsg felett jelentkezik. Ha kros ez az alakvltozs, akkor a fajlagos terhels cskkentsvel lehet kikszblni. Ha a manyag csveket az aclhoz hasonlan karims ktssel akarjuk szerelni, gy a szortcsavarok feje idvel besppedne a manyag karima anyagba, a kts szorossga (tmtettsge) megsznne. A csavarfejek alatti anyagfeszltsget altt elhelyezsvel nagyobb felleten lehet megosztani. Ezrt alkalmazzuk a lazakarimt, amely igen nagy felleten szortja a manyagcs vgre hegesztett ktgyrt.

8. bra: Kt manyag cs sszektse hegtoldatos ktgyrkkel-lazakarimkkal

4.2.5. Rugalmassgi modulus(E)

A manyagok rugalmassgi modulusa 20-ad rsze az acloknak. Mgsem egyformk. A PEPPPVC sorrendben nvekszik rtke (tapasztalhatjuk is, hogy mg a PE csveket rugalmassguknak ksznheten akr vben meghajltva is fektethetk ezzel sokszor kikszblhet idom beptse-, addig a PCV csvekhez mr kis szgeltrs esetn is v-idomot kell bepteni.

R=20 DN

9. bra: PE cs velt fektetse 20C-on

OKTATSI JEGYZET


A fektetsi hmrsklettl fggen a megengedett hajltsi sugr vltozik, cskken hmrsklet mellett csak nagyobb sugar v alkalmazhat.

5. Manyagok feldolgozsa

Kiindul flksz termk a granultum.

10. bra: Granultum

Ezt zskokban, vagy mlesztve tartlykocsikban szlltjk a felhasznlsi helyre. Itt trolt mennyisgtl fggen tovbbra is zskokban, vagy silkban troljk. Utbbi esetben a tnyleges felhasznlsi helyre mr csvezetken is eljuttathat. A feldolgozst nagyon megneheztheti a granultum esetleges nedvessge. Szakszer feldolgozs els lpcsje a granultum szrt. Minden tovbbi feldolgozsra vonatkozik az az irnyelv, ami megklnbzteti a PE-t s PP-t a PVC-tl, mgpedig az, hogy a PVC feldolgozsakor (esetleges technolgiai hiba, vagy helyi tlmelegeds miatt) ssav szabadulhat fel, amely rszben egszsgre veszlyes, gy csak annak ellenll anyag szerszmokkal dolgozhat fel.

5.1. Csgyrts

A csgyrts technolgija az extrudls. A berendezs feltltjn t a granultum szablyozhat hmrsklet csigba kerl. A csiga forgsa kzben elre tolja a granultumot, az megolvad, mikzben a csiga-csigahz kialaktsa kvetkeztben ltrejv kompresszi a szemcsk kzti levegt kiszortja, az anyag homogn masszv vlik.

OKTATSI JEGYZET


11. bra: Extruder szerkezete

1 Meghajt sor 5. Vkuumos ht, kalibrl 2. Slymr-adagol 6. Ultrahangos falvastagsg kalibrl 3. Csigahz, vezrl 7. Ht 4. Extruderfej 8. Lehz

12. bra: Extruder sor.

A csigahzon keresztljut, mr homogn mledk a csgyrt szerszmba kerl, melynek gyr alak nylsa adja meg a cs kls-bels mrett (termszetesen szmolva az anyag nagy htgulsi tnyezjvel).

OKTATSI JEGYZET


1 Magtart 3 Mag 2 Szerszmhz 4 Csszerszm 5 Kzpontost

13. bra: Csgyrt szerszm

A mg lgy, de mr cs alak anyag a httt kalibrlba kerl, ahol szilrduls kzben elnyeri vgleges tmrjt, falvastagsgt. A kalibrl gyr bels fellethez vkuum szvja neki a csvet.

1 Tske 2 Csszerszm 3 Htvz 4 Tlfoly 5 Vkuumkalibrl

14. bra: Htkd s vkuumkalibrl

A cs tja a htkd, mely tbb tagbl llhat (a gyrtott cstmr s annak falvastagsga fggvnyben), egyes tagok htvz hmrsklete gy van belltva, hogy az extrudlsi sebessg s a csfal lehlse az elrt arnyban legyen egymssal.

MEGJEGYZS:

Tl gyors lehls a csfalban kros feszltsgeket fagyaszt be. Ez okozhatja a cs ksbbi mrettorzulst, zsugorodst. Megtrtnt, hogy a helytelen, tl gyors hts hatsra a DN 40036,4mm-es cs, mely a gyrts utn, mr krnyezeti hmrskletre hlve valban 400 mm-es volt. Nhny ht mlva(!) tmrje 385 mm-re zsugorodott. Mindezt a bels feszltsg okozta.

A bels falfeszltsg a cs repedsterjedsre is kros hatssal van. Ugyancsak megtrtnt, hogy egy gy hibsan gyrtott DN 31527,8 mm-es (azaz 10 bar-os) cs a nyomsprba sorn egy egybknt hegesztsi hibbl add varrat elszakadsbl kiindulan mintegy 700 m hosszan felhasadt a palstjn. Hogy ezt a falba befagyott feszltsg okozta, az is bizonytja, hogy a repeds terjedsekor, amikor egy j varrathoz rt, azon tugrott(!) s a msik oldalon folytatdott a repeds. Mindez azzal magyarzhat, hogy a hegeszts sorn a varrat krnyezetre hat hhats feloldotta a falfeszltsget, mintegy kilgytotta.

A hls kzben egy trcsa grdl a cs fels palstjn, mely ftve van, s kerletre vannak szerelve betket s szmokat forml benyom-

OKTATSI JEGYZET


tmbk. Ezek olvasztjk a trcsa s a cs kz juttatott sznes szalagbl a csbe a szabvnyos jellst, amely 1 m-enknt ismtldik.

A csvek srga vagy fekete (=gz), kk (=vz), okker (=szennyvz vagy egyb alrendelt cl) keverkbl kszlnek. A cs palstjt azonost cskkal ltja el a gyrt, mely utal a felhasznlsi terletre (pl.: fekete csvn srga csk=gz, kk csk =vz, stb.). A csk ugyanabbl az alap-polimerbl (PE) van a cshz hozz extrudlva (koextrudlva), mint amilyen a cs anyaga, gy jelenlte annak szilrdsgt nem befolysolja.

A csveket szabvnyos kls tmrsorokban s falvastagsg lpcskben gyrtjk. A cs kls tmrjnek s falvastagsgnak hnyadosa a nemzetkzi jells szerint az SDR (csosztly) rtke.

e

DNSDR

(Egyes elrsokban tallkozunk a DN/OD jellssel is, ami megersti, hogy a DN a manyagcs kls tmrjre vonatkozik [outside diameter], nem pedig a mg rajta lv egyb bevonatra ld. tbb rteg csvek.)

Alkalmazott jells mg a cssorozat (S) jelzszm, melyet az albbi kplettel lehet szmolni:

2

1SDRS

s SDR= sS+1

Cssorozat Csosztly S SDR

20 41

16 33

12,5 26

8,3 17,6

5 11

6. Tblzat: Szabvnyos cssorozatok s csosztlyok

Az S rtknek bevezetse egyszer szmolsra ad lehetsget.

Ha helyr a PE jel utni rtket helyettestjk be (pl. PE 80) s a cssorozat S sel van megadva (pl. S=5 vagyis SDR=2S+1=11 akkor kzvetlenl szmolhat a megengedett zemi nyoms bar-ban:

=pS illetve:

Sp

Ha a biztonsgi tnyezt is figyelembe vesszk (pl. gzra BT=2), akkor pz. max=16:2= 8 bar

165

80p

OKTATSI JEGYZET


A csvek alkalmazsi nyomshatrt a szlltott kzeg anyagtl fgg biztonsgi tnyez is befolysolja az anyagminsgtl fggen. Gzra haznkban a biztonsgi tnyez legalbb 2, mg vzre 1,6 vagy 1,25 rtkkel szoktak szmolni a tervezk.

A csvek fontos gyrtsi elrsai a mrettrsek. Mind a kls tmrnek, mind a falvastagsgnak csak pozitv eltrse lehet, melyet a vonatkoz csszabvnyok tartalmaznak:

PE gzcs szabvny-sorozat MSZ EN 1555

PE vzcs szabvny-sorozat MSZ EN 12201

Manyag csvezetkrendszerek meleg s hideg vizes berendezsekhez Polipropiln.

MSZ EN ISO 15874

Manyag csvezetkrendszerek meleg s hideg vizes berendezsekhez. Klrozott poli(vinil-klorid), (PVC-C)

MSZ EN ISO 15877

Manyag csvezetkrendszerek meleg s hideg vizes berendezsekhez. Trhlstott polietiln (PE-X)

MSZ EN ISO 15875

Manyag csvezetkrendszerek meleg s hideg vizes berendezsekhez. Polibutiln (PB)

MSZ EN ISO 15876

7. Tblzat: Manyagcs szabvnyok

A csgyrts folyamatos gyrtstechnolgia, gy a beptsre (szlltsra) kerl cshosszakat a trolsi, szlltsi lehetsgek korltozzk. A csveket ltalban tmrjktl s a gyrt lehetsgtl fgg mrethatrig 100-300 m-es tekercsekben, nagyobb tmrk esetben 6-12 m-es, vagy mg hosszabb szlakban hozzk forgalomba. A minl nagyobb varratmentes cshossz megvlasztst a szksges hegesztsek szmnak cskkentse indokolja, azonban korltoz tnyez a szlltsi s beptsi krlmny is. Az optimalizls a konkrt kivitelezst ismer szemly fontos feladata.

5.2. Idomok gyrtsa

A manyag idomgyrts technolgija a sajtols s a frccsnts. Sajtolsnl elre plasztiklt manyag mledket sajtolnak be alakad formba. Ez az eljrs ltalban utmegmunklst ignyel, kevsb termelkeny.

A korszer frccsnt gp alapveten kt f rszbl ll: a frccsnt egysgbl s a szerszmhordoz, szerszm zr egysgbl. A frccsnt gpek legfbb alkatrsze a csigadugatty, amely mreteiben s arnyaiban is igen hasonl az extrudercsighoz, azzal a lnyeges klnbsggel, hogy a csigadugatty nemcsak forgsra, hanem egyidejleg (ezzel ellenttes: reciprok) dugatty-szer mozgsra is kpes, a visszavonul dugattymozgs kzben a forg csiga az extruderhez hasonlan megmleszti, (plasztiklja) s maga el tolja a

OKTATSI JEGYZET


hre lgyul alapanyagot. Ezekkel a gpekkel jelents utnyoms (> 100 MPa), nagyfok automatizls, s korbban soha nem tapasztalt alkatrszgyrtsi sebessg, ill. hatkonysg valsthat meg.

A frccsnt gp egyik f rsze teht maga a frccsnt egysg (frccs-aggregt), amelyhez a msik f rsz, a robosztus szerszm zr egysg csatlakozik. Mivel a polimer mledk igen nagy nyomsa jelents mret felleten rvnyesl, az osztott szerszm rszeit sszeszort er, amely 1520 %-kal meg kell hogy haladja a szerszm regben kialakul nyomsbl fakad ert, ez mr a kzpmret frccsnt gpeken is tbbszz tonna. A szerszmzr egysg egy ll s egy mozg szerszm felfog (fggleges) lapot tartalmaz, ez utbbit tipikusan 4 vaskos vzszintes vezet oszlop vezeti. A szerszmzr egysg mozgatst biztosthatja hidraulikus rendszer, de gyakori a knykemels mechanizmus is.

A szerszmzr egysg ells s htuls rsze teht mozdulatlan, mg kzps rsze a fggleges szerszm felfog lappal mozog, minden ciklusban egyszer sszezrja, majd ciklus vgn kinyitja a szerszmot. Utmegmunklsra nincs szksg, gazdasgos, anyagtakarkos, gyors, ciklikus eljrs. Manyag fltermkek tovbbi felhasznlsa igen szleskr. Csrendszerek, lemezbl kialaktott formk, membrnfelletek alakthatk ki belle.

Az idomok csvekhez csatlakoztatsa trtnhet ugyan oldhat (gumigyrs) ktsekkel is, de jelen kiadvnyban a tartssggal s zembiztonsggal legmegfelelbb, hegesztssel csatlakoztathat idomok kerlnek ismertetsre.

Tekintettel arra, hogy a PP csrendszerek mind anyagukban, mind hegeszts-technolgijukban nagyon hasonl a PE-hez, csak nhny kivtel tallhat, elszr a PE csrendszerek idomai, cselemei kerlnek ismertetsre.

OKTATSI JEGYZET


15. bra: A frccsnts folyamata

ttekinthet az idomok sokflesge az albbi tagols alapjn:

1. Egyenes ktelemek melyek akr manyag-manyag, akr manyag acl (esetleg ms anyag) egytengely sszekapcsolsra alkalmasak.

2. Irnytrs kialaktsra alkalmas elemek melyek azonos anyag (PE vagy PP) csrendszerbe ptve irnytrs kialaktsra alkalmasak.

3. Elgaz elemek beptsk ugyancsak azonos anyag csrendszerbe behegesztve azonos vagy kisebb tmrj, 90-os vagy ettl eltr (egyes esetekben bizonyos korltok kzt tetszleges) szg elgazsok kiptsre alkalmasak.

A 2. s 3. kategriba tartoz idomok gyrtstechnolgiai szempontbl alapveten kt csoportra tagolhatk. Egyik csoport a frccsnttt

OKTATSI JEGYZET


idomok, a msik a beptend vezetkrendszer anyagval megegyez csdarabokbl, azok szg alatti hegesztsvel kszlnek. Ez utbbiakat nevezik konfekcionlt idomoknak.

A polietiln s polipropiln technolgiknl alkalmazott a ftszlas hegesztsi eljrs, amelynl a hegesztshez szksges hbevitelt a idomba beptett ellenllshuzalokra kapcsolt elektromos ram Joule-hje biztostja. Az idomok formailag ltalban megegyeznek a hevtelemmel bepthet tokos idomokkal, mgis tallhatk specilis idomok. (Ld. az e technolgival foglalkoz Oktatsi Jegyzetben.)

Termszetesen fenti idomok kombincijval elregyrtsi krlmnyek kztt jabb idomok is elllthatk.

Tblzatos ttekintsk az 5. s 6. Mellkletben tallhat, de az egyes cs- s idomgyrtk honlapjain, katalgusaiban is tovbbi informcihoz lehet jutni.

A csidomok cshz hegesztsi mdja szerint a kts kialakulhat a cs/idom-vg homlokfelletn, ezt az eljrst tompahegesztsnek nevezzk, mely hegeszttkr alkalmazsval trtnik.

A kts palstfelleten is trtnhet. A hegesztett kts kialakthat a csvg kls palstjn teljes kerlet mentn. Ez nagyon hasonl a kzismert tokos ragasztott vagy gumigyrs ktsekhez, azzal a klnbsggel, hogy az tlapolt felletek kzt a felleti molekulk kzti sszetart er, a hegesztett kohzis kts jn ltre. Ezek az eljrsok sszefoglal nven a tokos hegesztsek. Ugyancsak palstfelleten, csak annak egy meghatrozott rsz-felletn kerlnek felhegesztsre egyes idomtpusok, melyeket a szaknyelv ppen csatlakozsi hasonlsguk miatt nyeregidomoknak nevez.

A palstfelleten kialaktott hegesztsek a megolvasztshoz szksges h beviteli mdja szerint tagolhatk hevtelemes s hevtelem nlkli eljrsokra.

Minden hegesztsnl egyik nagyon fontos felttel a csatlakoz rszek elrt geometrija. Sokkal clszerbb az egyes elemek illeszkedst megfelel gyrtssal biztostani, mint azt a konkrt (helyszni) hegesztsek elkszt tevkenysgeknt elvgezni. A tokos hegesztseknl csgyrtssal biztostott kls tmr a vonatkoztatsi mret. Ez mint az elzkben lthat mindig pozitv trsmezvel jellemezhet. A jelenleg rvnyben lv PE csszabvnyokban a trsmez gzcsveknl kt MSZ EN 1555-2 (A s B), a vzcsveknl hrom

MSZ EN 12201-2 (A, B, N) fokozatra van tagolva.

KIEGSZTS:

A fokozat esetben a trs: + 0,009dn

OKTATSI JEGYZET


B fokozat esetben a trs: + 0,006dn

N fokozat esetben a trs csmret tartomnyonknt eltr: ha dn < 75 mm, akkor: (0,008dn+1) mm ha 90 < dn < 250 mm, akkor: (0,02dn) mm ha dn>250 mm, akkor: (0,035dn) mm

A cshz tokosan csatlakoz idomok tokmreteire a kapcsold honostott eurpai szabvnyok nem adnak teljesen egyrtelm, ltalnos irnyelveket. gy pldul a gzcs-rendszerekbe ptend idomokra vonatkoz MSZ EN 1555-3 szabvny csak a hevtelem nlkl bepthet (ftszlas) idomok mreteit rja el, mg a vzvezetki idom szabvny

MSZ EN 12201-3 kt mretcsoportra r el ltalnos tokmreteket (16

OKTATSI JEGYZET


16. bra: ltalnos tokmretek jellse

DN

d1 [mm]

d2 [mm]

d3 [mm]

t [mm]

20 19,3 0

0,3 19,5

0 0,3

27 14,5

25 24,3 0

0,3 24,5

0 0,3

33 16,0

32 31,3 0

0,4 31,5

0 0,4

42 18,0

40 39,2 0

0,4 39,45

0 0,4

52 20,5

50 49,2 0

0,5 49,45

0 0,5

64 23,5

63 62,1 0

0,5 62,5

0 0,6

80 27,5

75 73,95 0

0,5 74,25

0 0,6

94 31,0

90 88,85 0

0,6 89,20

0 0,6

112 35,5

110 108,65 0

0,6 109,05

0 0,6

136 41,5

125 123,5 0

0,6 123,95

0 0,6

155 44,0

8. Tblzat: ltalnos tokmretek

plastic materials (magyar)

Documents