Polümeermaterjalid ja polümeerkomposiitmaterjalid valmistustehnoloogia ja omadused

Polümeermaterjalid ja polümeerkomposiitmaterjalidvalmistustehnoloogia ja omadused

Renno Veinthal, Jaan Kerse-post: renno.veinthal@ttu.ee; jaan.kers@ttu.ee

Konstruktsioonimaterjalide jaotus

Metallid Keraamilised materjalid Polümeerid Komposiidid

Tuntud 105 Mendelejevi tabeli elemendist on:

81 metallid 6 üleminekumetallid 18 mittemetallid

Polümeeride olemus ja liigitus

Polümeerid: kõrgmolekulaarsed ühendid (molaarmass jääb vahemikku 2000-2 000 000 g/mol)

• Makromolekulid on ülesehitatud madalamolekulaarsetest ainetest- monomeeridest

Plastid: polümeeride baasil valmistatud tehismaterjalid, mille põhikomponendiks on polümeer ning mis töötlemisfaasis on plastsed, tavaliselt kõrgendatud temperatuuri ja rõhu mõjul

Polümeerkomposiidid (plastkomposiidid): on materjalid, mis koosnevad polümeersest maatriksist (sideainest) ning tugevdavast ehk armeerivast lisandist (täiteaine – teraline või kiud materjal ).

NB! Kõik plastid on polümeerid aga kõik polümeerid ei pruugi olla plastid (kummid, liimid, pinnakattematerjalid)

Polümeeride liigitus

• Päritolu järgi: looduslikud (tselluloos, kautšuk), modifitseeritud looduslikud (struktuur säilib peale keemilist töötlemist) ja sünteetilised (naftast, maagaasist, kivisöest)

• Peaahela kuju järgi: lineaarse, hargnenud ja ristsillatud ahelaga

• Rakendusomaduste järgi: tarbeplastid, konstruktsioonplastid, eriotstarbelised plastid

Polümeeride supermolekulaarne struktuur

• Polümeerid ei saa oma supermolekulaarse struktuuri tõttu olla gaasilises olekus, sest keemistemperatuur on üldjuhul kõrgem polümeeri lagunemistemperatuurist.

• Polümeerid võivad olla ainult vedelas või tahkes agregaatolekus.

• Supermolekulaarse struktuuri põhimõisted on kristallilisus ja amorfsus

• Kristallilisus on kolmedimensionaalne korrastatus atomaarsel tasandil, kus aatomid võrepunktidena moodustavad määratud parameetritega kristallvõre.

Kristalliinsus

• Polümeerid ei ole perfektselt kristallilised vaid sisaldavad ka amorfset osa. Seetõttu tuleks polümeeride puhul kasutada mõisted kristalliinsus (poolkristalliline).

• Polümeerid ei ole ka kolmedimensionaalselt isotroopsed, seetõttu on neile iseloomulik polümorfism, st et ühesuguse koostise ja konfiguratsiooniga polümeerid võivad kristallumisel anda erinevaid kristallmodifikatsioone.

• Plastide mehaanilised omadused sõltuvad suurel määral kristallisatsiooniastmest.

Kristalliinne struktuur mõjutab polümeeride omadusi:

• Suureneb ahelate pakkimistihedus, seega ka polümeeri tihedus

• Tõuseb pehmenemistemperatuur

• Väheneb polümeeri läbipaistvus

Kristalliinsus

Polümeeride kristallisatsiooniastmeid (%):

Polüetüleen PE (lineaarne) 95%

Polütetrafluoroetüleen PTFE (teflon) 88%

Polüpropüleen PP 80%

Polüoksimetüleen POM 75%

Polüetüleentereftalaat PET 60%

Polüamiid 50%

Amorfsus

Amorfsus on polümeersete ahelate täiesti juhuslik asetus ruumis, seega tähendab maksimaalset ebakorrapärast struktuuri.

• Plast on amorfne kui tema polümeeri makromolekulide paiknemisel ei ole korrapärasust: molekulid on üksteisest läbipõimunud.

• Kuuma amorfse plasti jahutamisel muutub ta esmalt vedelikulaadsest ainest kummilaadseks ning edasisel jahutamisel klaasilaadseks aineks

Amorfsed plastid: PMMA (pleksiklaas), PS, PVC

Iseloomulik on suur läbipaistvus

Plastide mehaanilisi omadusi kirjeldab hästi deformatsiooni sõltuvus temperatuurist konstantse koormuse korral.

Graafiliselt esitatuna nimetatakse neid termomehaanilisteks kõverateks

Amorfsus

Klaasistumine on amorfse sulapolümeeri üleminek tahkesse olekusse. Klaasistumistemperatuuril Tg toimub üleminek polümeersest klaasiolekust kummisesse olekusse või vastupidi.

Sulamistemperatuuril Tm toimub üleminek polümeersest klaasiolekust sulaolekusse (kristalliinsed polüm.)

Kasutamistemperatuuril on polümeer, kas klaasiolekus (PS, PMMA) või kummiolekus (elastomeerid) sõltuvalt sellest, kas kasutamistempratuur on madalam või kõrgem kui Tg.

Polümeeride termomehaanilised kõverad

Polümeeride liigitamine vormimisomaduste järgi

Termoplastid Reaktoplastid e.Termosetid

Elastomeerid

Lineaarsed, vähehargnenudmakromolekulid

Võrkstruktuuriga, ristsillatud makromolekulid

Lineaarsed, harvalt ristsillatud makromolekulid

Toatemperatuuril jäigad Toatemperatuuril jäigad ja tugevad

Toatemperatuuril elastsed

Võimalik korduvalt vormida, viies materjali soojendamisel sulaolekusse ja jahutamisel uuesti tahkestada

Võimalik vormida ainult üks kord, mille käigus toimub molekulide omavaheline ristsildumine ja tugeva struktuuri moodustamine

Võimalik vormida ainult üks kord, mille käius toimub osaline molekulide omavaheline sildumine ja elastse struktuuri moodustamine

Polümeeride liigitamine taaskasutuskoodide põhjal

PET Polüetüleentereftalaat Gaseeritud joogi pudelid ja ahju panemiseks mõeldud nõud

HDPE Kõrgtihe polüetüleen

Ketšupi, majoneesi, nõudepesuvahendi jne. pudelid

PVC Polüvinüülkloriid Aknaprofiilid

LDPE Madaltihe Polüetüleen

Kilekotid

PP Polüpropeen Margariini topsid, mikrolaineahju nõud

PS Polüstüreen Jogurtitopsid, plastmassist söögiriistad, kaitsepakendid elektroonikaseadmetele

MUU Kõik teised plastikud, mis ei kuulu juba nimetatud kuude rühma. Näiteks melamiin, mida tihti kasutatakse plastiktaldrikute ja -topside valmistamisel

Plastide töötlejad ja plastide kasutamine• Plaste tootvad firmad tegelevad ainult plastide

tootmisega toorainest, mis moodustab ainult ühe osa tootmisest.

• Plastide töötlejad – toodavad plastist tooteid kuid üldiselt plastide toormaterjali – polümeere ei tooda.

• Euroopas ca. 25 000 firmat, 1 milj. Töötajat, 85% firmadest on alla 100 töötajaga

• Plastitoodang on kasvanud viimastel aastatel 4%

Plastide kasutamine

Plastide rakendusalad: Pakend 40% Ehitus 17% Autotööstus 10% Elektroonika 6% Põllumajandus 4% Muud 23%

Plastide rakendusalad: Pakend 40% Ehitus 17% Autotööstus 10% Elektroonika 6% Põllumajandus 4% Muud 23%

Plastide kasutamine PE 35% PP 20% PVC 18%

Termoplastid 90%Reaktoplastid 10%

Standardid

ISO 1043      Plastid - Tähised ja termini-lühendid.   ISO 1043-1  Osa 1: Polümeerid ja nende eri-omadused.   ISO 1043-2 Osa 2: Täidised ja sarrused.   EVS-EN ISO 1043-3 Osa 3: Plastifikaatorid.   EVS-EN ISO 1043-4 Osa 4: Leegiaeglustid. ISO 11469 Plastid – Identifitseerimine ja plasttoodete

markeerimine. ISO 1629 Kautšukid ja lateksid – Nomenklatuur

Lühendid (vt ka www.plast.ee)

ABS- akrüülonitriilbutadieenstüreenplast ASA- akrüülnitriilstüreenakrülaatplast EP- epoksüvaik või –plast E/P van. EPM- eteenpropeenplast ETFE- eteentetrafluoreteenplast EVAC van. EVA- eteenvinüülatsetaatplast LCP- vedelkristallpolümeer MF- melamiinformaldehüüdvaik PA

    PA6    PA66 polüamiid, 

Lühendid

PAI- polüamiidimiid PC- polükarbonaat PE- polüeteen PF -fenoolformaldehüüdvaik PE-HD van. HDPE, PEH polüeteen; kõrgtihe PE-HMW van. HMWPEpolüeteen; kõrge molekulkaaluga PE-LLD  van. LLDPEpolüeteen; lineaarne madaltihe PEEK polüeetereeterketoon

Lühendid

PI polüimiid POM polüoksümeteen, polüatsetaal,

polüformaldehüüd PP- polüpropeen PS- polüstüreen    PS-E van. EPS polüstüreen; vahustatav

PS-HI van. HIPS polüstüreen; löögikindel PVC- polüvinüülkloriid

Lühendid

SI- silikoonplast UF- karbamiidformaldehüüdvaik UP- küllastamata polüestervaik

Liigitus lõppomaduste ja otstarbe järgi

Tarbeplastid: Polüetüleen (PE) Polüpropüleen (PP) Polüvinüülkloriid (PVC) Polüstüreen (PS) Fenoolformaldehüüdvai

k (PF)

Konstruktsiooniplastid: Polükarbonaat (PC) Polüamiid (PA) Polüatsetaal (POM) Polüetüleentereftalaat

(PETP) Polümetüülmetakrülaat

(PMMA), Epoksüvaik (EP)

Olulised talitlusomadused

Mehaanilised Vastupanu mehaanilistele

mõjudele (tõmme, surve, paine)

Kõvadus Hõõrdumine,

kulumiskindlus Optilised

Läbipaistvus Valguse neeldumine/

peegeldumine

Füüsikalised Sooja-/külmakindlus Soojusjuhtivus Soojuspaisumine

Keemiline vastupidavus Sanitaar-hügieenilised

omadused

Põhiliste termoplastide omadusedPlasti liik Tihedus

Kg/m3

Rm, MPa E, GPa A% AU, J/m2

PolüetüleenHDPELDPE

960920

22…381…16

0,4…1,40,1…0,3

20…130090…650

80…100

Polüpropüleen (PP)

905 27…40 0,5…1,9 30…200 2…12

Polüvinüülkloriid (PVC)plastifitseerimata (UPVC)Plastifitseeritud (PPVC)

1470

1375

24…62

7…56

2,4…4,1

0,01…0,4

2…40

200…450

2…100

Põhiliste termoplastide omadusedPlasti liik Tihedus

kg/m3

Rm, MPa E, GPa A% AU, J/m2

Polüstüreen (PS) 1070 35…84 2,8…3,5 1…4,5 1,3…3,4

Akrüülplastid (PMMA)

1100 50…75 2,7…3,5 5…8 -

Polükarbonaat (PC)

1200 59…70 2,2…2,4 50…120 65…90

Polüamiidid (PA)- PA 6- PA 11- PA 12

110010501020

40…9040…5549…65

1,9…3,31,21,1…1,4

40…150100…350120….350

3,2…5,540…7064…100

Polüatsetaal (POM)

1400 62….80 2,9…3,3 25…60 70…120

Põhiliste termoreaktiivide omadused

Plasti liik Tiheduskg/m3

Rm, MPa E, GPa A% AU, J/m2

Epoksüplastid (EP) 1850 60 3…4 4 8…10

Fenoplastid (PF) 1275 35…55 165 5,2…7 1…1,5

Aminoplastid-Karbamiid-formaldehüüd (UF)-melamiin-formaldehüüd (MF)

1550

1550

40…90

41…70

7…10

7…11

0,5…1,0

0,5…1,0

-

-

Termoplastid Polüetüleen (PE)

Polüetüleeni omadused ja kasutusvaldkonnad võivad erineda suurtes piirides

HDPE - lineaarne polümeer. Madalatel temperatuuridel hea löögisitkus, suurepärane keemiline vastupanu, tundlik UV kiirgusele

LDPE - ulatuslikult hargnenud ahelaga polümeer Madalatel temperatuuridel hea löögisitkus, väike kõvadus ja tugevus, suur keemiline inertsus, suurepärane dielektrik

Termoplastid Polüetüleen (PE)

LLDPE - lineaarne madaltihe PE (korrapärase struktuuriga)

Kõrgem tõmbetugevus, Kõrgem löögisitkus, Parem sulavoolavus kui

LDPE UHMWPE – ülikõrge

molekulmassiga PE Suur kõvadus ja tugevus, suur keemiline inertsus, Vastupidav kriimustustele

ja abrasiivkulumisele Suur sitkus Ei ole sulatöödeldav;

töödeldakse kummiolekus

TermoplastidPolüpropüleen (PP)

Kõrgkristalne polümeer (nagu PE)

Võib olla nii termoplast kui ka elastomeer (sõltub polümeeriahela külgrühma paiknemisest)

Suurema kõvadusega kui HDPE Tihedus sarnane LDPE Hea keemiline vastupanu, kõrge

väsimustugevus Madalal temperatuuril haprub Väga tundlik UV-kiirgusele! Koostisse peavad kuuluma

antioksüdandid ja UV filtrid

TermoplastidPolüvinüülkloriid (PVC)

Odav termoplast Hea keemiline vastupanu

hapetele ja leelistele Cl aatomid muudavad polümeeri

molekulid polaarseteks-> tõmbejõud molekulide vahel tõstavad kõvadust ja jäikust

Termiliselt väga ebastabiilne Kompaundis peavad olema

stabilisaatorid

TermoplastidFluorosüsinikpolümeerid

PTFE- Polütetrafluoretüleen PVDF- polüvinüülideenfluoriid

Iseloomustab: Kõrge termopüsivus (kuni 350

ºC) Keemiliselt inertne Head antifriktsioonomadused Omaduste tõstmiseks erilisandid:

klaaskiud, pronkspulber, grafiit

TermoplastidPolüstüreen (PS)

PS- polüstüreen ABS- akrüülnitriil-butadieen-

stüreen SAN- stüreenakrüülnitriil

PS - rabe, klaasjas ja läbipaistev, hõlpsasti töödeldav, hea mõõtmepüsivus, madal kemikaalikindlus, väga tundlik UV kiirgusele

TermoplastidPolüstüreen (PS)

ABS- akrüülnitriidist, butadieenist ja stüreenist koosnev kopolümeer

Iseloomustavad: Head mehaanilised omadused Kõrge löögisitkus Hea mõõtmetepüsivus Keemiliselt vastupidav hapetes, leelistes,

lahustites Kergesti vormitav

TermoplastidAkrüülplast (PMMA)

Toatemperatuuril amorfne kuni klaasistumistemperatuurini Tk=110ºC

Kõva, jäik, kõrge löögisitkusega Hea läbipaistvus (pleksiklaas) Inertne majapidamis-

kemikaalidele Ei kannata orgaanilisi lahusteid

Termoreaktiivid

Epoksüüdvaigud Elektriskeemidel elektroonika komponentide

fikseerimiseks; Hammasrattad; Adhesiividena.

Termoreaktiivid

Fenoolvaigud Piljardipallid; Adhesiividena (laastplaadid, friktsioonmaterjalid); Käepidemed; Elektrilised isolaatorid; Hammasrattad (vähekoormatud); Laagrid; Vahustatud kujul plaaditüüpi ehitusmaterjalina.

Termoreaktiivid

Elastomeerid Rehvid; Voolikud (butüül kummi, isopreen); Tihendid (akrülaat hea õlikindlus) ; Vibrosummutid; Elektrilised isolaatorid (bütuul, isopreen); Jalatsite tallad (etüleen-propüleen); Mänguasjad (looduslik kummi, madal UV- ja õlikindlus); Jne.

Plastide töötlemise põhiprotsessid

Termoplastide töötlemise põhiprotsessid: Survevalu Ekstrusioon Termovormimine Rotovormimine

Põhiprotsesse võib jaotada: Primaarsed – toote lõplik vormimine toimub ühe

protsessina Sekundaarsed – toote vormimine toimub pooltootest

Survevalu protsess Survevalu teostamiseks on vaja plast muuta sisestatud tahkest olekust (tavaliselt

pelletite või pulbri vormis) töödeldavasse sulaolekusse. • sisestatud materjali plastifitseerimine pöörleva teo abil (samm 1)• peale vormi sulgemist järgneb plastifitseeritud materjali surumine vormi läbi teo

edasi liikumise (samm 2), • surve hoidmine ja detaili jahutamine vormis (samm 3) • teo tagasiliikumine ja uus tsükkel(samm 4)• viimane protsessi samm on vormi avamine ja detaili väljutamine vormist (samm 5).

Survevalu masina komponendid

Sõltumata töödeldavast materjalist, koosneb survevalu masin järgmistest komponentidest:

• Masina raam toetab sisestusüksust ja sulgemisüksust (vormi avamine ja sulgemine tootmistsüklis)

• Survevalu tsükli jada kontrollitakse kontrollsüsteemi poolt

• Vormitud detaili jahutamisel, peab vormitud segu olema jahutatud enne vormist väljavõttu (temperatuuri kontrollerid).

Survevalu eelised:

• Võimalus valmistada avatud anumaid.

• Valudetaili omahind on madal tingituna masstootmisest;

• Valmistoode enamasti ei vaja järeltöötlust, kui siis minimaalselt

• Protsessi automatiseeritus;

• Suur tootlikkus – ööpäevas 5000 – 10 000 detaili;

• Vormide pikk tööiga (10 000 000 tsüklit);

• Lühike tootmistsükkel;

• Võimalik reguleerida tootmistsüklit ja suurendada toodangut.

Survevalu puudused:

• Vormide kõrge hind, tingituna keerulisest ehitusest ning pinnakvaliteedist;

• Kallid seadmed, keeruline seadistus;

• Keerulise kuju ja suurte mõõtude suhtega detaile ei saa valmistada;

• Teisest materjalist lisade sissevormimine on keeruline ja kallis;

• Vormi ümbertegemine on kulukas

3. Plastide töötlemise põhiprotsessid

Ekstrusioon • Ekstrusioon on pooltoodete nagu toru, profiili või lehe pidevtootmine

plastist.

• Lisaks teistele komponentidele, sisaldub ekstrusioonsüsteemis: ekstruuder, ekstrusioonipea, kalibreerimis/jahutus osa, ajam, lõikemehhanism.

• Ekstruuderi kuumas silindris (140 – 240 °C) muudetakse plastikud pöörleva teo toimel plastseks

• Plastne segu surutakse läbi vormiva kanali (ekstrusioonipea ehk suulise) ja seejärel toode jahutatakse.

3. Plastide töötlemise põhiprotsessid

Ekstrusioon-puhumisvormimine

Ekstrusioon puhumisvormimisel toimub kaks protsessi paralleelselt: vormitooriku ekstrusioon ekstrudeeritud vormitooriku puhumine õhu abil soovitud tooteks

Venitus-puhumisvormimine Venitus puhumisvormimine on erivariatsioon

puhumisvormimisest.

Kasutatav efekt – sarnane nagu kile puhul – venitus

ligilähedal klaasistumis või kristalliitide

sulamistemperatuurile

Sellel teel tõstetakse mehaanilisi omadusi

märgatavalt.

Sellel protsessil ei venitata vormitoorikut

mitte ainult radiaalselt (nagu ekstrusioon

puhumisvormimisel) vaid ka pikisuunaliselt.

Kilede tootmine

Venitus-puhumisvormimine

3. Plastide töötlemise põhiprotsessid

PET plastpudelite tootmine

Termovormimine (pneumo- ja vaakumvormimine) Lehtmaterjlide korral kasutatakse üle- või alarõhu abil

vormimist, vastavalt pneumo- või vaakumvormimist.

Termoplastid soojendatakse temperatuurini 100 – 200°C ja surutakse (rõhk kuni 2,5 MPa) või tekitataksevaakumi abil alarõhk, mille abil surutakse leht vastu vormi, mille kuju ta jahtudes omandab.

Pneumovormimine võimaldab võrreldes vaakumvormimisega valmistada sügavamaid ja suurema seinapaksusega tooteid.

3. Plastide töötlemise põhiprotsessid

Termovormimine (pneumo- ja vaakumvormimine)

3. Plastide töötlemise põhiprotsessid

Vaakumvormimine matriitsi abil

RotovormimineRotatsioonvalu korral surutakse pulbriline plast tsentrifugaaljõu mõjulvastu kuuma vormi, jahtudes omandab sulanud materjal vormi kuju.Nii saab vormida suuri ja keeruka kujuga esemeid.

Rotovormimise meetodil valmistatavad plasttooted:

anumad ja mahutid, välisvalgustite kuplid, settekaevud ja kuivtualetid erineva suuruse ja kujuga merepoid). sanitaartoodetest valmistatakse kuivkäimlaid, autotööstusele Volvo ja Scania veoautode ja teemasinate

kütusepaagid

Rotovormimine

Rotovalu tsükkel:

a) laadimine, b) kuumutamine, c) jahutamine d) vormist väljavõtmine

Plastmaatrikskomposiitmaterjalid (PMKM)

EELISED: suur eritugevus, vastupanu keemiliselt

agressiivsetele keskkondadele, väike soojus- ja elektrijuhtivus,

hea raadiolainete läbitavus; tehnoloogilisus – madalad

temperatuurid ja väiksed surved tootmisel;

valmistamisviiside paljusus

PUUDUSED: suhteliselt väike jäikus, madal soojus- ja kiirguspüsivus, hügroskoopsus, füüsikalis-mehaaniliste omaduste

muutumine vananedes ja

keskkonnategurite mõjul.

Jäikuse suurendamiseks kasutatakse suure jäikusega armatuuriliike nagu suure elastsusmooduliga klaaskiud, süsinikkiud, boorkiud, ränikarbiidkiud.

Polümeerkomposiitide armeerimise skeemid

a) pidevarmeerimine, b) diskreetne armeerimine, c) dispersioonarmeerimine d) kihtarmeerimine

4. Polümeerkomposiitide olemus ja liigitus

Polümeerkomposiittoodete valmistamise tehnoloogiad

Käsitsi lamineerimine (hand-lay-up) Vormimine vaakumkotis (Vacuum bag

moulding), Injektsioonvormimine Pihustamismeetod (spray-up) Kerimine ehk mähkimine (filament winding) Pultrusioon

Käsitsi lamineerimine

Käsitsi lamineerimisel (hand-lay-up) kasutatakse ühepoolseid vorme,sobilik suurte mõõtmetega toodete (vannid, basseinid, paadid)väikeseeria tootmiseks, kõvenemine toimub ruumitemperatuuril

Pihustamismeetod

Pihustamismeetodi (spray-up), puhul pihustatakse

sideaine ja kiudude segu vormile.

Vormimine vaakumkoti abilVormimine vaakumkotis (Vacuum bag moulding), mille korralkäsitsi asetatud materjalikihid (klaaskiudmatt, kärgpaneelid, jt)surutakse kokku elastse diafragma või vaakumkoti abil, kasutadesülerõhku või vaakumit. Üheks variandiks on ka vormimineautoklaavis, kus kasutatavad kõrgendatud temperatuuridkiirendavad toote kõvenemist.

Vormimine vaakumkoti abil

Injektorvormimine (RTM)

Injektorvormimine erineb vaakumvormimisest selle poolest,et kõvendiga segatud vaigu vormiviimiseks kasutatakse alarõhuasemel ülerõhku (kuni 20 bar),millega surutakse vaik vormi.Vormist õhu välja saamiseks kasutatakse õhutus kanalit.

Vormimise skeemid: otsepressimine (a), valupressimine (b), survevalu (c)

1 – tempel,

2 – valuvorm,

3 – punker,

4 – valusõlm

Kerimine ehk mähkimine

Kerimine ehk mähkimine (filament winding), tehnoloogilisimmeetod tsisternide ja mahutite valmistamiseks. Reeglinakasutatakse ringja või ovaalse ristlõikega toodete valmistamiseks.

Mähkimistehnoloogia ja tooted

Kevlariga armeeritud surveanum

CNC- mähkimismasin

Süsinikkiud- epoksüvaigust toru

Klaaskiudarmatuuriga mähitud torude mehaanilised omadused

Mähitud komposiitide rakendused

Märg survevormimine

Suhteliselt lihtne vorm, madalad rõhud;

Suhteliselt pikk valmistus-tsükkel;

Sobib lihtsamate detailide valmistamiseks, kuni mõnituhat tk. seerias;

Polüestervaik (külm või kuni 150 ºC)

Kõvenemisaeg 5-15 min

BMC ja SMC protsess

BMC pooltoode on tainjas mass; SMC pooltooteks painduv leht paksusega kuni mõni mm; Rõhk: SMC- 5-10 MPa, BMC- 10-15 MPa; Tsükli pikkus 30-150 s; SMC reeglina suurseeriatootmises.

SMC ja BMC materjali koostis

Tooraine Low-profile SMC

Standard BMC

Vaik 20-27% 20%

Klaaskiud 25-30% 15%

Kaltsiumkarbonaat 40-50% 54%

Kahanemst reg. manus 9%

Muud 3-5% 2%

Survevalu protsess Survevalu teostamiseks on vaja plast

muuta sisestatud tahkest olekust (tavaliselt pelletite või pulbri vormis) töödeldavasse sulaolekusse.

• Sisestatud materjali plastifitseerimine pöörleva teo abil (samm 1)

• peale vormi sulgemist järgneb plastifitseeritud materjali surumine vormi läbi teo edasi liikumise (samm 2),

• surve hoidmine ja detaili jahutamine vormis (samm 3)

• teo tagasiliikumine ja uus tsükkel(samm 4)

• viimane protsessi samm on vormi avamine ja detaili väljutamine vormist (samm 5).

Survevaluvorm

Pultrusiooniprotsess

• Põhiprotsess seisneb pikkade kiudude tõmbamises läbi • (pull trough-> pultrusioon):• plastiga täidetud vanni (vaik+kõvendi)->• läbi tõmbesilma, milles antakse tootele kuju ja eemaldatakse liigne vaik->• tõmbesilma, milles antakse lõplik ristlõikekuju ning pinnaviimistlus->• Tõmmatud detaili jahutamine suruõhuga või veega• Tõmbekiirus 0-5...2 m/min• Tõmbesilm on reeglina pikkusega 500...1200 mm pikk, sisaldab tsoone eri temperatuuriga

Pultrusiooniprotsess

Pultrusiooniprotsessis kasutatavad materjalid

Armatuur: E-klaas (punutud kiud, matt) eeliseks odavus, Rm- 3450 MPa, E-

moodul- 70 GPa, suhteline pikenemine 3…4%, varieeritakse kiu läbimõõtu, optimeeritakse pinnakatte abil nakkeomadusi

S-klaas (punutud kiud, matt), vastutusrikkad konstruktsioonid, Rm- 4600 MPa, E-moodul: 85 GPa

Süsinikkiud Rm- 2050-5500 MPa, E-moodul: 210…830 GPa, suhteline pikenemine 0,5…1,5%. Eeliseks madal tihedus (ρ=1,8 g/cm3)

Orgaanilised kiud- kasutatakse suure sitkusega KM valmistamiseks Rm- 2750 MPa, E-moodul: 130 GPa, suhteline pikenemine 4%

Polüesterkiud- kasutatakse klaaskiu asendajana juhul kui vajalik on sitkus ja löögikindlus kuid suur tõmbe- ja paindetugevus pole vajalikud

Pultrusiooniprotsessis kasutatavad materjalid

Maatriks: Küllastamata polüestervaik- kõveneb kiiresti- mitmesugused lisamanused Vinüül-estrid- kõrgemad meh. omadused, talub kõrgemaid temperatuure,

75% kallim kui polüester, paremad sitkusnäitajad Epoksüvaigud- eelmistest kallimad, paremate meh. Omadustega, max

temperatuur kuni 150ºC , kõvenemisprotsss aeglasem kui teistel, pultrusiooniprotsessiks seetõttu vähemsobiv

Teised reaktoplastid - metüül-metakrülaat (suurem leegikindlus, hea tehnoloogilisus) ja fenoolvaigud

Termoplastid: Täitematerjalid (fillerid)- kaltsium karbonaat, alumiinium-silikaat

Termovormimine (pneumo- ja vaakumvormimine)

Lehtmaterjlide korral kasutatakse üle- või alarõhu abilvormimist, vastavalt pneumo- või vaakumvormimist.

Termoplastid soojendatakse temperatuurini 100 – 200°C ja surutakse (rõhk kuni 2,5 MPa) või tekitataksevaakumi abil alarõhk, mille abil surutakse leht vastu vormi, mille kuju ta jahtudes omandab.

Pneumovormimine võimaldab võrreldes vaakumvormimisega valmistada sügavamaid ja suurema

seinapaksusega tooteid.

Erinevate meetoditega valmistatud PMKM tehnilis-majanduslikud näitajad

Vormimise viis

Seadmete maksumus

Tootlikkus Tugevus Vormija kvalifikatsioon

Toote maksumus

Toote homo-

geensus

Käsitsivormimine Vaakumvormimine Autoklaavis elastse kotiga vormimine Pihustusvormimine Riide mähkimine Pultrusioon Lehtstantsimine Vaigu sissepritsimine Survevalu

1 2

3 4 6 7 10

3 10

3 2

1 4 6 9 8

2 10

3 4

6 3 10 9 7

3 6

10 10

6 10 2 2 4

7 2

9 9

7 8 4 2 9

7 10

1 3

4 1 9 10 10

8 10