PlasticPortal.eu - denne aktualizovaný portál pre plasty a gumu

Aktuality
Hľadáte partnera, ktorý Vaše zadania, projekty či problémy v oblasti priemyselnej automatizácie vyrieši „na kľúč“?

28.04.2017 | Oslovte nás. Účelom Well automation s.r.o. je pomáhať ľuďom, aby stroje a automatizované výrobné linky vyrábali lepšie, bez strát, s vyššou efektivitou a spoľahlivo.

Fatra a.s. ponúka regranuláciu plastových odpadov (PP, PE, PP/PE, EVAC)

26.04.2017 | Spoločnosť Fatra, a.s. - tradičný spracovateľ plastov v Českej republike, rozšírila výrobné možnosti o úpravy interného a externého plastového odpadu na regranulačnej linke.

Mercedes na Autosalóne Bratislava 2017 s európskou výstavnou premiérou

25.04.2017 | Bratislavský Autosalón bude tento rok skutočne výnimočný. Okrem dvoch stredoeurópskych premiér (Mazda CX-5 a Mazda MX-5 RF) ho obohatí aj jedna európska výstavná premiéra, dlho očakávaný model Mercedes Benz triedy S.

Zákazková výroba tesnení na mieru - novinka spoločnosti TOMIRTECH, s.r.o.

24.04.2017 | Počítačom riadený rezací stroj Atom FlashCut predstavuje tú najmodernejšiu a najpresnejšiu technológiu vo výrobe plochých tesnení.

Predaj vstrekolisov v ČR a SR stále rastie

20.04.2017 | V týchto dňoch ukončil PlasticPortal.eu® prieskum predaja vstrekolisov na území Českej a Slovenskej republiky za rok 2016. Do prieskumu bolo tento rok oslovených 24 významných dodávateľov vstrekolisov so žiadosťou o poskytnutie údajov o predajoch. Zastúpenia dvoch oslovených značiek vstrekolisov svoje údaje neposkytli.

 
Plastikársky slovník
Portál ZÁKONY A NORMY
Portál ZÁKONY A NORMY
Aktuálne v legislatíve
Verejná konzultácia o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku

10.04.2017 | Európska Komisia začala na svojich webových stránkach verejnú konzultáciu o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku.

Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality

07.12.2016 | Norma pre Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality - Požiadavky na splnenie predpisov, z decembra 2016.

Připravuje se novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech

29.11.2016 | Připravovaná novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech se týká se povinného zpoplatnění pouze lehkých plastových odnosných tašek s tloušťkou stěny do 50 ...

§ 58 zákona o odpadoch je zrušený! Povinnosti voči OZV zostávajú nezmenené!

16.11.2016 | Dňa 25.10.2016 parlament Slovenskej republiky zrušil sporný § 58 zákona o odpadoch, v zmysle ktorého, pôvodca odpadu z obalov pre ktoré nebol výrobcom ...

Harmonizované normy v říjnu 2016

11.11.2016 | V Úředním věstníku EU byly v říjnu 2016 zveřejněny následující názvy a odkazy harmonizovaných norem:

 
Newsletter
CAPTCHA Image
 
Úvod > Aktuálne články > Konštrukční kompozity na bázi polypropylenu (část 2.)
Konštrukční kompozity na bázi polypropylenu (část 2.)
 
 
Konštrukční kompozity na bázi polypropylenu (část 2.)

Konštrukční kompozity na bázi polypropylenu (část 2.)

Jednou z negativních vlastností PP je jeho nízká houževnatost za teplot pod bodem mrazu. Pro zmírnění této vlastnosti se konstruktérům výstřiků nabízejí různé typy kopolymerů. Mezi nejpoužívanější je možno zařadit kopolymery s etylenem, u nichž dochází ke zvýšení rázové houževnatosti, za současného snížení modulu pružnosti a to v závislosti na obsahu etylenu - statistické kopolymery - obsah etylenu do 5 %, blokové s obsahem 3 až 30%. Aplikační možnosti takovýchto kopolymerů se při použití jako neplněné soustřeďují například na obaly autobaterií, plněné typy - kaučukovité částice, skleněné vlákno, minerální plnivo - jsou vhodné pro exteriérové díly typu nárazníky, boční ochranné lišty, apod.

Kompozity se skleněnými vlákny

Skleněná vlákna patří k nejrozšířenějším plnivům používaným v kompozitech s PP matricí. Průměr vláken, pro představu, je od cca 2, 5 do cca 24 mikrónů. Nejčastěji jsou vyráběna ze skloviny typu E – bezalkalická nebo typu S, která má podstatně vyšší pevnost, až o 70 %. Před zamícháním do polymerní taveniny se opatřují apretací. Obsah vláken se pohybuje od 5 do 70 %, nejčastěji od 30 do 40 %. Do obsahu vláken cca 40 % roste pevnost a rázová houževnatost kompozitů, modul pružnosti roste i nad uvedenou hranicí. 


Krátká skleněná vlákna

Délka vláken v granulátu bývá nejčastěji okolo 3 mm. Takováto plniva v kompozitech zvyšují modul pružnosti, zvyšují tepelnou odolnost a mají za následek výraznou anizotropii smrštění a i mechanických vlastností. Materiály s krátkými skleněnými vlákny se využívají u aplikací, kde jsou zvýšené požadavky na tuhost oproti, například výstřikům z materiálů s minerálními částicovými plnivy. V poslední době se začínají využívat i tam, kde mohou nahradit například materiály typu polyamid 6 nebo 66 vyztužené skleněnými krátkými vlákny a navíc uspořit na hmotnosti až cca 15 % oproti uvedeným PA kompozitům.


Dlouhá skleněná vlákna

Granulát s těmito vlákny je obvykle vyráběn kontinuální technologií pultruze, kdy je na nekonečné vlákno nanášena ve vytlačovací hlavě matrice a po ochlazení pramence je tento sekán na granule o délce cca 10 až 16 mm, která odpovídá i délce vlákna obsaženého v granulátu. Při vstřikování krátkých skleněných vláken dochází při toku taveniny v důsledku smykových sil k orientaci vláken ve směru toku  -  dochází, jak již bylo uvedeno k anizotropii, tj. různým vlastnostem podél toku a napříč. U materiálů s dlouhými vlákny se tento jev mění na vznik trojrozměrné struktury, která má zásadní vliv na vlastnosti výstřiků s dlouhými vlákny. Výrazně se zlepší anizotropie vlastností, zejména smrštění a rozměrové stabilita, zvýší se rázová houževnatost, tepelná odolnost, odolnost proti šíření trhliny, výstřiky mají dobré creepové vlastnost - odolnost proti toku za studena, zvýšení modulu pružnosti je úměrné tloušťce výstřiku. Kompozity s polypropylenovou matricí a dlouhým skleněným vláknem mohou opět, jako v případě s krátkými vlákny, nahradit dražší kompozity a navíc ušetřit na hmotnosti příslušného dílu. V automobilové konstrukci se s nimi můžeme setkat v rámech přístrojových desek, při konstrukci front  -  endů, atd.


Polypropylen plněný skleněnými mikrokuličkami

V těchto kompozitech je obvyklý obsah skleněných kuliček od 10 do 50 %. Jejich velikost se pohybuje od 6 do 8 mikrometrů. Skleněné kuličky jako plnivo mají vliv na zvýšení rázové houževnatosti, pevnosti v ohybu, tvrdost a snížení anizotropie smrštění. Poslední zvýhodnění má i vliv na snížení deformací, přičemž, ale musíme mít na paměti, že i mechanické vlastnosti jsou nižší než u materiálu s krátkým skleněným vláknem. V praxi se též setkáváme s kombinovaným plnivem - skleněné kuličky s krátkými skleněnými vlákny.


Polypropylen plněný talkem (mastkem)

Talek je nejčastějším plnivem používaným v PP kompozitech. Jedná se měkké minerální plnivo s lamelární strukturou, tj. je to plnivo částicové -  jedná se o tenké destičky vodného hydroxidu hořečnatého mezi vrstvami siliky. Důvody jeho používání - snižuje cenu kompozitu, zvyšuje pevnost v tahu, rozměrovou stabilitu, chemickou a tepelnou odolnost. Zde je nutno podotknou, že zvýšení uvedených vlastností není tak velké jako u plnění skleněnými vlákny. Mechanické vlastnosti výsledného kompozitu s talkem ovlivňuje jeho podíl, s větším obsahem talku rostou jejich hodnoty  -  nejčastější je obsah talku 20 %, v nabídce jsou materiály s obsahem až 60 %. Na výsledných vlastnostech má svůj podíl i velikost částic a poměr jejich rozměrů. V automobilovém průmyslu nacházejí tyto materiálu velmi široké uplatnění jak u interiérových dílů, například obložení vnitřních sloupků karosérií, obložení zavazadlového prostoru, apod., tak i po modifikaci proti UV záření a zvýšení houževnatosti u dílů exteriérových - nárazníky, boční ochranné lišty, atd.


Polypropylen plněný uhličitanem vápenatým

Uhličitan vápenatý, minerální částicové plnivo, je z pohledu objemu plniv do plastů hojně využíván. Jeho celková spotřeba do plastů je cca 65 % - odhadem asi 6 miliónů tun, přičemž do PP matric se spotřebuje cca 10 % z uvedeného množství. Používají se dva typy  -  přírodní, jehož vlastnosti jsou odvislé od místa těžby a syntetické (srážené), které oproti přírodním mají vyšší čistotu a bělost, včetně užší distribuce velikosti částic. Velikost částic uhličitanu vápenatého bývá v rozmezí 5 až 100 mikrometrů, před zamícháním do polymeru je povrch částic lubrikován pro zvýšení mechanických a elektrických vlastností, pro lepší odolnost vlhkosti a lepší zpracovatelnost. Výhodou uhličitanu vápenatého jako plniva je jeho nízká cena, která snižuje i cenu výsledného koupandu, zdravotní nezávadnost, dobrá dispergovatelnost, nízký obsah vlhkosti.

Toto částicové plnivo nijak výrazně nezvyšuje mechanické vlastnost a to ani při vysokém stupni naplnění, až 60 %. Při porovnání zvýšení mechanických vlastností kompozitů s uhličitanem vápenatým, talkem a krátkými skleněnými vlákny je první uvedené plnivo nejhorší, následuje talek a nejlépe, jak vyplývá i z jeho podstaty - vláknité plnivo - vychází skleněné vlákno. Aplikace jsou zejména tam, kde nejsou potřebné vysoké mechanické vlastnosti při požadavku na nízkou cenu materiálu.


Polypropylen plněný slídou

Obecně lze říci, že se nejedná o příliš rozšířený materiál. Jako slída je označována skupina minerálů patřících mezi hlinitokřemičitany, nejrozšířenějším je muskovit. Její charakteristickou vlastností je vrstevnatá struktura, díky níž je ji možno štěpit na tenké destičky o velikosti částic cca 10 až 100 mikrometrů. Slída je nevodivá a nehořlavá. Díky vrstevnaté struktuře mají kompozity se slídou dobrou pevnost v ohybu a tahu, vysokou tvrdost, odolnost proti deformacím a odolnost proti poškrábání. Slída se v některých aplikacích kombinuje se skleněným vláknem. Obvyklé plnění je 20 až 40 % (60 %). Využití kompozitů se slídou je obdobné jako u výše uvedených materiálů s polypropylenovou matricí.


Polypropylen plněný wollastonitem

Wollastonit je dalším z minerálních plniv vhodných do kompozitů s polypropylenovou matricí. Jedná se o silikát vápníku - minerální křemičitan vápenatý. Je to bílý až šedý, průsvitný až neprůhledný, lesklý minerál. Z pohledu plniva je jeho výhodou bělost a odolnost proti poškrábání, což přináší do kompozitu vyšší odolnost proti oděru. Jako materiál pro automobilový průmysl není příliš využíván. Je vhodný zejména pro interiérové aplikace, u nichž je nebezpečí poškrábání.


Polypropylenové kompozity s nanoplnivy

Nanoplnivy jsou plniva, jejichž rozměry jsou v řádu nanometrů, tj. deset na mínus devátou metru, na rozdíl od výše uvedených plniv, jejichž rozměry jsou v řádu deset na mínus šestou, tj. o tři řády větší. Velikost nanočástic plniva se blíží velikosti molekuly matrice. Tento malý rozdíl ve velikosti plniva a matrice umožňuje velmi blízké spojení matrice a plniva, přičemž interakce mezi částicí plniva a molekulou vytváří na povrchu částice spojenou oblast, která znemožní pohyb příslušné části polymerní matrice. Do skupiny nanoplniv se řadí minerální jíly, uhlíková nanovlákna, uhlíkové nanotrubičky, tzv. fullereny, což je strukturní forma uhlíku tvořená pěti nebo šestiúhelníky. Pro výrobu nanokompozitů s polypropylenovou matricí jsou nejvýznamnější minerální jíly patřící mezi vrstevnatá plniva. Mají vrstevnatou, destičkovou strukturu o tloušťce v nanometrech a velkou plochu destiček. Nejznámějším zástupcem jílů je aluminosilikátový minerál montmorillonit - MMT.

Výraznou změnou oproti běžným kompozitům plněných minerály je u nanokompozitů dispergace plniva. Z pohledu dispergace vrstev plniva se nanokompozity obvykle dělí do tří skupin:

 - mikrokompozity - fázově separované nanokompozity u nichž je zachována vrstevnatá struktura o tloušťce v řádu mikrometrů

- interkalované nanokompozity  -  molekuly polymeru jsou zabudovány do vrstevnaté struktury plniva, u nichž pomocí interkalačních činidel, například alkylamoniové soli, dochází interakcí ke zvětšování vzdáleností mezi destičkami plniva

- exfoliované nanokompozity - při dosažení vysokého stupně interkalace již nanovrtstvy nejsou pohromadě, ale jsou rovnoměrně rozptýleny v polymerní matrici, dochází ke změně jejich tvaru z krychlového - sada destiček, na tvar jednotlivých destiček o velkém povrchu.

Pro příklad může sloužit nanoplnivo montmorillonit, jehož 1g má více jak 700 m2 fiktivního povrchu ve styku s polymerní matricí. Běžně používaný talek o stejné hmotnosti má povrch pouze cca 30 m2. Obvyklý obsah nanoplniva v kompozitu je 3 až 7 %. Nanočástice tedy zlepšují mechanické vlastnosti polymerní matrice a mohou redukovat obsah přísad nutných k dosažení požadovaných výhod kompozitních materiálů a tím jejich použití vede i k redukci hmotnosti konkrétního výstřiku v porovnání s tradičními plněnými termoplasty.

Mohou plně nahradit částicová minerální i vláknitá (skleněná vlákna) plniva i retardéry hoření. Dále zlepšují nepropustnost, odolnost vůči chemikáliím a navlhavost, včetně zvýšení jakosti povrchu výstřiků a zvýšení lesku. Nízký obsah nanoplniva umožňuje výborné probarvení materiálu až po možnost vypuštění dodatečného lakování výstřiků. Technologické podmínky vstřikování (opět v důsledku nízkého obsahu plniva) nejsou závislé na jeho hmotnostním množství. Při výrobě nanokompozitů jsou částice vysušeny, a proto není nutno granulát před vstřikováním sušit (při použití nenavlhavé matrice). Přínosem nanoplniv je tedy získání lepších materiálových vlastností než u standardních, výše popsaných minerálních plniv. Jedná se například o zvýšení rozměrové stability, modulu pružnosti, tepelné odolnosti, bariérových vlastností, zvýšení odolnosti proti poškrábání, a to při, jak již bylo uvedeno, současném snížení hmotnosti výstřiku.


Polypropylenové kompozity s přírodními vlákny

Skupina kompozitů s přírodními plnivy je obvykle označována trochu zavádějící zkratkou WPC - Wood Plastic Composites. U těchto kompozitů jsou jako plniva používány rostliny, například bavlna, len, juta, konopí, sisal, dřevěné štěpky z jehličnatých i listnatých stromů a palem. Jejich použití jako plniva je, mimo jiné, vedeno myšlenkou na zvýšení biologicky degradovatelných materiálů ve výrobcích automobilového průmyslu. Kromě výše uvedené myšlenky jsou to i jejich vlastnosti. Rostlinná vlákna mají nízkou specifickou hustotu, relativně vysokou pevnost a tuhost v poměru k jejich hmotnosti, pozitivní akustické vlastnosti, nejsou abrazivní, je s nimi možno dosáhnout vysokých stupňů plnění - 60 až 80 %, jsou zdravotně nezávadná.  

Základní nevýhodou kompozitů s přírodními vlákny je právě přírodní původ vláken. Jejich fyzikální vlastnosti jsou výrazně závislé na zdroji vláken, navíc tato vlákna mají sklon k tvorbě agregátů, mají nízkou tepelnou stabilitu a nízkou odolnost proti navlhání. Plniva jsou vysoce polární a proto je problém i s komptabilitou mezi matricí a plnivem. Pro odstranění obou nevýhodných vlastností vláken se do kompozitů vpravují hydrofilní přísady - vlhkost v kompozitech má za následek jejich poréznost a tím špatné mechanické vlastnost, včetně snížení rozměrové stability - a kompatibilizátory pro zvýšení adheze mezi matricí a vlákny. Velkým problémem při jejich vývoji je, v důsledku organického původu plniv, výběr matric. Vlákna snáší relativně nízké tepelné zatížení a proto i matrice tomuto faktu musí být přizpůsobena, aby nedocházelo při zpracování kompozitů k tepelné degradaci a snížení jejich mechanických vlastností, včetně vysoké pórovitosti. Tepelná degradace ohrožuje i barevnou stálost a má vliv na vznik nepovolených zápachů.

Pevnostní charakteristiky zejména ovlivňuje velikost vláken. Obecně platí, že vlákna o průměrné velikosti částic cca od 0, 24 do 0, 35 mm vykazují lepší vlastnosti než částice o větších rozměrech, mají vyšší specifický povrch a lepší slučitelnost s polymerní matricí. Přesto, že přírodní plniva mají, v porovnání s průmyslově vyráběnými vláknitými plnivy, horší mechanické vlastnosti, díky dobrému poměru výkon/náklady - cena například lněných a konopných vláken je o cca 40 % nižší než cena krátkých skleněných vláken - nalézají stále širší uplatnění a to zejména v aplikacích, kde uvedené vlastnosti nejsou prioritní. Pro názornost - modul pružnosti v GPa skleněného vlákna typu E je cca 70, jutové vlákno má tento modul cca 27, sisal cca 20, měkké dřevo 40 a na druhém konci uhlíkové vlákno cca 230. Polypropylenové kompozity s přírodními plnivy z pohledu automobilového průmyslu můžeme očekávat v některých aplikacích v interiérech - dveřní výplně, tepelně - akustické izolace, atd. Použití u exteriérových dílů není výrazněji rozšířeno.


Speciální polypropylenové kompaundy

Polypropylen jako matrice se používá i do kompaudovaných směsí, ve kterých jako plnivo jsou použity uhlíková nanoplniva nebo kovové prášky. Jedná se o kompozity tepelně vodivé a elektricky nevodivé, tepelně vodivé a elektricky vodivé, s antistatickými vlastnostmi - elektricky vodivé zabraňující akumulaci elektrostatického náboje, ESD - C a elektromagneticky stíněné, EMI. Kompozity typu ESD - C mají měrný povrchový odpor vyjádřený v ohmech na centimetr od deseti na prvou až do deseti na šestou, běžné neplněné plasty deset na dvanáctou a více, kovy deset na mínus prvou až deset na mínus pátou. Materiály těchto typů jsou vhodné pro aplikace ve výbušných prostředích, pro pracoviště kde je nežádoucí elektrostatický náboj.

Tepelně vodivé kompozity, ať už elektricky vodivé nebo nevodivé, mají široké pole použití všude tam, kde tepelně izolační vlastnosti plastů nejsou výhodné. Velké využití nalézají například jako chladící součásti osvětlení s využitím LED diod. Běžné neplněné plasty mají součinitel tepelné vodivosti vyjádřený ve watech na metr a Kelvin mezi cca 0, 03 až 0, 2. Tepelně vodivé plasty od 1 do cca 20. Pro porovnání - uhlíková ocel s obsahem uhlíku 0, 2 % má součinitel tepelné vodivosti cca 50, hliník 220, měď 400, speciální kovové slitiny, které lze vstřikovat cca 110.   

Na závěr je možno konstatovat, že automobilový průmysl se, po obalovém průmyslu, stává jedním z největších uživatelů polypropylenu a to zejména v podobě jeho kompozitů. Důvodem tohoto stavu je snaha o co nejvyšší ziskovost výroby. Výrobci polypropylenu, kompaudéři, zpracovatelé jsou tlačeni stále do větších úspor a proto musí automobilkám nabízet řešení, která výrazně sníží jejich náklady. To ve velké míře platí například pro nástup kompozitů s dlouhými skleněnými vlákny. Tyto materiály se nepoužívají jen jako náhrada za již používané materiály, ale stále častěji jako vstupní materiál pro nové konstrukce. Polypropylen a jeho kompozity nejen pomáhají snižovat cenu automobilů, ale jak již bylo uvedeno na začátku poskytují dobré možnosti pro klíčový úkol jímž je snižování hmotnosti navrhovaných automobilů.

1. část »

7.1.2014
autor: Lubomír Zeman
 
 
 
 
 
Odporučte článok Vytlačiť článok Späť
 
 

Späť


 
Najnovšia inzercia

Predaj | HDPE
30.04.2017

 
 

Predaj | PET film
28.04.2017

 
 

Kúpa | PBT drť, farebný mix
28.04.2017

 
 

Predaj | Aglomerát PE
27.04.2017

 
 

Predaj | Tipelin 471-02
27.04.2017

 
 

Predaj | PP regranulát
27.04.2017

 
 

Predaj | PP regranulát
27.04.2017

 
 

Predaj | HDPE regranulát
27.04.2017

 
 
 
 
Výstavy
PLASTEC New England

03.05.2017 | Plastikársky veľtrh.

DESIGN and MANUFACTURING NEW ENGLAND

03.05.2017 | Medzinárodná plastikárska výstava.

interpack 2017

04.05.2017 | Medzinárodný veľtrh pre obalovú techniku sa koná v Düsseldorfe.

FOR INDUSTRY

09.05.2017 | 16. Medzinárodný veľtrh strojárenských technológií.

MACH-TECH

09.05.2017 | Medzinárodný veľtrh priemyselných strojov a zváracej techniky.

SOLIDS Dortmund 2017

10.05.2017 | SOLIDS Dortmund 2017 je vedúci veľtrh pre práškové a sypké materiály a technológie v Nemecku a uskutoční sa súbežne so 4. ročníkom veľtrhu RECYCLING-TECHNIK.

RECYCLING-TECHNIK Dortmund 2017

10.05.2017 | Veľtrh je zameraný na stroje a technické komponenty pre recykláciu a likvidáciu odpadov spôsobom šetrným k životnému prostrediu.

BEOGRADSKI SAJAM

15.05.2017 | 61. medzinárodný veľtrh techniky a technických vymožeností sa koná v Srbsku.