Plasty pre ľahké konštrukcie: radiačné sieťovanie a recyklácia od spoločnosti BGS

Plasty s vylepšenými vlastnosťami

Plasty sú vďaka svojim veľmi dobrým izolačným vlastnostiam a takmer neobmedzeným možnostiam tvarovania už dlho dôležitým základným materiálom tak v strojárstve, ako aj v automobilovom priemysle. Neustále rastúce požiadavky na tepelnú a chemickú odolnosť, mechanickú pevnosť, horľavosť a správanie pri opotrebovaní však vyžadujú stále nové riešenia. Vysokovýkonné plasty ako LCP, PEEK, PES a PEI možno použiť v celom rade náročných aplikácií. Sú však finančne nákladné a v niektorých prípadoch veľmi ťažko metalizovateľné. Ak sa bežné konštrukčné alebo komoditné plasty zosieťujú ionizujúcim žiarením, vykazujú výrazne vylepšené vlastnosti z hľadiska tepelnej a chemickej odolnosti, tečenia a odolnosti proti oderu. Životnosť takto upravených dielov možno výrazne predĺžiť. To umožňuje nielen nahrádzať drahé vysokovýkonné plasty, ale v mnohých funkčných komponentoch aj kov, a to pomocou radiačne zosieťovaných, vstrekovaných plastových dielov.

Technológia radiačného sieťovania

Na ožarovanie plastových materiálov sa spravidla používa beta žiarenie z elektrónových urýchľovačov s maximálnou energiou 10 megaelektrónvoltov (MeV). Počas ožarovania sú elektróny v materiáli brzdené a ich energia je absorbovaná. V dôsledku kaskády sekundárnych elektrónov dochádza v štruktúre polyméru k štatistickému štiepeniu makromolekúl za vzniku radikálov, ktoré sa následne znovu spájajú do väčších štruktúr - materiál sa zosieťuje. Výsledok: vlastnosti takto „zušľachtených“ materiálov sú trvalo zlepšené a výrobky možno používať v náročnejších podmienkach. Radiačné sieťovanie je presne riaditeľný proces. Požadovanú materiálovú kvalitu možno nastaviť a opakovane reprodukovať prostredníctvom dávky žiarenia.

Zosieťované plasty v praxi:
Strojárstvo a e-mobilita

Zmenený materiálový profil a dlhšia životnosť radiačne zosieťovaných komponentov rozširujú aj ich možné použitie v strojárstve. Požiadavky na materiály používané v prevodovkách a klzných komponentoch, ako sú ozubené kolesá, valivé ložiská alebo klzné puzdrá, neustále rastú. Radiačne zosieťované diely so zlepšenými tribologickými vlastnosťami, teda so zníženým oderom a opotrebovaním a s menšou tendenciou k tečeniu, môžu predstavovať ekonomicky výhodnú alternatívu ku kovom alebo drahým vysokovýkonným polymérom (PEEK, PAI a i.). V mnohých aplikáciách možno napríklad kov nahradiť radiačne zosieťovanými vstrekovanými plastovými dielmi z materiálov ako PA alebo PBT. Spojovacie prvky, ako sú skrutky a matice, rôzne držiaky alebo klipy, môžu byť vyrábané z radiačne zosieťovaného polyamidu namiesto kovu. Výhodou je nižšia hmotnosť a nižšie výrobné náklady vďaka eliminácii náročných obrábacích operácií na kovových dieloch.

V súvislosti s rozvojom e-mobility robí radiačné sieťovanie z plastov používaných v elektronických komponentoch, konektoroch a kábloch konkurencieschopné materiály, ktoré dokážu splniť nové, prísnejšie požiadavky. Technológia umožňuje vysokú flexibilitu tak pri voľbe surovín, ako aj pri návrhu káblov a ich konštrukcii. Zosieťovať možno nielen jednotlivo izolované jadrá vodičov, ale aj viacžilové káble alebo kompletne skonfekcionované káblové zväzky, a to v jednom kroku. Ak je nutné použiť na vodičoch radiačne citlivé izolácie alebo deliace a izolačné fólie, je možné zosieťovať iba vonkajší plášť. Ľahká konštrukcia navyše hrá v elektromobiloch stále dôležitejšiu úlohu, pretože pomáha kompenzovať dodatočnú hmotnosť batérie a súvisiacich komponentov. Plasty sú preto už dnes a budú aj v budúcnosti kľúčovým konštrukčným materiálom. Radiačné sieťovanie im umožňuje vyhovieť podstatne komplexnejším požiadavkám v tomto prostredí ekonomicky efektívnym spôsobom.

Radiačné sieťovanie v logistickom reťazci

V rámci výrobného reťazca predstavuje radiačné sieťovanie finálny krok po tom, čo sú diely vyrobené vstrekovaním, vytláčaním alebo vyfukovaním – obvykle v podobe krátkej zastávky u špecializovaného poskytovateľa ožarovacích služieb. Spravidla ide o externe zabezpečovaný procesný krok, ktorý prebieha pred ďalšími nadväzujúcimi operáciami alebo pred finálnou expedíciou koncovému zákazníkovi. Mnoho ožarovaných produktov je súčasťou sériovej výroby, ktorá podlieha pevnému harmonogramu v dodávateľskom reťazci. Pre výrobcov a dodávateľov to znamená, že krok radiačného ošetrenia musí plynulo a rýchlo nadväzovať na samotnú výrobu. Veľkou výhodou úpravy ionizujúcim žiarením je skutočnosť, že výrobky možno po jednoduchom uvoľnení okamžite použiť alebo ďalej spracovávať – bez nutnosti ďalších testov či skladovania a čakacích dôb.

Radiačne zosieťované diely a recyklácia

V záujme ochrany životného prostredia sú regulačné požiadavky na plasty stále prísnejšie. Aktuálne je v popredí najmä ich recyklovateľnosť. Radiačne zosieťované komponenty sú extrémne odolné a možno ich preto používať veľmi dlho. Na konci ich životnosti prichádzajú do úvahy tri základné spôsoby nakladania: materiálové (fyzikálne), surovinové (chemické) a energetické (termické) využitie. Pri materiálovej recyklácii sa druhotné suroviny používajú na výrobu nových plastových dielov. Ak sú výrobné zvyšky pred zosieťovaním triedené podľa typu a akosti, možno ich znovu využiť v rovnakej aplikácii. Materiálová recyklácia funguje aj v prítomnosti prísad na sieťovanie (vo forme regranulátu). Zosieťované plasty možno v čistej forme podrviť a v určitých medziach spätne primiešavať k primárnym surovinám ako regranulát. Tieto medzné hodnoty závisia od konkrétneho materiálu a stupňa zosieťovania a je nutné ich vždy individuálne overiť. Ak materiálová recyklácia nie je možná alebo vhodná, môžu byť radiačne zosieťované komponenty bez problémov spracované surovinovým spôsobom alebo energeticky využité (spálené na účely získania energie).

Záver

Ožarovanie elektrónovým lúčom zlepšuje materiálové vlastnosti technických plastov a umožňuje ich nasadenie v produktoch, ktoré boli doteraz konštruované z vysokovýkonných polymérov alebo dokonca z kovov. Či už ide o optimalizáciu existujúcich aplikácií, alebo o cielené zohľadnenie radiačného sieťovania už vo fáze návrhu, možnosti sú veľmi široké. Konštrukčným inžinierom sa tým otvára priestor na vývoj inovatívnych a vysokovýkonných riešení, ktoré zároveň spĺňajú požiadavky produktu aj trhu.