203056. lajstromszámú szabadalom • Eljárás hőrelágyuló műanyag cső előtermékből méret és alaktartó formatest előállítására
HU 203056 A 1 2 A találmány tárgya eljárás hőrelágyuló műanyagból, előnyösen poliolefin, PVC, poliamid, polisztirol, poliakrilát homo- vagy kopolimer cső előtermékből méret- és alaktartó formatest előállítására. A gyakorlatban a különböző hőre lágyuló műanyag formatesteket fröccsöntéssel, extrudálással, préseléssel, stb. állítják elő. A gyártáshoz használt szerszámok rendkívül költségesek és csak nagyobb darabszám esetén fizetődnek ki. Kisebb szériájú daraboknál pl. valamely műanyag csőhálózat egyes ritkán használt idomainál, az egy darabra eső szerszámköltség rendkívül magas és így az adott idom ára túl magas lesz. Külön problémát jelent, hogy az előállítási módokból eredően a test belsejében különböző feszültségek keletkeznek részben a kialakuló orientált molekuláris szerkezet miatt. A formatestben kialakult feszültségek a felhasználás során különféle meghibásodásokhoz, pl. méretváltozásokhoz, törésekhez vezetnek. A gyakorlatban a belső feszültségekből, a molekuláris orientációkból eredő meghibásodásokat a meleg alakító eljárásoknál - fröccsöntés, extrudálás - az alakítás utáni hőntartással, pihentetéssel próbálják meggátolni. A nehézség abban rejlik, hogy a feszültségeknek csak egy része szüntethető meg relatíve kis alak-, illetve méretváltozások árán. Az orientált molekuáris szerkezettel összefüggő belső feszültség vagy jelentős alaktorzulás árán szüntethető meg, vagy olyan bonyolult hőkezelési folyamatot kell alkalmazni, amely nem gazdaságos. A belső feszültségnek hőkezeléssel történő csökkentését ismertetik a Kunstoffe 66 k 1. füzet (1976) p. 42-48 cikkben. A cikkben ismertetett kísérletek bebizonyították, hogy fröccsöntött termékeknél az alaktorzulást meggátló olyan hőkezelés során, amelyet a szerszámban folytattak le, tízezerszer hosszabb idő alatt szűnt meg az orientált állapot, mint a szabad alakváltozásban nem gátolt termékeknél, egyébként azonos körülmények között. AMűanyag és Gumi 17/2 (1980) folyóirat 40-50. oldalán bemutatja a fröccsöntési technológia paraméterei és az alaktorzulási hajlam közötti összefüggéseket. Méret- és alaktartó formatesteket csak a legjobb minőségű alapanyagok használata, a zsugorodásokat figyelembevevő bonyolult szerszámok használata eredményez; azonban az így előállított végtermék drága lesz, különösen az így előállított végtermék drága lesz, különösen kisebb darabszám esetén. Vonatkozik ez pl. a nagyobb méretű fröccsöntött csővezeték idomokra az átmérő 150 mm feletti tartományban, ahol a hegesztett csőkötések miatt a csőidomok alacsony belső feszültsége és a hőfoktól függő méretállandósága lényegesen befolyásolja a kötés jóságát. A csövek molekuláris szerkezete az extrudálás következtében hosszirányban orientált, az idomoké a fröccsöntés miatt a forma, a szerszámkialakítás, a lehűtés függvényében rendkívül összetett és pontról pontra változó értékű. Az ideális az lenne, ha a molekuláris szerkezetük a belső feszültségi állapotuk közel azonos lenne. Célul tűztük ki olyan eljárás kidolgozását, amelynél viszonylag olcsó, egyszerű kialakítású szerszámban csökkentett belső feszültségű és ezáltal alak- és mérettartó hőrelágyuló műanyag forma- 5 test állítható elő. Hőrelágyuló anyagként előnyösen poliolefin, PVC, poliamid, polisztirol, poliakrilát polimereket használunk. A találmány alapja az a felismerés, hogy az ismert műanyagfeldolgozó eljárások nagyrésze (így 10 az extrudálás, fröccsöntés, pneumatikus formázás, stb.) a gyártmányban meghatározott molekuláris orientációt és részben erre az állapotra visszavezethető belső feszültséget hoznak létre. Az orientált- és belső feszültségi állapot hőkezeléssel csökkenthető, 15 illetve megszüntethető. Ha a terméket az alapanyag nagy rugalmas állapotának megfelelő hőmérsékleten úgy hőkezeljük, hogy a szabad alakváltozásában nem akadályozzuk, az orientált- és belső feszültségi állapot alakváltozás közben szűnik meg. 20 Az alakváltozás az orientációs főirányokban méretcsökkentéssel, ezekre merőlegesen méretnövekedéssel jár. A szabad alakváltozást megengedő hőkezeléssel tehát a gyártás során bevitt orientációval arányos 25 deformáció hívható elő. A találmány lényege tehát az, hogy a rendelkezésre álló vagy erre a célra tervezetten előállított molekulárisán orientált és ebből eredően kívánt mértékű belső feszültségi állapotú csőalakú előfor- 30 mát hőkezeljük úgy, hogy a szabad alakváltozást lehetővé tesszük. Ekkor a kívánt késztermékhez közelálló alakú és méretű, orientáció- és belső feszültség mentes, illetve feszültség szegény műanyag formatestet nyerünk. 35 Ezt megfelelő hőállapotban megfelelő szerszámban tovább alakítjuk a kívánt végformára, majd egy hűtési ciklus után eltávolítjuk a szerszámból. Az alakítandó hőrelágyuló polimerek köre lehet amorf vagy részlegesen kristályos. 40 A hőrelágyuló előterméknek hőkezelése amorf műanyagok esetében az üvegesedési hőmérséklet közötti hőfoktartományban, a részlegesen kristályos műanyagok esetében a kristályosodási hőmérséklet és a folyási hőmérséklet közötti hőfoktar- 45 tományban történik. A szabad alakváltozást megengedő hőkezelés után a belső feszültséget tartalmazó formatestből egy csökkentett belső feszültségű vagy belső feszültségtől mentes előterméket kapunk. A szabad alak- 50 változást megengedő hőkezelés az alakító szerszámban vagy még a szerszámba helyezés előtt történik. A következő eljárási lépésben a gyakorlatilag belső feszültségtől mentes vagy alacsonyabb belső 55 feszültségű előforma formára-alakítását végezzük ismert módon szerszámba, hő- és nyomás hatására. Az ismert módon történő formázás előnyösen az előformába betolt elasztikus dugó, felfújható légzsák alkalmazásával történik. 60 A harmadik eljárási lépésben a műanyag alaktestet 10-80 N/mm2 nyomáson 1-8 °C perc sebességgel lehűtjük, így rögzíjtük a kialakított formát. Ezután a formatestet a szerszámból eltávolítjuk, kívánt esetben tovább-alakítjuk, így ismert módon 65 forgácsoljuk, kalibráljuk. 2
