Numer 6/15 PDF

Transkrypt

Numer 6/15 PDF

PRZETWÓRSTWO TWORZYW
Czasopismo naukowo-techniczne. Ukazuje się od 1994 r.
Czasopismo publikuje artykuły recenzowane.
Czasopismo punktowane, notowane na ogólnokrajowej
liście „B” MNiSzW.
Wersja drukowana jest podstawową (referencyjną)
wersją czasopisma.
Skrót nazwy czasopisma w j. polskim – „PT”
Rada Programowa:
Przewodniczący:
• prof. Elżbieta Bociąga, Politechnika Częstochowska, Polska/Poland
Honorowy Przewodniczący:
• prof. Robert Sikora, Politechnika Lubelska, Polska/Poland
Członkowie:
• prof. Marek Bieliński, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy,
Bydgoszcz, Polska/Poland
• dr Krzysztof Bortel, Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych
i Barwników, O/Gliwice, Polska/Poland
• prof. Michael Bratychak, Lviv Polytechnic National University,
Lwów, Ukraina/Ukraine
• prof. Igor Čatić, University of Zagreb, Croatia/Chorwacja
• prof. Józef Flizikowski, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy,
• prof. József Gál, University of Szeged, Hungary/Węgry
• prof. František Greškovič, Technical University of Kosice,
Słowacja/Slovakia
• dr Przemysław Hruszka, firma Wavin-Metalplast, Buk, Polska/Poland
• mgr Janusz Jastrzębski Basell Orlen Polyolefins Płock, Polska/Poland
• Simone Maccagnan, „Gimac” Castronno, Włochy/Italy
• prof. Antonio Torres Marques, Universidade do Porto,
Porto, Portugalia/Portugal
• prof. António J. Pontes, University of Minho, Portugal/Portugalia
• prof. Janusz W. Sikora, Politechnika Lubelska, Polska/Poland
• Thomas Simoner – HOBAS, Austria
• dr Joachim Stasiek, Inżynierii Materiałów Polimerowych
i Barwników, Toruń, Polska/Poland
• prof. Tomasz Sterzyński, Politechnika Poznańska, Polska/Poland
• prof. Oleg Stoianov, Kazan National Research Technological
University, Kazań, Rosja/Russia
• prof. Oleh Suberlyak, Lviv Polytechnic National University,
Lwów, Ukraina/Ukraine
• prof. Gabriel Wróbel, Politechnika Śląska, Gliwice, Polska/Poland
• prof. Gennady E. Zaikov, Russian Academy of Sciences,
Moskwa, Rosja/Russia
• prof. Marian Żenkiewicz, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego,
PRZETWÓRSTWO
TWORZYW
POLYMER PROCESSING
CZASOPISMO NAUKOWO-TECHNICZNE
POŚWIĘCONE PROBLEMOM PRZETWÓRSTWA
TWORZYW POLIMEROWYCH
Wydawca:
Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu
87-100 Toruń, ul. M. Skłodowskiej-Curie 55
Tel./fax: 56 / 650-03-33
Kontakt: e-mail: [email protected]; Danuta Skowrońska
Redaguje zespół:
Redaktor Naczelny: mgr inż. Błażej Chmielnicki
Redaktorzy do spraw językowych:
• Jacek Leszczyński, IMPiB Toruń, [email protected], (j. polski)
• Willem Jacobus Lowne-Hughes, SJ Quaderno
[email protected] (j. angielski)
Redaktor tematyczny: Dr Krzysztof Bortel, IMPiB OFiT Gliwice, [email protected]
Kolportaż: Bogumiła Klimczyk
Adres Redakcji:
Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu,
Oddział Farb i Tworzyw w Gliwicach
44-101 Gliwice, ul. Chorzowska 50 A
tel.: 32/231-90-41, fax: 32/231-26-74
e-mail: [email protected], [email protected]
Nr 6 (168) / 21
LISTOPAD – GRUDZIEŃ 2015 R.
438
Spis treœci
Od Redakcji · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
439
Rafa³ CHATYS, Krzysztof PIERNIK – Modelowanie w³aœciwoœci mechanicznych wyrobów lotniczych wytworzonych z kompozytów wzmocnionych w³óknami · · · · · · · · · · ·
440
Dorota CZARNECKA-KOMOROWSKA – Wp³yw recyklingu mechanicznego na odkszta³calnoœæ i strukturê polioksymetylenu · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
446
Jolanta JANIK – W³aœciwoœci mieszanin polimerów termoplastycznych PBT/LDPE · · ·
451
KRÓLIKOWSKI Krzysztof, PISZCZEK Kazimierz – Rozdzia³ na separatorze ig³owym
w ró¿nej temperaturze ogrzewania · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
456
Dariusz KWIATKOWSKI, Micha³ MOD£AWSKI, Tomasz JARUGA – Analysis of flash
pocket profile shape in an extrusion blow mould (Analiza profilu przekroju kieszeni
odpadowej w formie rozdmuchowej) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
460
Katarzyna MYD£OWSKA, Zenon TARTAKOWSKI – W³aœciwoœci mechaniczne wyrobów wytworzonych technologi¹ FDM z poliamidu · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
467
Karolina OLSZOWSKA, Ma³gorzata SZYMICZEK – Badania nieniszcz¹ce jako narzêdzie oceny jakoœci kompozytów epoksydowo-szklanych wytwarzanych metod¹ autoklawu · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
473
Marcin PASICH, Krzysztof BORTEL – Wp³yw warunków œrodowiska na w³aœciwoœci
elektryczne, fizykochemiczne i mechaniczne wybranych poliolefin (1)· · · · · · · · · · · · · · ·
482
Micha³ RESZKE, Marlena ŒRODULSKA, Jaros³aw PALUCH, Krzysztof JASIK, Hubert
OK£A, Jadwiga GABOR, Marta £Ê¯NIAK, Beata SWINAREW, Andrzej S. SWINAREW
– Próba rekonstrukcji krtani przy u¿yciu technik prototypowania 3D z wykorzystaniem
poliwêglanu Makrolon® 2600· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
487
Janusz W. SIKORA, Anna KLISZOWSKA, Björn NOACK – W³aœciwoœci mechaniczne
kompozytu polietylenowego z proszkiem szklanym · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
493
KONFERENCJE, SYMPOZJA, WYSTAWY
XI Miêdzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Advances in Plastics Technology – APT’15” · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
503
WSKAZÓWKI DLA AUTORÓW · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
515
PRZETWÓRSTWO TWORZYW 6 (listopad – grudzieñ) 2015
439
Od Redakcji
Drodzy Czytelnicy,
Oto szósty, ostatni tegoroczny numer „Przetwórstwa Tworzyw”, którym koñczymy dwudziesty
pierwszy rok jego dzia³alnoœci. W bie¿¹cym numerze znaleŸæ mo¿na 8 artyku³ów naukowych przygotowanych przez pracowników miêdzy innymi Politechniki Œl¹skiej, Uniwersytetu Œl¹skiego,
Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy i Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Dwa artyku³y poœwiêcone s¹ zagadnieniom zwi¹zanym z wytwarzaniem, a tak¿e ocen¹, jakoœci
kompozytów na osnowie ¿ywic. W pracy pod tytu³em „Modelowanie w³aœciwoœci mechanicznych
wyrobów lotniczych wytworzonych z kompozytów wzmocnionych w³óknami” autorzy w szczegó³owy sposób opisali sposób oceny na podstawie modelu matematycznego naprê¿eñ wystêpuj¹cych
w kompozytach poliestrowo-szklanych. Obliczenia zwalidowane zosta³y wynikami badañ próbek
wyciêtych z rzeczywistych elementów laminatowych. Ocen¹ tej samej klasy materia³ów in¿ynierskich, co wspomniani powy¿ej autorzy, zajê³y siê w swojej publikacji panie Ma³gorzata Szymiczek
i Karolina Olszowska. Ich praca przybli¿a tematykê badañ nieniszcz¹cych laminatów epoksydowo-szklanych. Pozwalaj¹ one na ³atwe eliminowanie wadliwych produktów, co ma niezwykle du¿e
znaczenie w przypadku wytworów dla przemys³u lotniczego lub zbrojeniowego, w których czêsto
stosowane s¹ elementy z ¿ywic epoksydowych.
W bie¿¹cym numerze nie mog³o tak¿e zabrakn¹æ publikacji zwi¹zanych z recyklingiem pou¿ytkowych tworzyw wielkocz¹steczkowych. Panowie Krzysztof Królikowski i Kazimierz Piszczek s¹
autorami pracy pt. „Rozdzia³ na separatorze ig³owym w ró¿nej temperaturze ogrzewania”. Praca
ta stanowi opis wyników doœwiadczalnego okreœlenia wp³ywu temperatury na dok³adnoœæ rozdzia³u mieszanki ró¿nych tworzyw na osobne, jednorodne pod wzglêdem rodzaju polimeru, strumienie.
Szczególnej uwadze Czytelnikom polecamy publikacjê pani Jolanty Janik, traktuj¹ca o w³aœciwoœciach mieszanin polimerowych PBT i PE LD modyfikowanych dodatkami wosku polietylenowego.
Na wyró¿nienie zas³uguje tak¿e publikacja pt. „Analysis of
flash pocket profile shape in an extrusion blow mould”, w której autorzy wykorzystali jako punkt wyjœcie do podjêtych rozwa¿añ, wyniki symulacji komputerowej procesu wyt³aczania
z rozdmuchem.
W numerze znaleŸæ mo¿na równie¿ szczegó³ow¹ relacjê z konferencji naukowej Advances in Plastics Technology, której
organizatorem jest Oddzia³ Farb i Tworzyw Instytutu In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników.
Szanowni Czytelnicy, jako ¿e numer 6 „Przetwórstwa Tworzyw” zwyk³ siê ukazywaæ w okolicach
Œwi¹t Bo¿ego Narodzenia, sk³adamy Wam najlepsze ¿yczenia radosnych i spokojnych Œwi¹t oraz
wszelkiej pomyœlnoœci i sukcesów zarówno na niwie naukowo-zawodowej jak i prywatnej w Nowym Roku!
Rada Programowa i Zespó³ Redakcyjny
440
Rafa³ CHATYS, Krzysztof PIERNIK
Rafa³ CHATYS*,
CHATYS, Krzysztof
KrzysztofPIERNIK
PIERNIK
Politechnika Œwiêtokrzyska w Kielcach, Wydzia³ Mechatroniki i Budowy Maszyn
* e-mail: [email protected]
Modelowanie w³aœciwoœci mechanicznych wyrobów lotniczych
wytworzonych z kompozytów wzmocnionych w³óknami
Streszczenie. W pracy omówiono i podjêto próbê szacowania w³aœciwoœci mechanicznych próbek wyciêtych z w³óknistego materia³u kompozytowego o osnowie poliestrowej (Firestop
8175-w-1). W modelu za³o¿ono, ¿e kompozyt sk³ada siê z komponentów, maj¹cych indywidualne
fizykomechaniczne w³aœciwoœci. Weryfikacjê poprawnego doboru kszta³tu próbki przeprowadzono metod¹ analizy elementów skoñczonych ABAQUS, wprowadzaj¹c do programu œrednie
wartoœci z próbek ciêtych pod ró¿nymi k¹tami wzglêdem wzmocnienia (mato tkanina szklana
typu E).
MODELING THE MECHANICAL PROPERTIES OF AIR PRODUCTS MANUFACTURED FROM FIBER-REINFORCED COMPOSITES
Summary. At the work they discussed and an attempt was made to estimate the mechanical properties of samples cut from a fibrous composite material with a polyester matrix (Firestop
8175-w-1). The model assumes that the composite comprises component having individual physico-mechanical properties. Verifications proper selection of the shape of the sample was performed by ABAQUS finite element analysis, a program that introduces the mean values of the samples cut at different angles to gain (the mato glass fabric of type E).
1. WPROWADZENIE
Intensywny rozwój formowania w³óknistych materia³ów kompozytowych (WMK) stanowi¹cy podstawê projektowania z³o¿onych
elementów konstrukcyjnych, wp³ywa na ich
specyficzne w³aœciwoœci poprzez rodzaj zastosowanych komponentów (osnowy, matrycy
[1]), a tak¿e poprzez odpowiedni dobór metod,
procesów i parametrów technologicznych [2].
Przy formowaniu czy wytwarzaniu nowych
wielosk³adnikowych materia³ów [3] o strukturze warstwowej, wa¿na jest ich funkcjonalnoœæ
i alternatywa dla tradycyjnych rozwi¹zañ. Wyroby z WMK wytworzone tradycyjnymi metodami (jak laminowanie rêczne lub natrysk ¿ywicy z w³óknem ciêtym, czy d³ugim) posiadaj¹
defekty i wady struktury (w postaci pêcherzy
powietrza, pustek wewnêtrznych materia³u
miêdzy warstwami kompozytu). Najczêœciej
wystêpuj¹ one na krawêdziach gotowych ele-
mentów w wyniku nie dotrzymania czasów
utwardzania, zbyt szybkiego wylaminowania
i zbyt ma³ej porcji ¿ywicy przewidzianej pomiêdzy kolejne warstwy wzmocnieñ (czy rodzaj obróbek ciêcia [2]). Wszystkie wady i zjawiska (powsta³e w procesie technologicznym)
pogarszaj¹ w³aœciwoœci mechaniczne materia³u, a tak¿e walory estetyczne wyrobu. Jakoœæ
jest czu³a na te zjawiska i niedoskona³oœci
struktury WMK wytworzonego w procesie formowania materia³u [4]. Rozwarstwienia na
brzegach próbek [5], czy efekt skali [6] s¹ bardziej widoczne przy zniszczeniu WMK w badaniach dynamicznych. Zrozumienie tego zjawiska w materia³ach warstwowych prowadzi
do analizowania rozk³adów naprê¿eñ, przy
uwzglêdnieniu roli struktury (dla dowolnego
u³o¿enia warstw w WMK [7]). Jednym z czynników niwelowania tych defektów i zjawisk
odbywa siê poprzez zastêpowanie tradycyjnych metod wytwarzania WMK metodami
441
Modelowanie w³aœciwoœci mechanicznych wyrobów lotniczych wytworzonych z kompozytów wzmocnionych w³óknami
„wytwarzania infuzyjnego pod pró¿ni¹” [8]
(metodami: infuzji [9, 10], RTM [11]), czy worka pró¿niowego), który polega na wt³aczaniu
¿ywicy pod ciœnieniem do wnêtrza formy.
Celem pracy bêdzie przeprowadzenie weryfikacji przyjêtego kszta³tu próbki w szacowaniu wytrzyma³oœci WMK formowanego metod¹ worka pró¿niowego za pomoc¹ analizy elementów skoñczonych ABAQUS.
Rys. 1. Geometryczne wymiary eksperymentalnych próbek
2. MATERIA£ I METODYKA BADAÑ
W celu realizacji pracy obiektem badañ by³
WMK formowany metod¹ wt³aczania ¿ywicy
(poprzez wessanie) do wnêtrza formy (tj. worka pró¿niowego: Vacuum bagging). W sk³ad
– ‘P(1, 2, 3) – xx’: gdzie, ‘P’ oznacza kompozyt poliestrowy o u³o¿eniu [0/90]S z baz¹ pomiarow¹ LBP = 150 mm ciêty pod k¹tami: 1 – 0°;
2 – 45°; 3 – 90° wzglêdem wzmocnienia z numerem próbki ‘xx’).
Tabela 1. Parametry laminatu formowanego metod¹ wt³aczania ¿ywicy do wnêtrza formy
Technologia
Utwardzacz, %
Czas odformowania, h
Kompozyt
Butanox M50, 4 +
inicjator NCL-10, 2
24
[0/90]S
kompozytu wchodzi³o wzmocnienie w postaci
mato tkaniny szklanej o gramaturze 600 g/m2
z osnow¹ poliestrow¹ (Firestop@ 8170-W1). Parametry technologiczne formowanego w Zak³adzie Kompozytów firmy BELLA laminatu
przedstawiono w tabeli 1.
2.1. Przygotowanie próbek
Pomiary geometrii i masy wyciêtych próbek
zosta³y wykonane na maszynie ze wspomaganiem numerycznym CNC zgodnie z norm¹
PN-EN ISO 527-5:1997. Aby w mocowaniu maszyny zniwelowaæ wp³yw koncentracji naprê¿eñ (Rys.1) na w³aœciwoœci mechaniczne kompozytu poliestrowego uchroniæ przed powierzchniowym zniszczeniem, na próbki naklejono nak³adki (zwiêkszaj¹c tym samym
powierzchniê równomiernego rozk³adu koncentracji naprê¿eñ w badanej próbce).
Zastosowano nastêpuj¹ce oznaczenia próbek poddanych statycznej próbie rozci¹gania:
Czas ¿elowania, h
Dodatkowe
wygrzewanie, h
1
16
(przy T = 22-23°C)
(przy T =300C)
2.2. Metodyka. Badania statyczne
Statyczn¹ próbê rozci¹gania próbek kompozytów przeprowadzono na maszynie wytrzyma³oœciowej INSTRON 8501 w Katedrze Wytrzyma³oœci Centrum Laserowych Technologii
Metali PŒk w Kielcach wyposa¿onej w aparat
pomiarowy Flex Test SE i sterownik firmy
MTS. Obci¹¿enia by³y mierzone przy u¿yciu
rozet HBM 1-XY91-6/350 (Rys.2) sk³adaj¹cych
siê z dwóch prostopad³ych czujników tensometrycznych i pojedynczych mierników HBM
1-XY91-6/350 o jednakowych d³ugoœciach pomiarowych 6 mm i nominalnym oporze elektrycznym 350 W.
Rozety i pojedyncze ekstensometry umieszczono po przeciwnych stronach próbki. Pomiary ekstensometru, obci¹¿enie i przemieszczenie, rejestrowano z u¿yciem HBM Spider 8 ze
sterownikiem „Catman”. Próby wykonano
z prêdkoœci¹ przemieszczania g³owicy
2 mm/min. Naprê¿enie osiowe okreœlono jako
442
ma³oœæ stwierdzono na poziomie 174,6 MPa
dla kompozytu ciêtego pod k¹tem 90° wzglêdem wzmocnienia.
Tabela 3. Zestawienie danych próbek obci¹¿onych
pod k¹tem 45°
Obci¹¿enia WMK ciêtego pod k¹tem 45°
wzglêdem wzmocnienia
Rys. 2. Przygotowanie próbek kompozytowych do statycznej próby rozci¹gania
stosunek si³y do zmierzonego, œredniego pola
przekroju poprzecznego próbek testowych.
2.3. Analiza i weryfikacja otrzymanych
wyników WMK z uwzglêdnieniem przyjêtej
geometrii próbki
Wyniki badañ otrzymane ze statycznej próby rozci¹gania WMK posiadaj¹ doœæ znaczny
rozrzut w³aœciwoœci mechanicznych. Ustalono
rozrzuty (Tab. 2) i œrednie wartoœci wytrzyma³oœci otrzymane ze statycznej próby rozci¹gania z 5 próbek ciêtych pod ró¿nymi k¹tami (np.
pod k¹tem 45°: Tab. 3). Defekty spowodowa³y
lokalne koncentracje naprê¿eñ i pêkanie komponentów (pobliskich w³ókien), a¿ do zniszczenia laminatu. Najwy¿sz¹ œredni¹ wytrzy-
Oznaczenie
próbki
Fmax, kN
Smax, MPa
E, GPa
P2-21
4,25
67,41
8,73
P2-22
4,61
75,14
8,96
P2-23
4,23
76,36
9,65
P2-24
4,34
71,25
8,76
P2-25
4,35
78,17
10,21
Œrednia
4,35
73,67
9,26
Naprê¿enia miêdzywarstwowe powsta³e
w WMK mo¿emy wyznaczyæ wykorzystuj¹c
metodê elementów skoñczonych, któr¹ mo¿na
zweryfikowaæ jedynie w przypadku porównania wartoœci teoretycznej z eksperymentaln¹.
Na proces destrukcji najwiêkszy wp³yw maj¹
normalne oraz styczne naprê¿enia (t) miêdzywarstwowe (S), które wizualnie powoduj¹
„puchniêcie” swobodnego brzegu [12]. W ostatnich latach zrozumienie efektu brzegowego
skupia siê raczej na zobrazowaniu tego zjawiska ni¿ na stworzeniu metod pozwalaj¹cych
uwzglêdniæ jego wp³yw na wytrzyma³oœæ z³o¿onych materia³ów, czy elementów konstrukcji.
Koncepcja MES-owska zak³ada, ¿e ka¿da
wielkoœæ (np. przemieszczenie, naprê¿enie)
opisana za pomoc¹ funkcji ci¹g³ej (pierwotnej)
w danym obszarzee (fragmencie ci¹g³ym modelu fizycznego) aproksymuje siê modelem
Tabela 2. Zestawienie danych próbek obci¹¿onych pod ró¿nymi k¹tami
Œrednia wytrzyma³oœæ kompozytu szklanego o osnowie poliestrowej
Rozrzut w³aœciwoœci/k¹t
Smax, MPa
E, GPa
Œrednia Smax, MPa
0°
45°
90°
117,90 – 156,40
67,41 – 78,17
160,00 – 196,70
10,13 – 12,23
8,73 – 10,21
12,96 – 15,81
122,98 (131,35)*
73,67
174,60
* œrednia z 4 próbek
443
w celu wizualizacji uk³adu [14]). W pracy dziêki modu³owi „Property” zosta³y wykonane
wstêpne modele próbek (Rys.1) oraz (w zak³adce ABAQUSA „Edit Section”) okreœlono
liczbê warstw, gruboœæ i k¹t u³o¿enia (Rys.3).
W celu weryfikacji poprawnego doboru
kszta³tu próbki przy oszacowaniu wytrzyma³oœci WMK (poprzez analizê elementów skoñczonych ABAQUS), wprowadzono do programu œrednie wartoœci z próbek ciêtych pod ró¿nymi k¹tami (0°, 90° i 45°). Naprê¿enie okreœlono z pomoc¹ najczêœciej u¿ywanej hipotezy
energetycznej von Misessa [15], która za miarê
wytê¿enia przyjmuje energiê w³aœciw¹ odkszta³cenia postaciowego. Redukowane naprê¿enie (hipotezy von Misessa) dla p³askiego stanu naprê¿eñ sx, sy, txy, jest (1):
s red = [(s x - s y )]2 + 3t 2
(1)
a przy za³o¿eniu sx = s, sy = 0 i txy = t, powy¿sza zale¿noœæ (1) przyjmuje postaæ (2):
s red = s 2 + 3t 2
Rys. 3. Przyk³ad modelowania w³óknistych materia³ów
kompozytowych
dyskretnym. Model dyskretny z³o¿ony jest ze
zbioru funkcji ciag³ych okreœlonych w skoñczonej liczbie podobszarów zwanych elementami skoñczonymi na jakie podzielono rozpatrywany obszar [13].
Pakiet ABAQUS (konkurencyjny do panietu
LMS Santech) o budowie modu³owej pozwala
na dosyæ swobodn¹ konfiguracjê przy tworzeniu i analizowaniu modelów obliczeniowych
dla elementów wykonanych z WMK (np. pakiet „CAE” definiuje geometriê, w³aœciwoœci
materia³u – tworz¹c pliki wejœciowe dla modu³u obliczeniowego „Standard” lub „Explicit” –
(2)
Obliczenia naprê¿eñ (rys. 4a) ujawni³y pojawianie siê symetrycznych naprê¿eñ w górnej
i dolnej czêœci próbek (rys. 1) ciêtych pod ró¿nymi k¹tami. Obszary mocowania próbek
prostok¹tnych z nak³adkami w uchwytach maszyny, posiada³y ni¿sze wartoœci koncentracji
naprê¿eñ ni¿ próbki w kszta³cie wiose³ek (rys.
5). Wybór kszta³tu próbek prostok¹tnych
z nak³adkami, ciêtych pod ró¿nymi k¹tami
(rys. 4 – na przyk³adzie próbki ciêtej pod k¹tem
0°), wydaje siê uzasadniony, chocia¿ s¹ du¿e
problemy technologiczne i czasowe przy klejeniu nak³adek.
Materia³ na nak³adki powinien mieæ mniejsz¹ sztywnoœæ od materia³u badanego. Rodzaje
„próbek” stosowanych w badaniach mog¹ byæ
bardzo ró¿norodne. Autorzy tej pracy sk³aniaj¹ siê do stosowania „próbek” przygotowanych starannie w warunkach kontrolowanych,
a nie w zwyk³ych warunkach produkcji przemys³owej. W ten sposób mo¿na kontrolowaæ
wystêpuj¹ce procesy (pêkniêcia w przewidzianej czêœci badanej próbki pod obci¹¿eniem
porównywalnym z obci¹¿eniem w warunkach
444
Rys. 4. Wyniki analizy naprê¿eñ – model próbek prostok¹tnych ciêtych pod k¹tem 0° (wg normy ISO 527-5:1997),
zgodnie z hipotez¹ wytê¿eniow¹ von Misessa (a) i próbki rzeczywiste (b)
eksploatacji) i zjawiska (efekt skali), co u³atwia
interpretacjê otrzymanych wyników z danej
próbki. W przypadku formowania w³óknistego materia³u kompozytowego przeznaczonego na próbki, nale¿y zapewniæ odpowiedni¹
zawartoœæ w³ókien oraz przestrzegaæ technologii wytwarzania, która powinna byæ taka sama
jak¹ stosowano w produkcji materia³u. Defekty
w strukturze znacz¹co wp³ywaj¹ na jakoœæ
przygotowanych próbek, a tym samym na
otrzymane wyniki.
W tabeli 4 œrednia wytrzyma³oœæ WMK
(123 MPa) otrzymana z 5 próbek ciêtych pod
Tabela 4. Zestawienie w³aœciwoœci mechanicznych
próbek ciêtych pod k¹tem 0°
Obci¹¿enia WMK ciêtego pod k¹tem 0°
wzglêdem wzmocnienia
Oznaczenie
próbki
Fmax, kN
smax, MPa
E, GPa
metod¹ rêczn¹
P1-11
8,25
154,60
12,20
P1-12
7,80
123,50
11,20
P1-13
5,20
89,30
10,10
P1-14
8,10
129,40
11,80
P1-15
7,20
117,90
11,40
Œrednia
7.31
122.98
11,34
Rys. 5. Modelowanie koncentracji naprê¿eñ próbek w kszta³cie wiose³ek ciêtych pod k¹tem 0° (wg normy PN-EN ISO
527-4:1997) zgodnie z hipotez¹ wytê¿eniow¹ von Misessa
k¹tem 0° utrudnia interpretacjê otrzymanych
wyników z danej partii próbek. Jedna z próbek
(P1-13: tabela 4) zosta³a odrzucona w wyniku
niespe³nia przyjêtych wymagañ. Co spowodowa³o zwiêkszenie œredniej wytrzyma³oœci (dla
danej parti próbek ciêtych pod k¹tem 0°) o 5%
(do poziomu 131,35 MPa: Tab. 1).
3. WNIOSKI
W wyniku analizy stwierdzono, ¿e:
— starannie przygotowane „próbki” u³atwiaj¹
interpretacjê otrzymanych wyników;
— jakoœæ przygotowanych próbek pozwala
kontrolowaæ wystêpuj¹ce procesy (pêkniêcia w przewidzianej czêœci badanej próbki)
i zjawiska (efekt skali, rozwarstwienia);
— obszary mocowania próbek prostok¹tnych
z nak³adkami w uchwytach maszyny, dla
formowanego WMK metod¹ worka pró¿niowego posiada³y ni¿sze wartoœci koncentracji naprê¿eñ ni¿ próbki w kszta³cie wiose³ek;
— zasadnicza ró¿nica pomiêdzy wartoœciami
mechanicznymi otrzymanymi z weryfikacji
wp³ywu kszta³tu próbek ciêtych pod ró¿nymi k¹tami wzglêdem wzmocnienia metod¹
elementów skoñczonych (ABAQUS), a wartoœciami otrzymanymi z eksperymentu spowodowana jest prawdopodobnie tym, ¿e
program ABAQUS nie uwzglêdnia b³êdów
technologicznych (zbyt ma³a iloœæ ¿ywicy,
œladowe pozosta³oœci powietrza) i zjawisk
na brzegu próbki.
Bibliografia:
[1] Gnatowski A.: Wp³yw rodzaju nape³niacza na
w³aœciwoœci wybranych mieszanin polimerowych, Kwartalnik Kompozyty nr 2, (2005) 63-68.
[2] Chatys R.: Mechanical Properties of Polymer Composites Produced by Resin Injection Molding for
Applications Under Increased Demands for Quality and Repeatability, Journal of “Ultrasound”,
64:2 (2009) 35-38.
445
[3] Guigon M., Jinkin M. K.: The interface and interphase in carbon fibrecrein-forced composites.
Journal ”Composite”, Vol.25, (1994).
[4] Chatys R.: Modeling of Mechanical Properties
with the Increasing Demands in The Range of
Qualities and Repeatability of Polymers Composites Elements, Monograph „Polymers and Constructional Composites”, Gliwice (2008) 36-47.
[5] Spilker R.L., Chau S.C.: Edge effects in symmetric
composite laminates: importance of satisfying the
traction-free-degree condition, J. of Composite
Mate., 14:1 (1980) 2-20
[6] Curtin W.A.: Dimensionality and Size Effects on
the Strength of Fiber-Reinforced Composites,
Composites Science and Technology, vol. 60 (2000)
543-551.
[7] Ïîëêîâ Â.À., Ïåðîâ Þ.Þ.: Ýêñïåðèìåíòàëüíûå
ìåòîäû îöåíêè êðîìî÷íîãî ýôôåêòà, Ìåõàíèêà êîìïîçèò. ìàòåðèàëîâ. N.2 (1989) 318-331.
[8] Królikowski W.: Polimerowe kompozyty konstrukcyjne, PWN, Warszawa (2012).
[9] Chatys R.: Analiza statystyczna parametrów wytrzyma³oœciowych w procesie zniszczenia kompozytów w³óknistych z wykorzystaniem procesu
Markowa, Kielce (2013).
[10] Harpera A. R.: Zalety procesu formowania kompozytów z ciek³ej ¿ywicy w zamkniêtych formach,
JEC Composites, VIII-IX (2003).
[11] Chatys R.: Modeling of Strength Parameters of
a Fiber Composite Using the Markov Chains Theory, Przetwórstwo tworzyw, 147:3, (2012) 169-173.
[12] Êðîññìàí Ô.Â.: Àíàëèç ðàçðóøåíè ñëîèñòûõ
êîìïîçèòîâ ó ñâîáîäíîãî êðà, Ðàçðóøåíèå êîìïîçèòíûõ ìàòåðèàëîâ, Ìåõàíèêà êîìï.
ìàòåðè. N.2 (1979) 280-290.
[13] Rusiñski E., Czmochowski J., Smolnicki T.: Zaawansowana metoda elementów skoñczonych
w konstrukcjach noœnych. Oficyna Wyd. PW,
Wroclaw (2000).
[14] Ochelski S.: Metody doœwiadczalne mechaniki
kompozytów konstrukcyjnych, WNT Warszawa
(2004).
[15] ¯uchowski R.: Wytrzyma³oœæ Materia³ów, Oficyna
Wyd. PW, Wroc³aw (1996).
446
Dorota CZARNECKA-KOMOROWSKA
Politechnika Poznañska, Instytut Technologii Materia³ów, Zak³ad Tworzyw Sztucznych;
ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznañ; e-mail: [email protected]
Wp³yw recyklingu mechanicznego na odkszta³calnoœæ i strukturê
polioksymetylenu
Streszczenie: W pracy przedstawiono wyniki badañ wytrzyma³oœciowych i strukturalnych polioksymetylenu (POM) poddanego wielokrotnemu przetwarzaniu. Zbadano wp³yw recyklingu
na w³aœciwoœci mechaniczne i strukturê materia³u. Okreœlono nastêpuj¹ce w³aœciwoœci mechaniczne: modu³ sprê¿ystoœci wzd³u¿nej, naprê¿enie zrywaj¹ce, wyd³u¿enie przy zerwaniu. Zmiany strukturalne POM oceniono na podstawie badañ mikroskopowych i ró¿nicowej kalorymetrii
skaningowej (DSC). Stwierdzono, ¿e ze wzrostem cykli przetwarzania nastêpuje obni¿enie stopnia krystalicznoœci dla polimerów wtórnych (po 4-,6-krotnym przetwórstwie) na skutek procesów degradacji termo-mechanicznej.
S³owa kluczowe: polioksymetylen, recykling, odkszta³calnoœæ, pêkanie, stopieñ krystalicznoœci
THE INFLUENCE OF MECHANICAL RECYCLING ON THE DEFORMATION AND
STRUCTURE OF POLYOXYMETHYLENE
Abstract: This work covers experimental research of polyoxymethylene (POM) after mechanical
reprocessing.The influence of the recycling on mechanical properties and structure the of recycled
materials was investigated. The following parameters were determined: Young’s modulus at tensile, strength at break, elongation at break. Structural changes in these reprocessed materials
were investigated by microscopy, differential scanning calorimetry (DSC).The results show the
decrease of the degree of crystallinity with the increasing number (4-,6- of processing cycles) as
the result of mechanical and thermal degradation of polyoxymethylene.
Keywords: polyoxymethylene, recycling, deformation, fracture, degree of crystallinity
1. WPROWADZENIE
Szybki rozwój œwiatowego przemys³u,
wzrost liczby ludnoœci oraz nieracjonalna gospodarka zasobami naturalnymi to g³ówne
przyczyny zmniejszania surowców nieodnawialnych i powstawania zanieczyszczeñ œrodowiska. Powa¿nym zagro¿eniem dla œrodowiska naturalnego jest gwa³towny wzrost iloœci odpadów polimerowych, powstaj¹cych podczas u¿ytkowania lub w procesach produkcyjnych. Z danych statystycznych wynika, ¿e
w bran¿y polimerowej nast¹pi³ wzrost (oko³o
10%) w stosunku do roku poprzedniego, na zapotrzebowanie surowców, jak i wyrobów
z tworzyw sztucznych. Z tego wzglêdu powtórne przetwórstwo, zwane recyklingiem
w krajach o du¿ym stopniu rozwoju przemys³owego sta³o siê priorytetowym zadaniem
badawczym zarówno z punktu widzenia
ochrony œrodowiska, jak i ekonomicznoœci produkcji.
W literaturze funkcjonuje kilka terminów
okreœlaj¹cych produkt uzyskany w wyniku recyklingu materia³owego, np. regranulat, recyklat, tworzywo wtórne. W ka¿dym cyklu wtórnego wykorzystania odpadów technologicznych lub pokonsumpcyjnych wystêpuj¹ pewne zjawiska strukturalne, które u³atwiaj¹ lub
utrudniaj¹ proces recyklingu. Zmiany te, wywo³ane dzia³aniem temperatury, naprê¿eñ mechanicznych, czynników atmosferycznych i innych powoduj¹, ¿e charakterystyki materia³owe recyklatów s¹ odmienne ani¿eli polimerów
447
Wp³yw recyklingu mechanicznego na odkszta³calnoœæ i strukturê polioksymetylenu
pierwotnych [1, 2]. Dlatego istotna jest znajomoœæ jak, w jakim zakresie i jak dalece, z uwzglêdnieniem charakterystycznych cech danego
polimeru, mo¿na poddaæ materia³ obróbce
mechanicznej i cieplnej. Wiadomo bowiem, ¿e
kolejne dzia³anie przetwórcze zmieniæ mo¿e
w³aœciwoœci fizyko-chemiczne polimeru [3, 4].
Z przegl¹du literatury znane s¹ mo¿liwoœci
poprawy w³aœciwoœci mechanicznych polioksymetylenu poprzez dodawanie poli(tereftalanu etylenu) modyfikowanego glikolem –
PETG, poli(tlenku etylenu) – PEO lub polilaktydu PLA [5, 6].
Odpady z poliacetalu mo¿na przetwarzaæ
na drodze mechanicznej, gdzie produktem
finalnym jest recyklat, regranulat, lub chemicznie poprzez rozpuszczanie w odpowiednich
rozpuszczalnikach [7]
W celu optymalnego wykorzystania regranulatów do produkcji detali o poprawnych
i powtarzalnych w³aœciwoœciach prowadzi siê
szeroko zakrojone badania zmierzaj¹ce do
otrzymania surowców wtórnych o zdefiniowanych cechach u¿ytkowo-przetwórczych. Dzia³ania te, skupiaj¹ siê na okreœleniu wp³ywu
recyrkulacji tworzyw sztucznych na strukturê
i wytrzyma³oœæ otrzymanych recyklatów polimerowych. Obecnie w badaniach czêœci maszyn rozpatruje siê mechanizmy pêkania i wytrzyma³oœci tworzyw sztucznych z uwzglêdnieniem, np. teorii dyslokacji, gdzie podkreœla
siê wp³yw struktury oraz warunków otoczenia
i starzenia chemicznego, zwi¹zanego czêsto
z obci¹¿eniami zmiennymi, itp. Kryteria niszczenia materia³ów polimerowych mo¿na tak¿e
opisaæ makroskopowo, bior¹c pod uwagê defekty w postaci pêkniêæ lub rys, pêkniêæ zmêczeniowych i propagacji pêkniêæ podczas
pe³zania [8].
Polioksymetylen jest jednym z wa¿niejszych tworzyw konstrukcyjnych o du¿ych zastosowaniach in¿ynierskich, st¹d istotnym elementem jest znajomoœæ zachowania siê tego
materia³u w pod wp³ywem obci¹¿enia i krotnoœci przetwarzania. Wytwarza siê z niego
wa³ki, ³o¿yska œlizgowe, szyny œlizgowe, elementy sprê¿yste, ko³a zêbate, z³¹cza, elementy
obudowy, z³¹czki zatrzaskowe. Producentami
poliacetalu w Europie s¹ firmy DuPont o zdolnoœci 95 tys. ton/rok w Dordrechcie, Holandia,
instalacja BASF o zdolnoœci 55 tys. ton/rok
w Ludwigshafen, Niemcy oraz instalacja Celanese o zdolnoœci 140 tys. ton/rok we Frankfurcie [9].
Celem badañ by³o okreœlenie wp³ywu recyklingu na cechy mechaniczne, charakter pêkania i strukturê polioksymetylenu.
2. MATERIA£ I METODYKA BADAÑ
Badaniom poddano polioksymetylen
(POM) o nazwie handlowej Tarnoform 300,
prod. Zak³adów Azotowych S.A. w Tarnowie
Moœcicach oraz jego recyklaty po 2-,4-,6-krotnym przetwórstwie. Próbki do badañ wykonano technologi¹ wtryskiwania przy u¿yciu
wtryskarki Engel typu ES 80/20 HLS ze œlimakiem o œrednicy 22 mm i stosunku L/D = 18,
w Zak³adzie Tworzyw Sztucznych Politechniki
Poznañskiej. Otrzymane kszta³tki wtryskowe
ka¿dorazowo rozdrabniano przy u¿yciu m³yna no¿owego, prod. SuctionGroup, a nastêpnie
otrzymany recyklat suszono w suszarce komorowej (T=80 °C, t= 4 h). Procedurê wytryskiwania-rozdrabniania powtórzono szeœciokrotnie.
Nastêpnie z uzyskanych recyklatów wg
PN-EN ISO 294-1:2002 wytworzono znormalizowane kszta³tki wtryskowe do badañ mechanicznych. Badania wykonano przy u¿yciu uniwersalnej maszyny wytrzyma³oœciowej (Instron 4481, UK), w próbie statycznego rozci¹gania wg PN-EN 527-2, w temperaturze otoczenia z prêdkoœci¹ rozci¹gania 2 mm/min.
Morfologiê recyklatów polioksymetylenu
oceniono mikroskopowo (pow. 50×), na podstawie prze³omów powsta³ych podczas testu
rozci¹gania. Zmiany strukturalne tworzyw
okreœlono metod¹ ró¿nicowej kalorymetrii
skaningowej (DSC), przy u¿yciu aparatu DSC
204 F1 Phoenix®(Netzsch – GmbH, Germany).
Pomiary próbek o masie od 4 do 5 mg prowadzono z atmosferze azotu (150 ml/min) w zamkniêtych tyglach aluminiowych. Próbki ogrzewano do temperatury 200°C z szybkoœci¹
448
20°C/min, izotermiczne wygrzewano w temperaturze 200°C, ch³odzono do 20°C z szybkoœci¹ 10°C/min. Procedurê powtórzono dwukrotnie w celu wyeliminowania wp³ywu efektów przetwórczych na wartoœæ temperatury
przemian fazowych. Do analizy u¿yto wyniki
drugiego cyklu pomiarowego. Stopieñ krystalicznoœci (Wc) wyznaczono z drugiego ogrzewania próbek i obliczono na podstawie wzoru
1:
DH f
(1)
Wc =
×100%
DH 100
gdzie: DHf – entalpia topnienia badanej próbki
[J/g], DH100 – entalpia topnienia polimeru 100%
krystalicznego (dla polioksymetylenu DH100 =
326 J/g) [10].
Rys. 1. Porównanie krzywych wytrzyma³oœciowych naprê¿enie-odkszta³cenie s=f(e) POM pierwotnego z POM
wtórnym
Fig. 1. Comparison of curves strain-stress s=f(e) of virgin POM with recycled POM
3. WYNIKI BADAÑ I ICH OMÓWIENIE
W próbie statycznego rozci¹gania uzyskano
krzywe wytrzyma³oœciowe naprê¿enie-odkszta³cenie s=f(e) dla polioksymetylenu pierwotnego i 2-,4-,6-krotnie przetworzonego, które przedstawiono na rys. 1.
Na podstawie tych krzywych wyznaczono charakterystyczne wielkoœci: modu³ sprê¿ystoœci wzd³u¿nej (E), naprê¿enie zrywaj¹ce (s B ) i odpowiadaj¹ce mu wyd³u¿enie
zrywaj¹ce (eB). W tabeli 1 zestawiono uzyskane wyniki dla polioksymetylenu pierwotnego i poddanego recyklingowi (rPOM).
Analiza krzywych wytrzyma³oœciowych
(rys. 1) wykaza³a, ¿e naprê¿anie zrywaj¹ce
polioksymetylenu po 2-krotnym przetwórstwie nieznacznie wzrasta na skutek pewnego uporz¹dkowania struktury, natomiast po
4- i 6-krotnym przetwórstwie obni¿a siê
(z 68 MPa do 64 MPa), co œwiadczy, ¿e dopiero po czterokrotnym przetwórstwie nastêpuj¹ zmiany wytrzyma³oœci polimeru.
W przypadku wyd³u¿ania zrywaj¹cego zaobserwowano ponad 35% spadek odkszta³cenia dla POM po 4-krotnym przetworzeniu
w stosunku do POM oryginalnego (z 44 do
28%). Wartoœæ modu³u sprê¿ystoœci jedynie
w przypadku POM po 4-krotnym recyklingu
maleje (o oko³o 30 MPa), a w pozosta³ych przypadkach sztywnoœæ pozostaje niezmienna.
Uzyskane wyniki statycznego rozci¹gania
wskazuj¹, ¿e recykling mechaniczny na drodze
wielokrotnego dzia³ania si³ œcinaj¹cych podczas rozdrabniania i przetapiania nie powoduje zmian naprê¿enia w chwili zerwania, a jedynie zmniejsza zdolnoœæ materia³u do od-
Tab. 1. Wyniki badañ statycznego rozci¹gania POM pierwotnego i wtórnego rPOM
Tab. 1. Tensile properties of virgin POM and recycled rPOM
Rodzaj materia³u
Cecha
Modu³ sprê¿ystoœci wzd³u¿nej, MPa
POM org.
rPOM 2x
rPOM4x
rPOM6x
1700±4,00
1780±32,00
1670±4
1700±9,00
Naprê¿enie zrywaj¹ce, MPa
55,53±0,27
57,04±0,29
55,75±0,15
55,10±0,15
Wyd³u¿enie zrywaj¹ce, %
44,54±1,70
32,73±2,66
28,82±3,93
25,89±3,43
(±) odchylenie standardowe
449
Wp³yw recyklingu mechanicznego na odkszta³calnoœæ i strukturê polioksymetylenu
a)
b)
Rys. 3. Krzywe DSC pierwotnego POM i wtórnego
rPOM (po 2-, 4-, 6- przetwórstwie)
Fig. 3. DSC curves of virgin POM and recycled rPOM
(after 2-, 4-, 6-processing)
c)
Rys. 2. Zdjêcia prze³omów: POM pierwotny (a) i wtórny
(b i c): po 4-, 6-krotnym recyklingu
Fig. 2. Pictures of fracture surfaces: virgin POM (a) and
recycled rPOM (b, c): after 4-, 6-processing
kszta³ceñ, co skutkuje wiêksz¹ podatnoœci¹
wtórnego POM na kruche pêkanie.
Zerwanie kruche od zerwania ci¹gliwego
mo¿na odró¿niæ na podstawie wygl¹du powierzchni z³omu, gdzie prze³om kruchy charakteryzuje siê du¿¹ chropowatoœci¹ powierzchni, a powierzchnia prze³omu ci¹gliwego jest
wyg³adzona. Prace Irwina i jego wspó³pracowników dowiod³y, ¿e czêsto wystêpuje wyraŸnie
wyró¿niaj¹cy siê obszar zwierciadlany, zapocz¹tkowuj¹cy pêkanie [8].
W przypadku polioksymetylenu podczas
kruchego pêkania zachodzi zjawisko kszta³towania, tzw. wulkanu odwróconego (krateru).
Krater powstaje w miejscu pewnej nieci¹g³oœci
struktury materia³u, np. karbu, od której nastêpuje bardzo szybki wzrost rozprzestrzeniania
siê pêkniêcia. Na rys. 2 przedstawiono zdjêcia
mikroskopowe dokumentuj¹ce charakter prze-
³omu zmieniaj¹cy siê wraz z krotnoœci¹ przetwarzania polioksymetylenu.
Z badañ DSC (rys. 3) dla rPOM_2x stwierdzono wzrost temperatury topnienia o 3°C
i ciep³a topnienia (z 148 do 161 J/g) oraz stopnia
krystalicznoœci o 4%, co koreluje ze wzrostem
wytrzyma³oœci POM po 2-krotnym recyklingu.
Natomiast dla recyklatów po 4 i 6-krotnym
przetwórstwie zanotowano niewielki spadek
Rys. 4. Porównanie stopnia krystalicznoœci POM pierwotnego i wtórnego (rPOM)
Fig. 4. Comparison of the degree of crystallinity of virgin
POM and recycled POM (rPOM)
450
temperatury topnienia (z 166,8 do 165°C)
i stopnia krystalicznoœci.
Uzyskane wyniki DSC mog¹ wskazywaæ, ¿e
zaobserwowany wzrost stopnia krystalicznoœci dla POM po 2-krotnym recyklingu, wynika
z warunków testu rozci¹gania, realizowanego
z nisk¹ prêdkoœci 2 mm/min, której towarzyszy generowanie ciep³a w badanej próbce
(przemiana adiabatyczno-termiczna [8].
4. PODSUMOWANIE
Przeprowadzone badania semikrystalicznego POM wskazuj¹, ¿e po 2-krotnym recyklingu
nastêpuje pewne uporz¹dkowanie ³añcucha
makrocz¹steczek, a w dalszych etapach
(4-,6-krotny recykling), rozpoczyna siê proces
pêkania ³añcucha, o czym œwiadczy mniejsza
zawartoœæ fazy krystalicznej dla tych tworzyw
wtórnych. Uzyskane rezultaty mog¹ sugerowaæ, ¿e we wtórnych materia³ach (po 4-,
6-krotnym przetwórstwie) nastêpuj¹ pewne
procesy degradacji termo-mechanicznej [10,
11], które powoduj¹ zmiany wzrost sztywnoœci, kruchoœci i obni¿enie odkszta³calnoœci.
W celu zweryfikowania uzyskanych wyników
badañ strukturalnych, dotycz¹cych procesów
degradacji polioksymetylenu w dalszych pracach zak³ada siê przeprowadzenie badañ reologicznych i spektroskopowych.
Literatura:
[1] Czarnecka D., Ciesielska D., Szostak M., Jurga J.,
Wp³yw wielokrotnego przetwórstwa na charakter
pêkania poli(tereftalanu etylenu) – PET, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji Poznañ, 2004, vol.24, nr 1, s. 75-83
[2] Archodoulaki V.-M., Lüftl S., Koch T., Seidler S.,
Property changes in polyoxymethylene (POM)
resulting from processing, ageing and recycling,
Polymer Degradation and Stability, 2007, 92, 12,
2181-2189
[3] Czarnecka-Komorowska D., Janicki M., Ocena
w³aœciwoœci polipropylenu (PP) pochodz¹cego
z obudów akumulatorów o³owiowych, Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych, 2011, vol. 143, no. 5
[4] Czarnecka D., Ciesielska D., Wp³yw liczby obiegów na w³aœciwoœci recyklatów polimerowych,
In¿ynieria i Aparatura Chemiczna, 2005 Vol/str:
vol. 44(36), n. 3, s. 16-18
[5] Mathurosemontria S., Auwongsuwana P., Nagaib
S., Hamadaa H., The Effect of Injection Speed on
Morphology and Mechanical Properties of Polyoxymethylene/Poly(Lactic Acid) Blends, Energy
Procedia, Vol. 56, 2014, Pages 57–64 DOI:
10.1016/j.egypro.2014.07.131
[6] Lam K.L., Abu Bakar A., MohdIshak Z., Amorphous copolyester/polyoxymethylene blends:
thermal, mechanical and morphological properties, KgkKautschGummiKunststCommun, 57
(2004), pp. 570–578
[7] Patent. ang., Process for recycling polyacetals,
WO 2013076291 A1, TiconaGmbh
[8] Ogorkiewcz R.M., Thermoplastics properties and
design, John Wiley@Sons, 1974, 68-83
[9] Witryna internetowa: http://www.genplast.pl/biznes-info/art, 63, dostêp 20.10.2014
[10] Czarnecka-Komorowska Dorota, Mencel Kinga,
Modyfikacja poliamidu 6 (PA6) i polioksymetylenu (POM) PSS-[3-(2-aminoetylo)amino]propylo-heptaisobutylem, Przemys³ Chemiczny. Volume 93, Issue 11, Pages 392-396, Rok: 2014
[11] Archodoulaki V.-M., Seidler S., Thermal-oxidative
induced degradation behaviour of polyoxymethylene (POM) copolymer detected by TGA/MS,
Polymer Degradation and Stability, 2006;
91(3):464-471, DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2005.01.029
451
W³aœciwoœci mieszanin polimerów termoplastycznych PBT/LDPE
Jolanta JANIK
Instytut Polimerów, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
ul. Pu³askiego 10, 70-322 Szczecin; e-mail: [email protected]
Streszczenie: Celem pracy by³o wytworzenie w procesie wyt³aczania, mieszanin polimerowych
poli(tereftalanu butylenu) (PBT) i polietylenu o niskiej gêstoœci (LDPE), z 40% wag. udzia³em
PBT oraz zbadanie wp³ywu wybranego, nowego kompatybilizatora (przy udziale 5, 10 i 15%
wag.) na ich w³aœciwoœci mechaniczne i morfologiê. Wykazano, ¿e wprowadzony do PBT/LDPE
wosk polietylenowy AC395, jako kompatybilizator, poprawia w³aœciwoœci mechaniczne (wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie sm i zginanie sfm, modu³ sprê¿ystoœci przy rozci¹ganiu Et i zginaniu Ef
oraz wyd³u¿enie przy zerwaniu eB) w zakresie od 10 do 20%, w porównaniu do niemodyfikowanego uk³adu oraz poprawia jego mieszalnoœæ (fotografie struktury SEM). Pozytywny wp³yw
wosku AC na badane w³aœciwoœci uk³adu PBT/LDPE, wraz ze zwiêkszeniem udzia³u tego dodatku, œwiadczy o jego kompatybilizuj¹cym dzia³aniu na poprawê mieszalnoœci PBT i LDPE.
S³owa kluczowe: mieszaniny PBT/LDPE, kompatybilizacja, wytrzyma³oœæ mechaniczna
MECHANICAL PROPERTIES AND STRUCTURE OF PBT/LDPE BLENDS
Abstract: In our Institute we have studied the relationship between structure and mechanical
properties of PBT/LDPE blends (contenting PBT 40 wt %), produced by an extrusion process
without and with different kinds (5, 10 and 15 wt %) of a new compatibilizer – polyethylene wax
(AC395). Addition of compatibilizing agents to PBT/LDPE blends improved all tested mechanical properties (tensile strength sm and flexural strength sfm, elasticity modulus Et and flexural
modulus Ef, elongation at break eB) and miscibility of those blends (SEM). Polyethylene wax AC
is effective compatybilizer for PBT/LDPE.
Key words: PBT/LDPE blends, compatibilizing, mechanical strength
1. WSTÊP
Mieszaniny i stopy polimerowe odgrywaj¹ istotn¹ i stale wzrastaj¹c¹ rolê w rozwoju zastosowañ polimerów technicznych i konsumpcyjnych. Jak wynika z charakterystyki termodynamicznych warunków mieszalnoœci polimerów,
uk³ady poliestry termoplastyczne/poliolefiny s¹
nie mieszalne [1,2]. Oznacza to, ¿e uk³ady te nie
posiadaj¹ zdolnoœci do tworzenia stabilnych
uk³adów jednofazowych w ca³ym zakresie iloœciowego udzia³u sk³adników. Zastosowanie
w technologii wytwarzania mieszanin tak zwanych kompatybilizatorów, pozwoli³o na wytworzenie cennych u¿ytkowo kompozycji z polimerów niemieszaj¹cych siê ze sob¹ (niekompatybilnych) jak i polepszy³o w³aœciwoœci ró¿nych uk³adów, poprzez zwiêkszenie adhezji miêdzy dwie-
ma fazami kompozycji. Wspomniane kompatybilizatory, sprzyjaj¹ powstaniu miêdzyfazowej
warstwy granicznej, stanowi¹cej region, w którym odbywa siê wzajemna penetracja ³añcuchów polimerowych, co powoduje wzrost wiêkszoœci w³aœciwoœci takich uk³adów. Najczêœciej
w roli kompatybilizatora mieszanin poliestrów
termoplastycznych (w tym PET i PBT) z poliolefinami stosuje siê poliolefiny, ich kopolimery
(np. EPDM, PE-GMA EPR) lub trójblokowe kopolimery styren-etylen/butylen-styren (SEBS)
funkcjonalizowane (naszczepione) bezwodnikiem maleinowym [2÷7]. Dla mieszanin PTT/PE
potwierdzono poprawê mieszalnoœci stosuj¹c,
jako komatybilizatory GMA i EPDM-g-MAH
[8÷10].
Prezentowane poni¿ej badania dotycz¹ mieszanin PBT/LDPE z udzia³em nowego kompa-
452
Jolanta JANIK
tybilizatora, w postaci karboksylowanego wosku polietylenowego [11] i stanowi¹ kontynuacjê prac naukowych nad mieszaninami polimerowymi poliestrów termoplastycznych z poliolefinami, prowadzonych w Instytucie Polimerów, ZUT w Szczecinie [12,13].
w³aœciwoœci mechanicznych (przy u¿yciu maszyny wytrzyma³oœciowej INSTRON), termicznych (temperatura miêknienia metod¹ Vicata) oraz struktury (prze³omy kruche obserwowano przy pomocy skaningowego mikroskopu elektronowego SEM).
2. CZÊŒÆ DOŒWIADCZALNA
3. WYNIKI
Badania obejmowa³y wytworzenie mieszanin PBT/LDPE z 40% wag. udzia³em PBT i z
ró¿nym udzia³em kompatybilizatora (5, 10
i 15% wag.) oraz zbadanie wp³ywu jego zawartoœci na wytrzyma³oœæ mechaniczn¹ i termiczn¹ oraz strukturê. Do badañ wykorzystano: –
PBT (Eldur) Jelchem – Polimery spó³ka z o.o.
w Jeleniej Górze; – LDPE (Malen E,
GGNX-18-D090) Basell Orlen S.A.; – karboksylowany wosk polietylenowy AC, Honeywell –
jako kompatybilizator. Mieszaniny PBT/LDPE
i PBT/LDPE/kompatybilizator wytworzono
przy u¿yciu wspó³bie¿nej, dwuœlimakowej
wyt³aczarki o stosunku d³ugoœci do œrednicy
œlimaka L/D=32, firmy Mapre, w jednoetapowym procesie wyt³aczania (profil temperaturowy wyt³aczania 80-265°C, prêdkoœæ obrotowa œlimaków 250 obr/min). Uzyskane granulaty mieszanin, w celu otrzymania kszta³tek do
badañ (zgodnie z norm¹ PN-EN ISO: 294-1),
poddano procesowi wtrysku, stosuj¹c wtryskarkê œlimakow¹ BOY typ 35A (parametry
technologiczne: temperatura wtrysku
230–260°C, temperatura formy 70°C). Otrzymane uk³ady przebadano m.in. pod k¹tem
3.1. W³aœciwoœci mechaniczne
Próbki mieszanin PBT/LDPE oraz czystych
PBT i LDPE zosta³y poddane statycznemu rozci¹ganiu (wg PN-EN ISO 527-1) oraz zginaniu
(wg PN-EN ISO 178) na maszynie wytrzyma³oœciowej INSTRON model 4206-006, zgodnie
z norm¹ PN-EN ISO 527-1 1996. Oznaczono:
wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie sm i zginanie sfm,
modu³ sprê¿ystoœci przy rozci¹ganiu Et i zginaniu Ef oraz wyd³u¿enie przy zerwaniu eB
(odch. standardowe nie przekracza 5%). Dodatkowo w tabeli 1 przestawiono tak¿e wyniki
badañ temperatury miêknienia, wyznaczonej
metod¹ Vicata (wg PN-54 C-04260).
Mieszaniny PBT/LDPE wykazuj¹ w³aœciwoœci mechaniczne i termiczne pomiêdzy
w³aœciwoœciami wyznaczonymi dla PBT i dla
LDPE, odpowiednio do udzia³u tych polimerów (tabela 1). Wprowadzenie do mieszaniny
PBT/LDPE kompatybilizatora, w postaci wosku polietylenowego AC, poprawia (wraz ze
wzrostem jego udzia³u od 10 do 20%) wszystkie w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowe (Et, Ef, sm,
sfm, eB) jak i zwiêksza temperaturê miêknienia,
Tabela 1. W³aœciwoœci mechaniczne mieszanin PBT/LDPE.
Table 1. Mechanical properties of PBT/LDPE blends.
Uk³ady polimerowe
[% wag.]
sm
eB
Et
sfm
Ef
TVicata
[MPa]
[%]
[MPa]
[MPa]
[MPa]
[°C]
PBT 100%
57,2
12,3
1676
89,5
2433
195
PE 100%
10,0
106,1
111,4
6,7
130,4
47
PBT40%/PE60%
17,7
11,8
565,6
26,9
672,9
58
PBT40%/PE60% /AC5%
18,6
17,4
566,5
27,9
693,1
63
PBT40%/PE60% /AC10%
18,3
18,9
587,3
28,3
702,2
64
PBT40%/PE60% /AC15%
18,6
14,7
630,9
28,4
750,1
65
453
w porównaniu do uk³adu niekompatylizowanego. Œwiadczy to o kompatybilizuj¹cym dzia³aniu wosku. Potwierdziæ to mog¹ badania
struktury SEM tych uk³adów (Rys. 1-4).
3.2. Struktura SEM
Fotografie struktur prze³omów kruchych,
mieszanin PBT/LDPE, wykonano przy pomocy skaningowego mikroskopu elektronowego
(SEM), firmy Jeol typ JSM-6100. Poni¿sze zdjêciach SEM przedstawiaj¹ mieszaniny bez
udzia³u jak i z udzia³em 5, 10 i 15% wag. kompatybilizatora (Rys. 1-4).
Fotografie SEM wykaza³y jednoznacznie
dwufazowoœæ niekompatybilizowanego uk³adu PBT/LDPE i potwierdzi³y tak¿e bardzo
dobre równomierne zdyspergowanie PBT
w matrycy LDPE (Rys. 1a,b). WyraŸnie zdyspergowana faza polimeru PBT posiada na ogó³
Rys. 2. SEM PBT40% /LDPE 60% /AC5%: a) x300,
b) x2000
Fig. 2. SEM PBT40% /LDPE 60% /AC5%: a) x300,
b) x2000
Rys. 1. SEM PBT40% /LDPE 60%: a) x300, b) x2000
Fig. 1. SEM PBT40% /LDPE 60%: a) x300, b) x2000
kulisty kszta³t o wielkoœci cz¹stek poni¿ej
10 µm. Uk³ad PBT/LDPE charakteryzuje siê
drobn¹ dyspersj¹ faz, co œwiadczy o w³aœciwym doborze parametrów technologicznych
i bardzo dobrym stopniu wymieszania siê polimerów w uk³adzie. Na podstawie fotografii
SEM uk³adów modyfikowanych (Rys. 2-4),
mo¿emy stwierdziæ kompatybilizuj¹cy wp³yw
wosku polietylenowego na uk³ad PBT/LDPE
(brak widocznych wydzieleñ jednej fazy
w drugiej a zw³aszcza z 10 i 15% udzia³em
wosku uk³ady wykazuj¹ typowy charakter jednofazowy).
Fotografia 2a,b przedstawia strukturê mniej
wyraŸnie widocznej zdyspergowanej fazy PBT
w matrycy PE, co œwiadczyæ o lepszej mieszalnoœci obu sk³adników z dodatkiem 5% wag.
wosku, w porównaniu do uk³adu bez kompa-
454
Jolanta JANIK
b) x2000
b) x2000
b) x2000
b) x2000
tybilizatora; wydzielenia PBT s¹ znacznie
mniejsze (poni¿ej 1 µm) i struktura jest bardziej
jednorodna. Fotografie na rysunkach 3a,b oraz
4a,b przedstawiaj¹ obrazy charakterystyczne
dla struktury jednofazowej. Jednorodnoœæ
uk³adów kompatybilizowanych œwiadczy
o powinowactwie stosowanego wosku PE zarówno do PBT jak i LDPE.
wraz ze wzrostem udzia³u dodatku, co œwiadczy, ¿e dzia³a on, jako rzeczywisty kompatybilizator. Potwierdzi³y to tak¿e badania SEM,
które wykaza³y, ¿e wosk polietylenowy
w uk³adzie PBT/LDPE w bardzo znacz¹cy sposób wp³ywa na zmianê jego struktury morfologicznej. Dwufazowa, niekompatybilizowana
mieszanina poliester/polietylen sta³a siê bardziej jednorodna, po wprowadzeniu wosku
polietylenowego.
4. WNIOSKI
Dodatek kompatybilizatora w postaci wosku polietylenowego do mieszanin PBT/LDPE,
w sposób znacz¹cy poprawia wytrzyma³oœæ na
rozci¹ganie i zginanie oraz wartoœci modu³ów
Younga i sprê¿ystoœci przy zginaniu w porównaniu do niekomaptybilizowanego uk³adu
oraz podwy¿sza jego temperaturê miêknienia
LITERATURA
1.
2.
Seachtling: Tworzywa sztuczne – Poradnik, WNT
Warszawa 2000, 50
Datta S., Lohse D.J.: Polymeric compatibilizers. Uses
and benefits in polymer blends, Hanser Publ., Monachium 1996, 35
455
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Pracella M., Rolla L., Chiona D. Galeski A.: Compatibilization and Properties of Poly(ethylene terephthalate)/Polyethylene Blends Based on Recycled Material,
Macromol.Chem.Phys., 2002, 203, 1471-1485
Pawlak A., Morawiec J., Ga³êski A.: Compatibilization, processing and properties of post-consumer
PET/polyolefin blends, Polimery 2002, 47, str.491-499
Barhoumi N., Cassagnau P., Jaziri M., Massardier
V.: Valorization of Poly(butylenes terephthalate) Wastes
by Blending With Virgin Polypropylene: Effect of the
Composition and the Compatibilization, Polymer Engineering and Science 2008, 48, str. 1592-1599.
Traugott i inni w artykule w „Journal of Applied Polymer Science”, 1983, 28, 2947
Carte TL., Moet A.: Morphological origin of super
toughness in poly(ethylene terephthalate)/ polyethylene
blends, Journal of Applied Polymer Science, 1993,
48, 4, 611-624.
Joung Sook H.; Jeong Lim K.; Kyung Hyun A.;
Seung Jong L.: Morphology development of PBT/PE
blends during extrusion and its reflection on the rheological properties Journal of Applied Polymer Science
(2005), 97(4), 1702-1709.
Asadinezhad A., Böhme F., Jafari S.H., Khonakdar
H.A., Yavari A.: Compatibilizing Effects on the Phase
10.
11.
12.
13.
14.
Morphology and Thermal Properties of Polymer Blends
Based on PTT and m-LLDPE, Polymer Bulletin 2005,
54, 417-426.
Hsiu-Jung Ch.: Miscibility and Crystallization Kinetics of Poly(trimethylene terephthalate)/ Amorphous
Poly(ethylene terephthalate) Blends, Polymer Engineering and Science 2007, 47, 2005-2011.
Chenguang Y., Hongzan S., Jungang G., Mingtao
R., Yingjin W.: Studies on the rheological, phase morphologic, thermal and mechanical properties of poly(trimethylene terephthalate)/ethylene propylene diene monomer copolymer grafted with maleic anhydride/metallocene polyethylene blends, Frontiers of Chemical
Engineering in China 2007, 1, 238-245.
Jamro¿y T: Praca in¿ynierska, Instytut Polimerów,
ZUT w Szczecinie, 2010
Janik J. Lenart S. Królikowski W. Penczek P.: Mieszaniny polimerowe PET/PE-LD i PET/PP z dodatkiem nowego kompatybilizatora, Polimery 2004, 49,
nr 6, 432-439
Janik J., Królikowski W., Penczek P. patent: Sposób
wytwarzania blend termoplastycznych poliestrów tereftalowych i poliolefin PL3489950
456
KRÓLIKOWSKI Krzysztof, PISZCZEK Kazimierz
KRÓLIKOWSKI Krzysztof*,
Krzysztof, PISZCZEK
PISZCZEKKazimierz
Kazimierz*
* Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy,
[email protected], [email protected]
Rozdzia³ na separatorze ig³owym w ró¿nej temperaturze
ogrzewania
Streszczenie. W odniesieniu do znanych oraz powszechnie stosowanych technik separacji rozdzia³ na podstawie ró¿nicy w twardoœci jest nowatorskim rozwi¹zaniem. Przeprowadzono badania maj¹ce na celu okreœlenie wp³ywu temperatury mieszaniny na dok³adnoœæ oraz efektywnoœæ
separacji. Do badañ wytypowano materia³ow¹ mieszaninê sk³adaj¹c¹ siê z PP i ABS ze wzglêdu
na ró¿nice w twardoœci oraz w temperaturze topnienia. Wyniki badañ wykaza³y wysokie wartoœci dok³adnoœci oraz efektywnoœci rozdzia³u mieszanin szczególnie w wy¿szych temperaturach co
daje mo¿liwoœci stosowania ni¿szych si³ nacisku igie³.
SEPARATION WITH THE USE OF A NEEDLE SEPARATOR IN VARIOUS HEATING
TEMPERATURE
Abstract. As regards known and commonly used techniques of separation, the subject separation based on the difference in hardness constitutes an innovative solution. Tests have been made
with the aim to determine influence of temperature the mixture on accuracy and effectiveness of
separation. PP and ABS were selected for the tests due to differences in hardness and softening
temperatures. The results have shown high values of accuracy and effectiveness for mixtures particular in higher temperatures with the use of lower pressure forces of needles.
1. Wprowadzenie
Do podstawowych, jednostkowych operacji
recyklingu materia³owego tworzyw polimerowych odpadów zaliczana jest separacja elementów zró¿nicowanych pod wzglêdem w³aœciwoœci fizycznych lub chemicznych. Technologie rozdzia³u odpadów tworzywowych, wykorzystuj¹cych w³aœciwoœci fizyczne polegaj¹
na stosowaniu nastêpuj¹cych w³asnoœci: charakterystyki optycznej, zwil¿alnoœci, zachowania siê w ró¿nej temperaturze, charakterystyki
chemicznej. Rozdzia³ na podstawie ró¿nicy
twardoœci w odniesieniu do znanych oraz
powszechnie stosowanych metod separacji jest
nowatorskim rozwi¹zaniem. W metodzie tej
separacja nastêpuje za pomoc¹ specjalnie wyprofilowanych igie³, dziêki czemu zminimalizowany jest wp³yw zanieczyszczeñ powierzchniowych wsadu na funkcjonaln¹ sprawnoœæ
procesu przy stosunkowo krótkim czasie de-
tekcji. Z uwagi na wzrastaj¹c¹ ró¿norodnoœæ
tworzyw niezbêdne jest udoskonalanie obecnych oraz poszukiwanie nowych metod rozdzia³u. Zastosowanie jednej metody z regu³y
nie pozwala na pe³ny rozdzia³ strumienia odpadów, niezbêdne jest wiêc ³¹czenie ró¿nych
metod. W stosowanych powszechnie tego typu
procesach przemys³owych znany jest sposób
sortowania oparty na ró¿nicach temperatur
topnienia. Aby rozdzia³ t¹ metod¹ by³ skuteczny poszczególne frakcje mieszanin materia³ów
polimerowych powinny wyraŸnie ró¿niæ siê
temperaturami topnienia. W metodzie tej wykorzystuje siê ogrzewane rolki lub taœmy, na
powierzchniach których zachodzi separacja
poprzez selektywn¹ adhezjê. Zazwyczaj
w przemyœle do rozdzia³u tego typu mieszanin
wykorzystuje siê zespó³ taœm. Górna taœma
ogrzewana jest do temperatury odpowiadaj¹cej najni¿szej temperaturze topnienia wybranego z mieszaniny polimeru, który w konse-
457
Rozdzia³ na separatorze ig³owym w ró¿nej temperaturze ogrzewania
kwencji przywiera do jej powierzchni roboczej,
a nastêpnie zgarniany jest przez skrobak. Tworzywa pozosta³e na dolnej taœmie spadaj¹ do
odrêbnego pojemnika [1-6].
Recykling mechaniczny, materia³owy zaliczany jest do najbardziej odpowiednich strategii zagospodarowania odpadów tworzywowych ze wzglêdów ekonomicznych oraz œrodowiskowych. Najwiêkszym wyzwaniem tego
typu, powtórnego zagospodarowania materia³ów jest, by tworzywa separowane by³y efektywnie przy zachowaniu najwy¿szej, postulowanej jakoœci produktu rozdzia³u. Separacja
jest zatem po¿¹danym technologicznie procesem recyklingu materia³owego. Ze wzglêdu na
niemieszalnoœæ termodynamiczn¹ wiêkszoœci
par polimerów separacja jest koniecznym procesem w recyclingu materia³owym. [7-8].
Celem pracy jest badanie skutecznoœci
i funkcjonalnoœci rozdzia³u mieszanin tworzyw polimerowych (PP/ABS) w separatorze
ig³owym w funkcji temperatury rozdzielanego
wsadu.
2. Metodyka badañ
Twardoœæ, ° ShD
Materia³ badawczy, mieszaninê tworzyw
PP/ABS wykonano z p³yt o gruboœciach 2 mm.
Poszczególne elementy wycinano w postaci
kwadratów o bokach równych 20 mm. Zmierzono ich twardoœæ w temperaturze otoczenia
(21°C); ABS – twardoœæ 81°ShD, a PP – twar83
76
69
62
55
48
41
34
27
20
ABS
PP
30
40
50
60
70
80
90
Temperatura, °C
Rys. 1. Zmiany twardoœci ABS i PP w funkcji temperatury próbek.
doœæ 68°ShD. Zmierzono równie¿ twardoœæ
materia³u wsadowego w nastêpuj¹cych temperaturach: 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 °C. Wyniki pomiarów przedstawiono na rys. 1 Badania twardoœci przeprowadzono metod¹ Shore’a typu D.
Wyniki pomiarów twardoœci pos³u¿y³y do
zakresu temperatur ogrzewania badanych
mieszanin. Separowano mieszaniny tworzyw
ABS/PP o udziale masowym 50/50%. Porcje
mieszanin o masie 400g ogrzane do temperatur
z przedzia³u (30-90)°C wsypywano kolejno do
leja zasypowego wyposa¿onego w uk³ad
grzewczy i zlokalizowanego w bliskiej odleg³oœci od uk³adu rozdzielaj¹cego. Separacjê
sk³adników mieszanin prowadzono z wykorzystaniem prototypowego separatora ig³owego, którego budowê oraz zasadê dzia³ania opisano w literaturze [3]. Rozdzia³ mieszanin na
poszczególne strumienie materia³owe nastêpowa³ w uk³adzie dwóch walców roboczych
(walca transportuj¹cego oraz przebijaj¹cego).
P³atki mieszaniny o mniejszej twardoœci w analizowanym rozdzielaczu wychwytywane s¹
przez specjalnie wyprofilowane ig³y zamontowane na walcu przebijaj¹cym. Odseparowane
strumienie materia³owe odprowadzane s¹ do
dwóch pojemników, jednego dla frakcji z dominuj¹cym udzia³em polimeru ABS, drugi
z dominuj¹cym udzia³em polimeru PP.
W oparciu o wyniki badañ wstêpnych wyznaczono sta³¹ wartoœæ prêdkoœci obrotowej
uk³adu walców w trakcie prowadzenia badañ
separacji wynosz¹c¹ 8 obr·min -1.
Podczas badañ okreœlono:
• dok³adnoœæ separacji sk³adnika S (dalej
przyjêto liter¹ A oznaczaæ sk³adnik ABS, natomiast liter¹ P sk³adnik PP) okreœlon¹ zale¿noœci¹:
m
(1)
D S = S ×100%
m
FS
gdzie:
mS – masa sk³adnika S znajduj¹cego siê we
frakcji z dominuj¹cym udzia³em tego sk³adnika,
mFS – ca³kowita masa frakcji z dominuj¹cym
udzia³em sk³adnika S;
• efektywnoœæ separacji sk³adnika S (dalej
przyjêto liter¹ A oznaczaæ sk³adnik ABS, nato-
458
KRÓLIKOWSKI Krzysztof, PISZCZEK Kazimierz
100
98
Dok³adnoœæ (DA), %
94
92
90
88
84
50 N/mm2
30 N/mm2
30
40
50
60
70
80
90
Temperatura, °C
Rys. 3. Przebieg zmian efektywnoœci wydzielania z mieszaniny PP/ABS sk³adnika A (ABS) w funkcji temperatury wsadu dla ró¿nych wartoœci si³ nacisków igie³ roboczych.
50 N/mm2
30 N/mm2
100 N/mm2
70 N/mm2
100
Dok³adnoœæ (DP), %
Wp³yw temperatury materia³u wsadowego
oraz si³y nacisku igie³ na mieszaninê tworzyw
zawieraj¹c¹ jednakowe udzia³y masowe strumieni PP i ABS na dok³adnoœæ oraz efektywnoœæ separacji przedstawiono na rys. 2-5.
Prowadz¹c rozdzia³ mieszaniny PP/ABS dla
siedmiu wartoœci temperatur z przedzia³u (30 –
70)°C przy zastosowaniu si³y nacisku igie³
100 N/mm2 uzyskano wartoœci dok³adnoœci separacji w przedziale 96,12-97,09 % dla ABS
(rys. 4) oraz 98-100% dla PP (rys. 2). Tym samym uzyskano efektywnoœæ EA 98-100% (rys.
3) oraz EP od 96-99% (rys. 5). Przy prowadzeniu separacji w wy¿szych temperaturach
80-90°C zaobserwowano spadek wartoœci EA
100
96
92
88
84
80
76
72
68
64
60
96
86
3. Wyniki badañ i dyskusja
100 N/mm2
70 N/mm2
50 N/mm2
30 N/mm2
100 N/mm2
70 N/mm2
Efektywnoœæ (EA), %
miast liter¹ P sk³adnik PP) okreœlon¹ zale¿noœci¹:
m
(2)
ES = S ×100%
m MS
gdzie:
mS – masa sk³adnika S znajduj¹cego siê we
frakcji z dominuj¹cym udzia³em tego sk³adnika,
mMS – masa sk³adnika S znajduj¹cego siê
w mieszaninie poddawanej separacji.
98
96
94
92
90
88
86
30
40
50
60
70
80
90
Temperatura, °C
Rys. 4. Przebieg zmian dok³adnoœci wydzielania z mieszaniny PP/ABS sk³adnika P (PP) w funkcji temperatury wsadu dla ró¿nych wartoœci si³ nacisków igie³ roboczych.
30
40
50
60
70
80
90
Temperatura, °C
Rys. 2. Przebieg zmian dok³adnoœci wydzielania z mieszaniny PP/ABS sk³adnika A (ABS) w funkcji temperatury wsadu dla ró¿nych wartoœci si³ nacisków igie³ roboczych.
do 87% (rys. 3) oraz DP do 88% (rys. 4). Wi¹¿e
siê to ze spadkiem twardoœci ABS a tym samym zaczepianiem twardszych elementów na
ig³ach walca rozdzielaj¹cego. Zmienne DA, DP
oraz EA, EP podczas prowadzenia procesu dla
ni¿szych wartoœci si³ nacisku w przedziale
(30-70)N/mm 2 oraz zakresu temperatur
(30-60)°C osi¹ga³y wysokie wartoœci EA i DP =
100% (rys. 3 i 4) równolegle z nisk¹ dok³adnoœ-
459
Rozdzia³ na separatorze ig³owym w ró¿nej temperaturze ogrzewania
50 N/mm2
30 N/mm2
Efektywnoœæ (EP), [%]
100 N/mm2
70 N/mm2
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
40
50
60
70
80
90
Temperatura, °C
Rys. 5. Przebieg zmian dok³adnoœci wydzielania z mieszaniny PP/ABS sk³adnika P (PP) w funkcji temperatury wsadu dla ró¿nych wartoœci si³ nacisków igie³ roboczych.
n¹æ prowadz¹c proces przy wy¿szych si³ach
nacisku igie³. Równie korzystne wartoœci
zmiennych DA, DP, EA, EP osi¹gano stosuj¹c
ni¿sze si³y nacisku igie³ dla mieszanin ogrzewanych do wy¿szych temperatur. Najkorzystniejsze wyniki procesu separacji mieszaniny
PP/ABS odznaczaj¹ce siê wysok¹ efektywnoœci¹ oraz dok³adnoœci¹ na poziomie rzêdu
96-100% mo¿na uzyskaæ prowadz¹c separacjê
przy sile nacisku igie³ 100N/mm2 w temperaturze ogrzewania 30-60°C. Porównywalnie wysokie wartoœci dok³adnoœci oraz efektywnoœci
rozdzia³u dla obydwu frakcji mo¿na uzyskaæ
prowadz¹c rozdzia³ w temperaturze 70°C stosuj¹c ni¿sze si³y nacisku rzêdu 50-70 N/mm2.
Korzystne wartoœci zmiennych DA, DP, EA, EP
osi¹gniêto równie¿ prowadz¹c proces w temperaturze ogrzewania 90°C przy najni¿szej sile
nacisku igie³ wynosz¹cej 30 N/mm 2.
Literatura
ci¹ DA wynosz¹c¹ maksymalnie 84% (rys. 2)
oraz EP 80% (rys. 5) przy czym dalszy wzrost
temperatury do 70°C skutkowa³ wzrostem DA
do 98 % dla 70 N/mm2 (rys. 2) oraz wzrostem
EP do 96% (rys. 5) przy zachowaniu wysokich
wartoœci DA i DP wynosz¹cych 99% (rys. 2 i 4).
Prowadzenie separacji dla wy¿szych temperatur 80 i 90 °C przejawia³o siê spadkiem DA i DP
w wyniku zanieczyszczenia frakcji PP elementami ABS w skutek zaczepiania siê twardszych
tworzyw ABS na ig³ach i przenoszeniu ich do
pojemnika z PP. W trakcie prowadzenia procesu przy sile nacisku igie³ 30 N/mm2 zaobserwowano niskie wartoœci DA, DP, EA, EP w przedziale temperaturowym (30-70)°C. Najkorzystniejsze wyniki rozdzia³u dla si³y nacisku igie³
30 N/mm 2 osi¹gniêto prowadz¹c proces
w temp. 90°C.
4. Podsumowanie
Z przedstawionych w pracy badañ i analiz
wynika, ¿e cel pracy zosta³ osi¹gniêty. Wysok¹
dok³adnoœæ oraz efektywnoœæ rozdzia³u mieszanin ABS/PP na poszczególne strumienie dla
ni¿szych temperatur mieszaniny mo¿na osi¹g-
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
¯enkiewicz M., ¯uk T., Królikowski K.: Metody
sortowania odpadów tworzyw polimerowych, Przetwórstwo Tworzyw 2012, nr 6 (150), 692-698
Koz³owski M. (red.), Rydarowski H. (red.): Recykling odpadów polimerowych z elektroniki i pojazdów,
WNT, Warszawa 2012
Królikowski K., Piszczek K., ¯uk T., Tomaszewska
Jolanta: Zg³oszenie patentowe, Sposób i urz¹dzenie
do separacji mieszanin tworzyw polimerowych, Polska,
405364, 2013
Koz³owski M. (red.): Recykling tworzyw sztucznych
w Europie, Wydawnictwo Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw 2006
Koz³owski M. (red.): Podstawy recyklingu tworzyw
sztucznych, Wydawnictwo Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw 1998
B³êdzki A.K. (red.): Recykling materia³ów polimerowych, WNT, Warszawa 1997
Kijeñski J., B³êdzki A. K, Jeziórska R.: Odzysk i recykling materia³ów polimerowych, PWN,Warszawa
2011
Zinowicz Z., Go³êbiewski J., Œwiæ A.: Technologiczne problemy zagospodarowania odpadów tworzyw polimerowych, Wydawnictwo Uczelniane Pol. Lub,
Lublin 2003
460
Dariusz KWIATKOWSKI, Micha³ MOD£AWSKI, Tomasz JARUGA
Dariusz KWIATKOWSKI, Micha³ MOD£AWSKI, Tomasz JARUGA*
JARUGA
Department of Polymer Processing, Institute of Mechanical Engineering
Czêstochowa University of Technology,
Al. Armii Krajowej 19 C, 42-201 Czêstochowa,
Analysis of flash pocket profile shape in an extrusion blow mould
Abstract: The cycle time is a very important issue in manufacturing processes, especially in
packaging industry. It depends on the product shape and size, particularly on the wall thickness,
but also on tool design and process settings. One of the most important factors influencing the
cycle time is cooling system efficiency in the tool. In case of extrusion blow moulding not only the
product should be cooled rapidly but also the flash material in the pinch-off zone.
The results of an PE-HD bottle extrusion blow moulding simulation were presented in this paper. The simulation was done with the use of ANSYS Polyflow software. The cooling efficiency in
the pinch-off zone was evaluated for different profiles of the flash pocket by comparison of the temperature distribution after cooling time. It was found that the triangled and semicircular profile
is more efficient than trapezoidal and flat shape.
ANALIZA PROFILU PRZEKROJU KIESZENI ODPADOWEJ W FORMIE ROZDMUCHOWEJ
Streszczenie: Czas cyklu jest niezwykle istotnym czynnikiem w procesach wytwarzania, szczególnie w przemyœle opakowañ. Zale¿y on od kszta³tu i wymiarów wyrobu, szczególnie od gruboœci œcianek, ale tak¿e od konstrukcji narzêdzia i warunków procesu technologicznego. Jednym
z najwa¿niejszych czynników wp³ywaj¹cych na czas cyklu jest efektywnoœæ ch³odzenia wyrobu
w narzêdziu. W procesie wyt³aczania z rozdmuchiwaniem nie tylko nale¿y szybko ch³odziæ
wyrób, ale tak¿e odpad w strefie zgniatania.
W niniejszym artykule zosta³y zaprezentowane wyniki symulacji procesu wyt³aczania z rozdmuchiwaniem butelki z tworzywa PE-HD. Symulacjê wykonano z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS Polyflow. Oszacowano efektywnoœæ ch³odzenia w strefie zgniatania dla ró¿nych kszta³tów profilu formy w kieszeni odpadowej poprzez porównanie rozk³adu temperatury
po czasie ch³odzenia. Ustalono, ¿e profile o kszta³cie trójk¹tnym oraz pó³kolistym s¹ bardziej efektywne ni¿ profile p³aski oraz trapezoidalny.
1. INTRODUCTION
The extrusion blow moulding process is
used to manufacture hollow parts like bottles
and other types of containers. In most cases polyolefins are processed by this technology. This
process is divided in two stages. First, a parison is extruded and then, in the second stage, it
is blown in a mould. The pinching edges in
a mould cut off the excessive material which
stays in pinch-off sections while the mould is
closed. A pinch-off section consists of a pin-
ching edge, a pressure zone and a flash pocket
(pinch relief) where the plastic should be intensively cooled. Blow moulds consist of at least
several parts. A scheme of an exemplary blow
mould is presented in Fig. 1.
Three main zones can be distinguished in
a pinch-off section (Fig. 2.): pinching edge just
behind the cavity, then pressure zone to compress the material and, finally, flash pocket
where most of the flash is held. The design of
a pinch-off section should assure the efficient
cooling down of the flash – the contact surface
461
Fig. 1. Scheme of an extrusion blow mould [1, 2]
Rys. 1. Schemat formy do rozdmuchiwania, 1 – elementy ustalaj¹ce, 2 – wstawka no¿owa (odcinaj¹ca), 3 – element formuj¹cy szyjkê, 4 – strefa zgniatania, 5 – krawêdŸ tn¹ca, 6 – p³yta tylna (mocuj¹ca), 7 – element formuj¹cy korpus opakowania, 8 – gniazdo formuj¹ce, 9 – kana³ odpowietrzaj¹cy, 10 – elementy prowadz¹ce (s³upy i tuleje prowadz¹ce, 11 –
element formuj¹cy dno opakowania, 12 – kolektor uk³adu ch³odz¹cego [1, 2]
between parison and mould should be as large
– it can be achieved by manufacturing of a riffled surface. Moreover, the distance between
two mould halves in this section is also important. If this distance is too small the flash is
compressed with a high pressure and this can
result in mould opening because of high force
generation. Moreover, the entire pinch-off zone
should be large enough to hold all the flash after mould closing. The pinch-off area size and
Fig. 2. Geometry of pinch-off section in an extrusion blow
mould [1]
Rys. 2. Kszta³t strefy zgniatania w formie rozdmuchowej
[1]
dimensions should be optimized for the particular product, depending on its size and shape,
parison dimensions (wall thickness and diameter) machine parameters etc. [1,3]
The recommended geometry of a pinch-off
section in a blow mould is shown in details in
Fig. 3. In this the ribs are designed to increase
the cooling area of the flash relief and the angle
of a rib is 90°.
A shape of the cavity is determined by an
extrusion blow moulded product’s shape. The
desired product properties can be obtained by
the control of processing parameters [5] but the
mould design is also an important factor influencing the part quality. For example, the formation of the polymer parison bond inside a
mould depends on the pinching edge design
[6]. This bond is an area of a high risk of a failure during the part exploitation. The flash
pocket and cooling system design have in turn
the influence on the process, especially on the
cycle time because the flash cooling efficiency
can be different.
462
Fig. 3. Section through a pinch-off area; b1 – width of pinching edge, b2 – width of pressure zone, t1 – depth of pressure zone, t2 – depth of flash pocket, t3 – distance of ribs, x
– ribbed area of flash pocket, I – cavity, a1, a2 – transition
angles, s1 – average wall thickness of the product near
pinch-off area, s2 – average parison wall thickness in
pinch-off area [1, 4]
Rys. 3. Przekrój strefy zgniatania; b1 – szerokoœæ krawêdzi tn¹cej, b2 – szerokoœæ strefy œciskania, t1 – g³êbokoœæ
strefy œciskania, t2 – g³êbokoœæ kieszeni odpadowej, t3 –
odleg³oœæ miêdzy ¿ebrami, x – u¿ebrowana strefa kieszeni
odpadowej, I – gniazdo formuj¹ce, a1, a2 – k¹ty przejœcia
pomiêdzy strefami, s1 – œrednia gruboœæ œcianki wyrobu
w pobli¿u strefy zgniatania, s2 – œrednia gruboœæ œcianki
rêkawa w strefie zgniatania [1, 4]
2. EXPERIMENTAL
The aim of this investigation was to compare the effectiveness of heat transfer in the
flash pocket of an extrusion blow mould for
different profile shapes in the cross-section of
this mould zone, by a mean of computer simulation. ANSYS Polyflow 14.5 software was
used for this purpose. Usually, in case of extrusion blow moulding process simulation, this
software is used to predict the distribution of
product thickness [7] and, for example, to optimize the parison dimensions [8, 9].
2.1. The tool and the product
The extrusion blow moulding process with
a mould for manufacturing an axi-symmetrical
Fig. 4. Half of the analyzed extrusion blow mould, a) the
view of the mould, b) the cross-section considered in the
computer simulation
Rys. 4. Czêœæ analizowanej formy rozdmuchowej, a) widok formy, b) przekrój rozwa¿any w symulacji komputerowej
bottle was analyzed in this investigation. This
single-cavity mould is shown in Fig. 4. The bottle dimensions are: 225mm of height and
62mm of diameter. There are more recommendations in the literature concerning the
pinch-off zone design in the plane perpendicular to the mould parting plane [1-3] than in the
cross-section in the plane marked as A-A in
Fig. 4 a. Since the mould surface being in contact with molten polymer should be large,
a flash pocket is usually riffled in order to increase the contact area and to cool the polymer
better. In this article the results of temperature
distribution in A-A cross-section obtained in
computer simulation are presented.
Four different shapes in the cross-section of
the pinch-off area, in the flash pocket zone
were proposed to analyze. They are shown in
Fig. 5 and marked with letters A, B, C and D.
Shape A is a flat surface and is easy to machine
463
Fig. 5. The analyzed shapes in the cross-section of the
mould flash pocket
Rys. 5. Analizowane kszta³ty przekroju kieszeni odpadowej w formie
when the mould is manufactured but it has the
smallest contact area with the polymer when a
mould is closed. The triangular shape (B) is defined in details in the literature [1]. The semicircular (D) shape is also used in the industry and
the trapezoidal shape C is supposed to be
a compromise between the complexity of manufacturing and the contact area between polymer and a mould.
The b quotient was used to expressed the
complexity of flash pocket surface. It is defined
as the heat exchange surface area in the flash
pocket related to the area of the projection of
this surface onto the mould parting plane. Its
value depends on the area of the contact surface between polymer and a mould. The b values for the different flash pocket shapes taken
into account in the simulation are listed in Table 1.
Table 1. Values of b quotient
Shape of the pinch-off zone
b value
A – flat
1.00
B – triangled
1.41
C – trapezoidal
1.12
D – semicircular
1.20
The symmetry axis of the mould in the
cross-section is coincident with the parison
axis. Moreover, in the cases of the ribbed shapes the grooves are located between the teeth
Fig. 6. Cross-section through the pinch-off zone in the
flash pocket area after mould closing
Rys. 6. Przekrój przez strefê zgniatania w obszarze kieszeni odpadowej po zamkniêciu formy
of the opposite mould half, as it is shown in
Fig. 6 where the cross-section of the closed
mould is presented. The flash pocket profile
shapes were designed in the way that the mesh
nodes in the polymer area would not move during mould closing in the direction perpendicular to the mould movement. The second assumption was that the flash pocket is fully filled with the polymer.
2.2. Material processed and boundary
conditions
The temperature distribution across the polymer in the flash pocket and the mould material was simulated. The temperature depends
on the heat transfer between polymeric parison
and the cooled metal mould. Two-dimensional
(2D) model was used and the simulation was
done in a cross-section of the flash pocket. The
extruded parison before blowing was modeled
first as a tube of 50mm of outer diameter and
2mm of wall thickness (Fig. 7a). However, since
it was not possible to define the contact surface
between the internal surfaces of the parison,
464
Fig. 7. The shape of the parison before blowing phase:
a) real, b) assumed in the simulation
Rys. 7. Kszta³t rêkawa przed rozdmuchem: a) rzeczywisty, b) przyjêty do symulacji
the shape was modified to the form similar to
the folded tube – rectangle-like area (Fig. 7b).
This kind of shape is obtained just before
a mould is closed, when the parison is folded
and compressed between two mould halves.
The area of the shape from Fig. 7b is equal of
polymer surface area in the cross-section of the
tubular parison from Fig. 7a. The mould closing phase was not skipped in the simulation
but since it was very fast (0.2 s) so the assumption of rectangle-like initial parison cross-section shape was possible.
It was assumed that the parison was extruded first through the extrusion die and then
blown in a closed mould and in this time the
cooling phase in the flash pocket started. The
material the parison is made of is high-density
polyethylene (PE-HD) Hostalen ACP 5831D,
produced by Lyondellbasell company. The
most important properties of the polymer used
in the simulation are as follows:
– Viscosity: 37 983 Pa·s
– Melt density: 753 kg/m 3
– Thermal conductivity: 0.3 W/(m·K)
– Heat capacity: 1800 J/(kg·K)
The material of the mould was aluminium
of the following properties:
– Density: 2800 kg/m 3
– Thermal conductivity: 58 W/(m·K)
– Heat capacity: 450 J/(kg·K)
The initial conditions for the simulation
were as follows: the temperature of the parison
after extrusion: 200°C and the initial temperature of the mould was assumed as 12 °C. The
Fig. 8. Boundary conditions assumed in the simulation:
1 – parison (compressed), 2 – flash pocket area surface,
3 – cooling channel, 4 – outer surface of the mould
Rys. 8. Warunki brzegowe za³o¿one w symulacji; 1 – rêkaw (zgnieciony), 2 – powierzchnia formy w obszarze
kieszeni odpadowej, 3 – kana³ ch³odzenia, 4 – zewnêtrzna
powierzchnia formy
boundary conditions of the considered system
are defined in Fig. 8. The edge no.1, corresponding with the parison outer surface, was determined as freesurface with the contact condition.
The coefficient of thermal conductivity bet we e n t h e p o l y m e r a n d t h e m o u l d i s
170W/m·K. It was also assumed that the temperature of the coolant is 12 °C and the temperature of the cooling channels walls is constant.
The heat transfer between the mould and the
air on the surfaces no. 4 exists all the time but in
case of surface no. 1 (parison) and no. 2
(pinch-off area) only before the mould is closed. This heat exchange is described by thermal diffusivity coefficient of 20W/(m2·K) value.
The ambient temperature was assumed: 25 °C
for surfaces no. 1 and no. 2 and 30 °C for surface no 4. The time of parison cooling (after the
mould is closed) is 10s.
3. RESULTS AND DISCUSSION
The results of computer simulation were:
temperature distribution in the pinch-off zone
465
– flash pocket area cross-section and the change in the temperature of polymer and mould
material during cooling. These quantities obtained for the different shapes of the mould
flash pocket were compared.
3.1. Temperature distribution
The temperature distribution of the mould
and the compressed parison is shown in Fig. 9
for different shapes: A, B, C and D. The polymer temperature is more uniform in case of the
shapes B and D – for the more complex shapes
of the flash pocket profile. Moreover, the temperature of the mould in the ribbed areas is
higher in these two cases.
3.2. Temperature drop
The change in the average temperature in
the compressed parison cross-section area (in
the polymer) as well as the change in the average temperature on the parison outer surface
during the cooling was simulated and the results are shown in Fig. 10. It was proved that
the differences in the heat transfer intensity depend on the shape of the flash pocket area. The
most effective flash pocket profile shapes are:
triangular (B) and semicircular (D). The smallest cooling effectiveness is observed for the flat
surface shape (A), what could be expected because this shape has the smallest value of b coefficient. The difference in the parison outer
surface temperature after 10s of cooling was
23°C when comparing the best option triangular shape B and the basic flat shape A. Similar,
but even higher temperature differences occured in the case of average temperature in the
parison cross-section, but this temperature was
generally higher than temperature on the outer
surface.
4. SUMMARY AND CONCLUSIONS
Four different profiles in the flash pocket
zone of the pinch-off section in an extrusion
blow mould were examined by the computer
Fig. 9. Temperature distribution in the cross-section of
the compressed parison and the mould after 10s of cooling
Rys. 9. Rozk³ad temperatury w przekroju zgniecionego
rêkawa i formy po 10 s och³adzania
466
surfaces of flash pocket area in order to shorten
the cycle time by faster cooling of the flash.
However, the ease of manufacturing and flash
demoulding should also be considered.
REFERENCES
Fig. 10. Change in the average temperature of: a) polymer
in the cross-section area of the compressed parison, b) outer surface of the compressed parison, for different flash
pocket shapes
Rys. 10. Zmiana œredniej temperatury: a) tworzywa
w przekroju zgniecionego rêkawa, b) zewnêtrznej powierzchni zgniecionego rêkawa, przy ró¿nych kszta³tach
profilu kieszeni odpadowej
simulation regarding the flash cooling effectiveness. It was found that the speed of the flash
cooling is influenced by the shape of a flash
pocket surface. The best effectiveness of the
heat transfer between the polymeric parison
and the mould was obtained for the triangular
and semicircular shapes of the ribs while the
trapezoidal and flat shapes were not so efficient.
It is important to manufacture extrusion
blow moulds with ribbed, efficiently complex
[1] Stoeckhert K., Menning G.: Mold-Making Handbook, Hanser Publishers, Munich 1998.
[2] Gierak M.: Technologicznoœæ konstrukcji opakowañ rozdmuchiwanych, In: Formowanie wyrobów z tworzyw sztucznych metod¹ rozdmuchiwania. Plastech 1998, 71-105.
[3] Rosato D.V., Rosato A.V., DiMattia D.P.: Blow Molding Handbook, Hanser Publishers, Munich 2004.
[4] Eiselen O.: Verfahrenstechnik beim Coextrusions-Blasformen. Kunststoffe 1988, 78, 7.
[5] Pepliñski K., Bieliñski M.: W³aœciwoœci przetwórcze i u¿ytkowe pojemników wytwarzanych
w procesie wyt³aczania z rozdmuchiwaniem
w zmiennych warunkach przetwórstwa – ocena
wydajnoœci i jakoœci procesu. Polimery 2009, 54, 6,
448-456.
[6] Pepliñski K.: Idealna strefa zgniotu w formach do
wyt³aczania z rozdmuchiwaniem. Zapobieganie
b³êdom. Plastics Review 2006, 63, 11, 26-28.
[7] Shin-Ichiro Tanifuji: Overall Numerical Simulation of Extrusion Blow Molding Process. Polymer
Engineering and Science 2000, 40, 1878-1893.
[8] Pepliñski K., Mozer A.: ANSYS-Polyflow software
use to select the parison diameter and its thickness
distribution in blowing extrusion. Journal of POLISH CIMAC 2010, Vol. 5 No. 3.
[9] Kwiatkowski D., Mod³awski M., Jaruga T.: Symulacje komputerowe gruboœci œcianki butelki uzyskiwanej w procesie wyt³aczania z rozdmuchiwaniem. Przetwórstwo Tworzyw 2015, 165, 256-261.
[10] Sikora R.: Przetwórstwo tworzyw wielkocz¹steczkowych, Wydawnictwo Edukacyjne, Warszawa
1993.
467
W³aœciwoœci mechaniczne wyrobów wytworzonych technologi¹ FDM z poliamidu
Katarzyna MYD£OWSKA, Zenon TARTAKOWSKI
Zak³ad Tworzyw Polimerowych, Instytut In¿ynierii Materia³owej, Zachodniopomorski Uniwersytet
Technologiczny w Szczecinie, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin; [email protected]
W³aœciwoœci mechaniczne wyrobów wytworzonych technologi¹
FDM z poliamidu
Streszczenie. Modelowanie uplastycznionym tworzywem (FDM) jest jedn¹ z technologii szybkiego prototypowania i wytwarzania pozwalaj¹c¹ na uzyskanie wyrobów bezpoœrednio na podstawie jego trójwymiarowego modelu. Przy wykorzystaniu materia³ów z tworzyw sztucznych
o du¿ej wytrzyma³oœci mo¿liwe jest wykonywanie czêœci zastêpczych, prototypów funkcjonalnych lub gotowych wyrobów bez koniecznoœci stosowania dodatkowego oprzyrz¹dowania i obróbki wykañczaj¹cej. Do tworzyw termoplastycznych o dobrych w³aœciwoœciach wytrzyma³oœciowych zaliczyæ mo¿na poliamidy. W artykule przedstawiono porównanie w³aœciwoœci mechanicznych wyrobów wykonanych technologi¹ FDM z 3 ró¿nych poliamidów. Analizowano wp³yw
stopnia wype³nienia oraz gruboœci warstw zewnêtrznych na badane w³aœciwoœci.
S³owa kluczowe: szybkie prototypowanie, FDM, w³aœciwoœci mechaniczne, poliamid
MECHANICAL PROPERTIES OF ARTICLES PRODUCED BY THE FDM TECHNIQUE
OF POLYAMIDE
Abstract. Fused deposition modeling (FDM) is one of rapid prototyping and manufacturing
technique allowing to obtain a product directly from the three-dimensional model of the product.
With the use of plastic materials with high tensile properties is possible to make replacement
parts, functional prototypes or finished products without the use of additional equipment and finishing machines. The thermoplastic materials having good mechanical properties can include
polyamides. The paper presents a comparison of the mechanical properties of articles produced by
the FDM technique of 3 different polyamide. There was analyzed the influence of filling and the
thickness of the outer layers on the tested properties.
Keywords: rapid prototyping, FDM, mechanical properties, polyamide
1. Wstêp
Proces wytwarzania wyrobów z tworzyw
polimerowych jest wieloetapowy. Rozpoczyna
siê od modelowania wyrobu, nastêpnie zaprojektowania i wykonania narzêdzia formuj¹cego – formy a¿ do wytworzenia wyrobu przy
u¿yciu urz¹dzeñ przetwórczych. Uzyskany
produkt nie zawsze spe³nia oczekiwane wymagania, co powoduje koniecznoœæ wprowadzania poprawek, a tym samym wyd³u¿a cykl
produkcyjny.
W celu przyspieszenia procesu produkcyjnego oraz obni¿enia jego kosztów na etapie
projektowania, wprowadzono techniki szyb-
kiego prototypowania (ang. rapid prototyping). Wielokierunkowy rozwój tych technik
pozwoli³ na wyodrêbnienie z nich ró¿nych
technologii: FDM (fused deposition modeling),
SLA (stereolithography), SLS (selective laser
sintering), PJM (PolyJet Matrix), LOM (laminated object manufacturing), EBM (electron beam
melting). U¿yty w tych technologiach materia³
podstawowy mo¿e byæ w postaci: proszkowej,
ciek³ej lub drutu (ang. filament) [1,2]. Wraz
z rozwojem urz¹dzeñ drukuj¹cych powiêkszy³
siê równie¿ asortyment wykorzystywanych
materia³ów [3].
Do jednej z najszybciej rozwijaj¹cej siê technologii szybkiego prototypowania nale¿y druk
468
FDM (ang. fused deposition modeling). Rozwój tej techniki wi¹¿e siê z niskim kosztem
urz¹dzeñ i materia³ów oraz kompaktow¹ budow¹ drukarek.
Zasada wykonywania elementów technologi¹ FDM jest pokazana na rys. 1. Materia³ drukuj¹cy w postaci drutu (1) podawany jest do
ekstrudera (g³owicy) (2) sk¹d poprzez dyszê
(3) o okreœlonej œrednicy nak³adany jest na stó³
roboczy (4) [4]. Stó³ roboczy oraz g³owica drukuj¹ca w zale¿noœci od konstrukcji drukarki
mog¹ wykonywaæ ró¿ne ruchy w osiach X, Y i
Z. Najczêœciej spotykanym rozwi¹zaniem jest
g³owica poruszaj¹ca siê w p³aszczyŸnie XY
(poziomej) oraz stó³ poruszaj¹cy siê w osi Z.
Rys. 1. Schemat wytwarzania wyrobów technologi¹
FDM, 1 – drut (filament), 2 – g³owica drukuj¹ca, 3 – dysza, 4 – stó³ drukuj¹cy [5]
Uzyskanie wyrobu nastêpuje poprzez osadzanie kolejnych warstw roztopionego tworzywa (technologia addytywna – przyrostowa). Górne i dolne warstwy s¹ wykonywane ze
100% wype³nieniem, zaœ wnêtrze wyrobu
z wype³nieniem zadanym przez u¿ytkownika.
Model przekroju poprzecznego wyrobu wykonanego technologi¹ FDM pokazany jest na
rys. 2.
Rys. 2. Model przekroju poprzecznego elementu wykonanego technologi¹ FDM: 1 – górna i dolna warstwa, 2 –
warstwy poœrednie z zadanym stopniem wype³nienia, 3 –
kontur wyrobu
Do podstawowych materia³ów wykorzystywanych w druku technologi¹ FDM nale¿¹:
ABS (terpolimer akrylonitryl-butadien-styren),
PLA (poli(kwas mlekowy)) i PA (poliamid).
Stosuje siê równie¿: PC (poliwêglan), PPSU
(polifenylosulfon), PEI (polieteroimid), TPU
(termoplastyczne poliuretany), PS (polistyren),
PET (poliester) oraz wykorzystywany do drukowania elementów podporowych ze wzglêdu
na sw¹ rozpuszczalnoœæ w wodzie PVA (poli(alkohol winylowy)). Poza powszechnie wykorzystywanymi termoplastami stosowane s¹
równie¿ kompozyty, np. tworzyw termoplastycznych z m¹czk¹ drzewn¹ lub materia³ami
ceramicznymi m.in. kred¹ oraz mieszanki
ABS-u z innymi polimerami jak: HDPE lub PC
[3,6].
Wœród wymienionych materia³ów na uwagê zas³uguje poliamid. Jest to semikrystaliczne
tworzywo termoplastyczne charakteryzuj¹ce
siê wysok¹ wytrzyma³oœci¹ mechaniczn¹,
twardoœci¹, sztywnoœci¹, wytrzyma³oœci¹
zmêczeniow¹, odpornoœci¹ na œcieranie oraz
dobrymi w³aœciwoœciami œlizgowymi [7].
Z tego powodu znajduje on zastosowanie
w produkcji czêœci maszyn jak np. ko³a zêbate,
³o¿yska œlizgowe, tuleje kó³ itp.
Ze wzglêdu na powszechne wykorzystanie
technologii FDM do wykonywania prototypów funkcjonalnych oraz mo¿liwoœæ wykorzystania do druku poliamidu zaistnia³a koniecznoœæ okreœlenia w³aœciwoœci otrzymanych
469
wyrobów w zale¿noœci od parametrów procesu drukowania. Ponadto szeroki wybór materia³ów poliamidowych do druku sk³ania równie¿ do wykonania ich analizy porównawczej.
Mo¿liwoœæ modyfikowania wielu parametrów
wytwarzania jak: gruboœæ nak³adanej warstwy
tworzywa, obecnoœæ i gruboœæ warstw wierzchnich, stopieñ wype³nienia, k¹t u³o¿enia wype³nienia, szybkoœæ i temperatura druku, pozwala na uzyskiwanie wyrobów o ró¿nych
w³aœciwoœciach [8,9].
Celem niniejszej pracy jest porównanie
wybranych w³aœciwoœci mechanicznych wyrobów wytworzonych z ró¿nym stopniem wype³nienia i gruboœci¹ warstw zewnêtrznych
dla trzech tworzyw poliamidowych.
2. Materia³ badawczy
Jako materia³ badawczy zastosowano:
— Nylon Bridge firmy Taulman3D, poliamid
modyfikowany, gêstoœæ 1,084 g/cm 3, œrednica 1,75 mm – materia³ oznaczono Nylon
Bridge,
— Nylon 618 firmy Taulman3D, poliamid 618,
gêstoœæ 1,109 g/cm3, œrednica 1,75 mm – materia³ oznaczono Nylon 618,
— poliamid 6 modyfikowany firmy Cellfast
(¿y³ka techniczna), gêstoœæ 1,102 g/cm 3 ,
œrednica 1,6 mm – materia³ oznaczono Poliamid Cellfast.
Materia³y wykorzystane do badañ zosta³y
okreœlone wskaŸnikiem szybkoœci p³yniêcia w
zakresie temperatur: 220÷240°C oraz gêstoœci¹.
W³aœciwoœci mechaniczne okreœlono wyznaczaj¹c: wytrzyma³oœæ mechaniczn¹ przy rozci¹ganiu statycznym, udarnoœæ Charpy’ego
i twardoœæ. Próbki wytwarzane by³y przy nastêpuj¹cych parametrach druku:
— stopieñ wype³nienia próbek: 25, 50, 75,
100%,
— k¹t orientacji w³ókien: 45°,
— wysokoœæ warstwy: 0,2 mm,
— gruboœæ œcian górnej i dolnej: 0,3 mm,
— temperatura druku: 220°C,
— prêdkoœæ wydruku: 20 mm/s,
— temperatura sto³u: 70°C.
3. Metodyka badañ
Pomiar objêtoœciowego wskaŸnika szybkoœci p³yniêcia (MVR) przeprowadzono przy u¿yciu plastometru obci¹¿nikowego firmy Melt
Flow T. Q Ceast 6841/048. Pomiar przeprowadzono dla obci¹¿enia 2,16 kg i temperatur:
220°C, 230°C, 240°C.
Badania wytrzyma³oœciowe zosta³y wykonane przy u¿yciu maszyny wytrzyma³oœciowej
Instron 3366, przy prêdkoœci rozci¹gania
50 mm/s w temperaturze 22±1°C. Wyznaczone
zosta³y: wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i modu³
Younga.
Udarnoœæ z karbem wyznaczono za pomoc¹
m³ota Charpy’ego. Wykonano karby o g³êbokoœci 2,0±0,2 mm i promieniu 0,25±0,05 mm.
Wykorzystano m³ot o energii uderzenia wynosz¹cej 2 J, kierunek badania krawêdziowy.
Twardoœæ wyznaczono metod¹ Shore’a.
Zastosowano wg³êbnik zaostrzony na koñcu
(typ D). Wykonano po trzy pomiary dla ka¿dej
próbki, badaniom poddano próbki ze 100%
stopniem wype³nienia.
4. Wyniki badañ
Poni¿ej przedstawiono w formie graficznej
wyniki przeprowadzonych badañ.
Wartoœci objêtoœciowych wskaŸników szybkoœci p³yniêcia (MVR) przedstawiono na rys. 3.
Widoczna jest tendencja wzrostowa wartoœci
wskaŸnika p³yniêcia wraz ze zwiêkszaniem
temperatury. Równoczeœnie Nylon 618 charakteryzuje siê wy¿szymi wartoœciami MVR w porównaniu do pozosta³ych materia³ów poliamidowych.
Na rys. 4 przedstawiono wyniki badañ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie dla wyrobów o ró¿nym stopniu wype³nienia wykonanych
z trzech materia³ów poliamidowych. Najwy¿sze wartoœci wytrzyma³oœci na rozci¹ganie
otrzymano dla tworzywa oznaczonego jako
Poliamid Cellfast. Wartoœci otrzymane dla materia³ów firmy Taulman (Nylon Bridge i Nylon
618) s¹ porównywalne, a ró¿nice pomiêdzy
nimi mieszcz¹ siê w zakresach odchylenia
470
na jest z mniejszym przekrojem rzeczywistym
w miejscu zerwania próbek poddawanych badaniu. Jednoczeœnie zastosowanie niepe³nego
wype³nienia ma swoje zalety w postaci króts z e g o cz a s u w y k o n y wa n i a e l e m e n t ó w
i zmniejszenia ich wagi.
60
60
50
50
Rm
[MPa]
40 Rm
30 [MPa]
40
30
20
20
10
10
90
Rys. 3. Przebieg zmian MVR badanych materia³ów w zale¿noœci od temperatury (N = 2,16 kg)
0.4
80
70
W [%]
0.3
60
50
0.2
40
30
20
standardowego. Wraz ze wzrostem stopnia
wype³nienia wzrasta wartoœæ wytrzyma³oœci
na rozci¹ganie. W przypadku elementów wykonanych z Poliamidu Cellfast i Nylonu 618
zaobserwowano ponad dwukrotne zwiêkszenie wytrzyma³oœci przy zwiêkszeniu stopnia
wype³nienia z 25% do 100%. Mniejsza wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie dla wyrobów wykonanych z ni¿szym stopniem wype³nienia zwi¹za-
g [mm]
0.1
0
Rys. 5. Wp³yw stopnia wype³nienia (W) oraz gruboœci
warstwy zewnêtrznej (g) na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie (Rm) próbek wytworzonych z poliamidu Cellfast
Przebieg zmian wytrzyma³oœci na rozci¹ganie próbek wytworzonych z poliamidu 6 Cellfast i poliamidu Nylon Bridge w zale¿noœci od
stopnia wype³nienia (W) oraz gruboœci warstw
zewnêtrznych (g) przedstawia rys. 5 i 6. Jak widaæ wraz ze wzrostem gruboœci warstw zewnêtrznych nastêpuje wzrost wytrzyma³oœci na
rozci¹ganie. Podobna prawid³owoœæ wystêpu-
35
35
30
30
Rm
[MPa]
25
25
20
20
15
15
Rm
[MPa]
10
10
5
5
0.4
0.3
75
W [%]
0.2
50
25
Rys. 4. Wp³yw stopnia wype³nienia na wytrzyma³oœæ na
rozci¹ganie próbek wykonanych z ró¿nych materia³ów
poliamidowych
g [mm]
0.1
0
Rys. 6. Wp³yw stopnia wype³nienia (W) oraz gruboœci
warstwy zewnêtrznej (g) na wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie (Rm) próbek wytworzonych z poliamidu Nylon
Bridge
471
je przy wzrastaj¹cym stopniu wype³nienia
wyrobu. Analogiczne zmiany zachodz¹ dla
trzeciego badanego materia³u – Nylonu 618.
Wp³yw stopnia wype³nienia na wartoœci
modu³u Younga dla próbek wykonanych z ró¿nych tworzyw poliamidowych przedstawiono
na rys. 7. Najwy¿sz¹ sztywnoœci¹ charakteryzuj¹ siê materia³y do druku firmy Taulman
Rys. 8. Wp³yw stopnia wype³nienia na udarnoœæ próbek
z karbem wykonanych z ró¿nych materia³ów poliamidowych.
Rys. 7. Wp³yw stopnia wype³nienia na modu³ Younga
próbek wykonanych z ró¿nych materia³ów poliamidowych
(Nylon 618 i Nylon 645). Modu³ Younga wzrasta wraz ze stopniem wype³nienia, przy czym
próbki wydrukowane przy pe³nym wype³nieniu charakteryzowa³y siê prawie dwukrotnie
wy¿sz¹ sztywnoœci¹. Równoczeœnie zwiêkszenie stopnia wype³nienia z 75% do 100% nie powoduje ju¿ tak znacznej poprawy sztywnoœci
jak zmiana w przedziale 25÷75%.
Przebieg zmian udarnoœci Charpy’ego dla
próbek z karbem o ró¿nym stopniu wype³nienia przedstawia rys. 8. Mo¿na zauwa¿yæ, ¿e
udarnoœæ wyrobów zale¿y od stopnia wype³nienia. Najni¿sz¹ udarnoœci¹ cechuj¹ siê
próbki z zadanym 25% wype³nieniem. Zbli¿one udarnoœci zauwa¿ono dla próbek wykonanych z Poliamidu Cellfast i Nylonu Bridge.
Najbardziej odporne na pêkanie pod wp³y-
wem uderzenia okaza³y siê byæ próbki wykonane z Nylonu 618 przy stopniu wype³nienia
wynosz¹cym 75% (29,5 kJ/m 2).
Twardoœæ próbek o pe³nym wype³nieniu
wykonanych technologi¹ FDM przedstawia
rys. 9. Jak widaæ najwy¿sz¹ twardoœæ wykazuj¹
próbki wykonane z Nylonu 618 (63°Sh), a najni¿sz¹ próbki wykonane z Nylonu Bridge
Rys. 9. Porównanie twardoœci próbek wykonanych z poliamidu
472
(57°Sh). Œrednie wartoœci twardoœci próbek
mieszcz¹ siê w przedziale 57÷63°Sh.
5. Wnioski
Przeprowadzone badania wykaza³y, ¿e
w³aœciwoœci wyrobów wytworzonych technologi¹ FDM s¹ zale¿ne od stopnia ich wype³nienia oraz gruboœci warstw zewnêtrznych. Wraz
ze wzrostem stopnia wype³nienia poprawiaj¹
siê w³aœciwoœci mechaniczne takie jak: wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, sztywnoœæ oraz udarnoœæ. Zwi¹zane jest to ze zmniejszaniem siê
swobodnych przestrzeni w przekroju poprzecznym próbek. W³aœciwoœci mechaniczne
handlowych materia³ów wykorzystywanych
do druku takich jak: Nylon Bridge, Nylon 618
s¹ do siebie zbli¿one. Równoczeœnie porównywalne wyniki badañ otrzymano dla próbek
wykonanych z modyfikowanego poliamidu 6
firmy Cellfast. Dodatkowo wyroby wykonane
z tego materia³u charakteryzowa³y siê najwy¿sz¹ wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie. Z tego
wzglêdu mo¿e on byæ stosowany równie¿ do
wykonywania wytrzyma³ych wyrobów technologi¹ FDM.
Bibliografia
1.
Gebhardt A., 3D-Drucken: Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM), Carl Hauser Verlag, Munchen 2014.
2.
Czerwiñski K., Czerwiñski M., Drukowanie w 3D,
Wydawnictwo InfoAudit, Warszawa 2013, str.
21-34.
3. Oczoœ K. E., Rozwój urz¹dzeñ i materia³ów do
kszta³towania przyrostowego wyrobów, Mechanik
2010, 83, 2, str. 81-84.
4. Bellini A., Güçeri S., Mechanical characterization of
parts fabricated using fused deposition modeling, Rapid Prototyping Journal 2003, 9, 4, str. 252-264.
5. http://drukujemy3d.eu/technologia-druku-3d/,
dostêp dnia: 02.09.2015r.
6. Brzostek M., Materia³y: ABS, PLA, inne termoplastiki, kompozyty. Artyku³ dostêpny na stronie:
http://pclab.pl/art57509-4.html, dostêp dnia:
24.06.2015.
7. Szlezyngier W., Tworzywa sztuczne: chemia, technologia wytwarzania, w³aœciwoœci, przetwórstwo, zastosowanie. T. 1. Tworzywa ogólnego zastosowania, Wydawnictwo Oœwiatowe FOSZE, Rzeszów 2012, str.
275-298.
8. Tartakowski Z., Myd³owska K., W³aœciwoœci mechaniczne wyrobów wytworzonych technologi¹ FDM,
Przetwórstwo Tworzyw 2015, 2, str. 75-79.
9. Tartakowski Z., Myd³owska K., Wp³yw parametrów
druku na wybrane w³aœciwoœci mechaniczne wyrobów
wytworzonych technologi¹ FDM, XVIII Profesorskie
warsztaty naukowe, Poznañ 2015, str. 72-73.
10. Wiœniewska K., Charakterystyka materia³ów poliamidowych stosowanych w druku FDM, Praca in¿ynierska, Szczecin, ZUT, 2014.
Badania nieniszcz¹ce jako narzêdzie oceny jakoœci kompozytów epoksydowo-szklanych wytwarzanych metod¹ autoklawu
473
Karolina OLSZOWSKA, Ma³gorzata SZYMICZEK*
SZYMICZEK
Instytut Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej, Wydzia³ Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Œl¹ska
Badania nieniszcz¹ce jako narzêdzie oceny jakoœci kompozytów
epoksydowo-szklanych wytwarzanych metod¹ autoklawu
Streszczenie. Kompozyty o osnowie epoksydowej wzmocnione ró¿nego typu w³óknami s¹ materia³ami szeroko stosowanymi m.in. w przemyœle motoryzacyjnym, lotniczym, zbrojeniowym.
Wa¿nym aspektem, maj¹cym istotny wp³yw na jakoœæ, jest metoda wytwarzania kompozytu.
W pracy ocenie poddano kompozyt epoksydowo-szklany wytworzony metod¹ autoklawu, który
pozwala uzyskaæ elementy o du¿ej dok³adnoœci wymiarowej, jakoœci powierzchni oraz dobrych
w³asnoœciach wytrzyma³oœciowych. Narzêdziem badawczym by³y badania ultradŸwiêkowe prowadzone metod¹ C-skan oraz rentgenowska tomografia komputerowa.
NON-DESTRUCTIVE TESTING AS A TOOL TO ASSESS THE QUALITY OF EPOXY-GLASS COMPOSITES MANUFACTURED BY USING AN AUTOCLAVE METHOD
Summary. Composites of epoxy matrix reinforced with various types of fibers are widely used
materials, for example, in the car, aircraft or armaments industries. The important aspect having
a significant impact on quality is the applied method of producing composite. Within the work,
the epoxy – glass composite manufactured by autoclave method was subjected to evaluation,
which allows to obtain elements with high dimensional accuracy, surface quality and good mechanical properties. The research tools were selected non-destructive methods such as ultrasonic
testing (C-scan) and X-ray computed tomography.
1. WSTÊP
Kompozyty polimerowe dziêki swoim zaletom, takim jak wysoka wytrzyma³oœæ w³aœciwa, odpornoœæ na korozjê, zdolnoœæ t³umienia
drgañ, dobre charakterystyki izolacyjne znalaz³y szerokie zastosowanie na przyk³ad
w przemyœle motoryzacyjnym na czêœci karoserii samochodowej, lotniczym na elementy
lekkie, bêd¹ce pod wp³ywem du¿ych obci¹¿eñ,
które wystêpuj¹ m.in. w szybowcach, zbrojeniowym, sportowym, instalacji przemys³owych [1]. Na w³asnoœci kompozytów obok
u¿ytych materia³ów, istotny wp³yw na w³asnoœci ma wspó³praca na granicy faz w³ókno –
¿ywica oraz metoda wytwarzania danej konstrukcji. Ta ostania jest szczególnie wa¿na
z punktu widzenia jakoœci, gdy¿ Ÿle przeprowadzony proces przesycania w³ókien ¿ywic¹
generuje defekty struktury takie jak pêcherze
powietrza, pêkniêcia oraz nierównomierne
roz³o¿enie w³ókien. Mo¿na wyró¿niæ dwa rodzaje wad – makroskopowe, do których zalicza
siê rozwarstwienia oraz wady mikroskopowe
np. s³aba adhezja wystêpuj¹ca miêdzy sk³adnikami kompozytów, pory, mikropêkniêcia. Wady te prowadz¹ w efekcie do obni¿enia charakterystyk wytrzyma³oœciowych [3]. Wytwarzanie kompozytów metod¹ autoklawu pozwala
je zminimalizowaæ, poniewa¿ jest to proces
prowadzony w warunkach pod lub nadciœnienia przy jednoczesnym oddzia³ywaniu temperatury pozwalaj¹cej na sieciowanie ¿ywicy.
W efekcie koñcowym uzyskuje siê kompozyty
o wysokiej dok³adnoœci pomiarowej stosowane
na odpowiedzialne wysokowydajne elementy
konstrukcyjne [1].
Ocena jakoœci wytwarzanych konstrukcji
kompozytowych na etapie zwalniania elementu pozwala na eliminowanie wyrobów wadli-
474
Karolina OLSZOWSKA, Ma³gorzata SZYMICZEK
wych poprawiaj¹c tym samym bezpieczeñstwo eksploatacji. Szczególne znaczenie maj¹
tu metody nieniszcz¹ce za pomoc¹ których dokonuje siê oceny nie tylko wyrobu gotowego,
ale równie¿ w trakcie eksploatacji. Znane tutaj
s¹ przede wszystkim defektoskopia ultradŸwiêkowa, termografia, szerografia, rentgenografia. Jednak w wiêkszoœci przypadków
nale¿y okreœliæ próbkê wzorcow¹, co jest wa¿ne przede wszystkim podczas diagnostyki
procesów eksploatacyjnych [3].
Defektoskopia ultradŸwiêkowa zaliczana
jest do metod badañ objêtoœciowych. Umo¿liwia ona g³ównie lokalizacje oraz ocenê wymiarów, tj. d³ugoœci, g³êbokoœci i szerokoœci, wewnêtrznych, podpowierzchniowych oraz przypowierzchniowych nieci¹g³oœci na podstawie
charakterystyk sygna³u, tj. amplitudy, fazy,
widma obwiedni i czêstotliwoœci [2]. W niniejszej pracy wykorzystano metodê przepuszczania (cienia), która polega na przejœciu wi¹zki
fali przez badany element w celu wychwycenia nieci¹g³oœci. G³ównie jest ona wykorzystywana do badañ elementów, które zosta³y zrobione z materia³ów silnie t³umi¹cych fale ultradŸwiêkowe, w których nie mo¿na zastosowaæ
metody echa. W metodzie tej nie jest mo¿liwe
zlokalizowanie defektów, gdy¿ wychwytywany jest tylko impuls. Os³abienie energii fali
³¹czy siê z wymiarami i po³o¿eniem defektów
wzglêdem g³owicy. Gdy defekt znajduje siê bli¿ej emitera, os³abienie energii fali przechodz¹cej jest wiêksze, poniewa¿ defekt zas³ania
wiêksz¹ czêœæ padaj¹cej na ni¹ wi¹zki ultradŸwiêkowej ni¿ w przypadku, gdyby defekt
znajdowa³by siê bli¿ej odbiornika [2,4].
Dla potwierdzenia otrzymanego obrazu
wad konstrukcji przeprowadzono rentgenowsk¹ tomografiê komputerow¹ pozwalaj¹c¹ na
uzyskanie obrazów tomograficznych – przekrojów – badanego obiektu, dziêki którym
uzyskuje siê informacje o z³o¿onoœci konstrukcji bez koniecznoœci ingerencji w strukturê
przedmiotu. Jest to jednak mo¿liwe, poniewa¿
ka¿dy materia³ poch³ania ró¿n¹ iloœæ promieniowania jonizuj¹cego. Celem utworzenia
przekrojowego obrazu (2D) i trójwymiarowe-
go (3D) u¿ywa siê projekcjê z³o¿on¹ z obrazów
rentgenowskich wykonanych w ró¿nych kierunkach. Promieñ wychodz¹cy z lasera przechodzi przez badany element i jest rejestrowany przez detektor. W czasie badania Ÿród³o
oraz detektor obracaj¹ siê o ten sam k¹t wokó³
œrodka uk³adu wspó³rzêdnych i detektor wykonuje pomiary. Otrzymane dane s¹ przetwarzane i wyœwietlane jako obraz warstwy.
Otrzymane obrazy pozwalaj¹ na jakoœciow¹
ocenê badanego materia³u i umo¿liwiaj¹ analizê, dziêki której mo¿na zidentyfikowaæ nieci¹g³oœci wewn¹trz obiektu. Tomografia komputerowa o wysokiej rozdzielczoœci pozwala
na bardzo dok³adne badania struktury materia³u oraz warstw przedmiotu [3].
Celem pracy by³a ocena jakoœci kompozytów epoksydowo-szklanych wytworzonych
w autoklawie metod¹ C-skanowania ultradŸwiêkowego oraz rentgenowskiej tomografii
komputerowej.
2. BADANIA W£ASNE
2.1. Materia³ badawczy
Badaniom poddano próbki kompozytowe
wytworzone z ¿ywicy epoksydowej Bisphenol
A diglycidylether (diglicydowy eter bisfenolu
A) firmy SIGMA – ALDRICH oraz z tkaniny
szklanej.
Diglicydowy eter bisfenolu A jest to ¿ywica
epoksydowa o wzorze cz¹steczkowym
C21H24O4. Na rysunku. 2.1.1 przedstawiono
wzór strukturalny, a w tabeli 2.1.1 charakterystykê wykorzystanej ¿ywicy.
Rys. 2.1.1. Wzór strukturalny diglicydowego eteru bisfenolu A (http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB3749115_EN.htm)
475
Tabela 2.1.1. Parametry ¿ywicy epoksydowej
(http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/d3415?lang=pl&region=PL)
Ciê¿ar cz¹steczkowy
[g/mol]
Temperatura
topnienia [°C]
Temperatura wrzenia
[°C/1mmHg]
Temperatura
sk³adowania [°C]
Gêstoœæ wzglêdna
w temp. 25°C [g/cm3]
340,41
40 – 44
210
2–8
1,16 – 1,17
Badane próbki wytworzono metod¹ autoklawu. Formowanie w autoklawie opiera siê
na wytwarzaniu elementów o du¿ej dok³adnoœci wymiarowej, posiadaj¹cych dobr¹ jakoœæ
powierzchni oraz dobre w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowe. Jest to metoda, któr¹ wykorzystuje siê w technice wytwarzania wysokowydajnych struktur kompozytowych, gdzie istotnym parametrem s¹ jak najwy¿sze charakterystyki u¿ytkowe. Samo formowanie jest
w pewnym stopniu zbli¿one do metody worka
pró¿niowego, tzn. najpierw w formie uk³ada
siê wzmocnienie, nastêpnie przesyca siê go ¿y-
Rys. 2.1.3. Widok przyk³adowej próbki
Otrzymano t¹ metod¹ szeœæ próbek epoksydowo-szklanych o wymiarach 100×3×250 mm
(Rys. 2.1.3), które poddano badaniom nieniszcz¹cym – ultradŸwiêkowym i tomografii komputerowej.
2.1. Badania ultradŸwiêkowe
Rys. 2.1.2. Schemat urz¹dzenia stosowanego do formowania w autoklawie: a – autoklaw, b – elastyczny worek,
c – zbrojenie wraz z ¿ywic¹ i utwardzaczem, d – forma
[1]
wic¹ z odpowiedni¹ iloœci¹ utwardzacza oraz
zabezpiecza elastyczn¹ foli¹. Przygotowany
w ten sposób wstêpny wyrób wraz z form¹,
umieszcza siê do autoklawu i oddzia³uje ciœnieniem od 0,4 do 0,8 MPa – Rys. 2.1.2 Proces
sieciowania zachodzi w autoklawie przy odpowiedniej temperaturze [1].
Diagnostyczne badania ultradŸwiêkowe
przeprowadzono z zastosowaniem metody
przepuszczania (cienia). Na rysunku 2.2.1
przedstawiono zasadê pomiaru. Podczas badania emiter sygna³u (g³owica nadawcza) i odbiornik (g³owica odbiorcza)s¹ umieszczone
naprzeciwko siebie, na przeciwleg³ych powierzchniach badanego elementu. Emiter wytwarza fale ultradŸwiêkowe, które s¹ wychwytywane przez odbiornik (g³owica odbiorcza)
i jako sygna³y s¹ one wyœwietlane na ekranie.
Gdy fala trafi na wadê, zmniejsza siê amplituda w odniesieniu do obszaru pozbawionego
nieci¹g³oœci. Defekt sprawia, i¿ nastêpuje os³abienie energii fali na drodze od emitera do
odbiornika [2, 4].
Próbki przebadano na systemie ultradŸwiêkowym (Rys. 2.2.2) udostêpnionym
w ramach projektu „In¿ynier bez granic –
nowoczesne formy kszta³cenia bazuj¹ce na
wspó³pracy ponadnarodowej” w Instytucie
Lekkich Konstrukcji i Technologii Polimerów
476
Rys. 2.2.1. Schemat dzia³ania metody przepuszczania (cienia) [6]
a)
b)
c)
d)
Rys. 2.2.2.Wygl¹d stanowiska badania (a) wraz z emiterem (b), próbk¹ (c) oraz odbiornikiem (d)
(Institut für Leichtbau Und Kunststofftechnik) w DreŸnie.
Badania ultradŸwiêkowe przeprowadzono
na odpowiednio przygotowanych próbkach,
do których krawêdzi zamocowano taœmê
uszczelniaj¹c¹ w taki sposób aby wyeliminowaæ zak³ócenia sygna³u diagnostycznego –
Rys. 2.2.3.
Próbki by³y badane z optymaln¹ czêstotliwoœci¹ 63,5 Hz i ka¿de badanie jednorazowe
próbki trwa³o 4800 s.
W celu zaprezentowania wyników badania
ultradŸwiêkowego skorzystano z zobrazowa-
Rys. 2.2.3.Widok z góry przygotowanej próbki do badania ultradŸwiêkowego
nia typu C. Zobrazowanie typu C otrzymuje
siê w wyniku skanowania ca³ej powierzchni
próbki wzd³u¿ dwóch osi, podzielonej na wiele
rastrów (Raster – jest to regularna siatka punktów [o ró¿nej wielkoœci lub zagêszczeniu] u¿ywana do odwzorowania odcieni barw [7].).
Technika ta wymaga rejestracji po³o¿enia g³owic, co pozwala na rejestracjê po³o¿enia defektów na powierzchni. Lokalizacja defektów
wystêpuj¹cych w badanym elemencie powstaje w wyniku analizy amplitudy sygna³ów, zale¿nej od po³o¿enia g³owicy. W prezentacji
typu C rejestruje siê najczêœciej jeden lub dwa
parametry impulsu – czas przejœcia fali i/lub
amplituda impulsu. W wyniku czego otrzymuje siê mapê t³umienia, na której widoczna jest
struktura wewnêtrzna badanego elementu
wraz z ewentualnymi wadami. Obraz przedstawia przekrój poprzeczny badanego elementu równolegle do badanej powierzchni [2].
477
Rys. 2.3.1. Schemat stanowiska do tomografii komputerowej) [6]
2.2. Badania tomografii komputerowej
Badania tomografii komputerowej przeprowadzono aparacie wysokiej rozdzielczoœci firmy „The phoenixv|tome|x L 450” (schemat
oraz zdjêcie stanowiska – Rys. 2.3.1 i 2.3.2).
W przypadku tego badania wszystkie próbki zosta³y zbadane jednoczeœnie. Otrzymanie
wyraŸnego obrazu struktury uwarunkowane
jest odpowiednim przygotowaniem powierzchni próbek (odt³uszczeniu), a tak¿e monta¿em w pakiet, w którym próbki zosta³y oddzielone p³ytami kartonowymi, co pozwoli³o na
uzyskanie dobrego zobrazowania struktury
wewnêtrznej kompozytu epoksydowo-szklanego. Pakiet o szerokoœci 34 mm po³¹czony by³
za pomoc¹ taœmy izolacyjnej – Rys. 2.3.3.
P³yty
kartonowe
Rys. 2.3.2. Urz¹dzenie “The phoenixv|tome|x L 450”
wraz zamontowan¹ próbk¹
Zasadnicze próbki
Rys. 2.3.3. Przygotowany pakiet próbek do tomografii komputerowej
478
przy k¹cie obrotu 0,25°, rozdzielczoœci 55 mm
i liczbie skanów 1440 w czasie 1h.
3. WYNIKI BADAÑ
Rys. 2.3.4. Widok zamocowania próbek
Podczas badania na tomografie komputerowym nale¿y zapewniæ stabilnoœæ mocowania
próbki, by móc uzyskaæ jak najlepszy wynik
(Rys. 2.3.4). Opisane badania prowadzono
Otrzymane zobrazowanie typu C przedstawiono za pomoc¹ map t³umienia (Rys. 3.1.a–f).
Oœ rzêdnych przedstawia d³ugoœæ drogi skanowania w kierunku x, a oœ odciêtych d³ugoœæ
drogi skanowania w kierunku y. Od amplitudy
impulsów zale¿y intensywnoœæ barwy fragmentów zobrazowania.
Podczas badania nie stwierdzono ¿adnych
wad wewnêtrznych. Defekty wystêpuj¹ce przy
krawêdziach oraz niewyraŸne kontury zobrazowane na rysunku 3.1 s¹ wynikiem Ÿle przygotowanej próbki – niewystarczaj¹ca adhezja
taœmy uszczelniaj¹cej, co doprowadzi³o do oddzia³ywania powietrza na wyniki badañ. W ce-
a
b
c
d
e
f
Rys. 3.1. Obrazy zobrazowania typu C szeœciu próbek
a
b
Rys. 3.2. Obraz zobrazowania typu C niedostatecznie przygotowanej próbki (a) oraz zdjêcie próbki (b)
479
Rys. 3.3. Widok w programie: a) perspektywa XY, b) perspektywa YZ (right1), c) perspektywa XZ (front 1), d) obraz
3D
1)
2)
3)
Rys. 3.4. Obrazy pierwszej próbki: 1) Perspektywa XY, 2) Perspektywa YZ 3) Perspektywa XZ – czerwonym okrêgiem
zaznaczono pêcherz powietrza
lu udowodnienia tego stwierdzenia przeprowadzono eksperyment na specjalnie Ÿle zamocowanej próbce (Rys. 3.2).
Jak mo¿na zaobserwowaæ na rysunku 3.1
i 3.2 miejsca o kolorze zielonym na prawej
krawêdzi próbki s¹ wynikiem oddzia³ywania
480
2)
1)
3)
Rys. 3.5. Obrazy drugiej próbki: 1) Perspektywa XY, 2) Perspektywa YZ 3) Perspektywa XZ – czerwonym okrêgiem
zaznaczono pêcherz powietrza
metalowego wspornika, na którym próbka
zosta³a po³o¿ona. Takie zró¿nicowane wynika
z gêstoœci materia³u, co odzwierciedla wspó³czynnik t³umienia. Natomiast zabarwienia
o kolorze zielonym wystêpuj¹ce wewn¹trz
próbki mog¹ wskazywaæ na niewystarczaj¹ce
nasycenie w³ókien przez ¿ywicê.
Otrzymane wyniki z badania tomografem
komputerowym analizowano za pomoc¹ programu Phoenix datos/x 2.0 reconstruction
(Rys. 3.3).
Dla ka¿dej próbki uzyskano ok. 59 obrazów.
Dziêki nim mo¿na zobaczyæ jak uk³adaj¹ siê
w³ókna w kompozycie. Podczas analizowania
otrzymanych obrazów, na dwóch próbkach
zauwa¿ono widoczne defekty wystêpuj¹ce na
powierzchni badanych próbek, które mog¹ oznaczaæ pêcherzy powietrza powsta³e podczas
procesu wytwarzania (Rys. 3.4 i 3.5). Natomiast zak³ócenia na rysunku 3.5 (1) s¹ wynikiem nawarstwiania siê obrazu p³yty kartonowej na obraz próbki.
siê uzupe³niaj¹ i obie pozwalaj¹ na ocenê jakoœci kompozytu epoksydowo-szklanego.
Wymagaj¹ jednak próbki wzorcowej celem
okreœlenia i interpretacji ewentualnych
wad.
— Badania tomografii komputerowej daj¹
mo¿liwoœæ identyfikacji nawet bardzo ma³ y c h wa d n p . p ê c h e r z y p o w i e t r z a
(Rys. 3.5a), co sugeruje, ¿e pozwoli ona na
wykrywanie mikropêkniêæ prowadz¹cych
w efekcie eksploatacji do rozwarstwieñ. Jest
to metoda dok³adniejsza, ale trudniejsza
w aplikacji przemys³owej, co spowodowane
jest odpowiednim przygotowaniem materia³u badawczego.
— Badania tomografii komputerowej pozwalaj¹ na zidentyfikowanie wad w wewnêtrznej strukturze badanych elementów oraz na
obserwacje poprawnoœci u³o¿enia w³ókien
w kompozycie.
— Nale¿a³oby przeprowadziæ dalsze badania
m.in. mikroskopowe celem potwierdzenia
uzyskanych wyników.
4. WNIOSKI
LITERATURA
Na podstawie przeprowadzonych badañ, ¿e:
— Badania ultradŸwiêkowe metod¹ C-skan
oraz tomografii komputerowej wzajemnie
[1] Boczkowska A., Kapuœciñski J., Lindemann Z.,
Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S., Kompo-
[2]
[3]
[4]
[5]
zyty, Wydanie II zmienione, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
Lewiñska-Romicka A., Badania nieniszcz¹ce. Podstawy defektoskopii, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
Deputat J., Nieniszcz¹ce metody badañ w³asnoœci materia³ów, Wydawnictwo Biuro GAMMA, Warszawa 2002.
Szymiczek M., Rojek M., Wróbel R.: Rojek M., Szymiczek M., Wróbel G., Nieniszcz¹ce metody badañ
materia³ów polimerowych, Przetwórstwo Tworzyw
6(144), 2011 str. 507-510.
http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/9811/
Kim/Kim-9811.html
481
[6] Hufenbach W., Kroll L., Gude M., Czulak A.,
Böhm R., Danczak M., Novel tests and inspection
methods for textile reinforced composite tubes, Journal
of Achievements in Materials and Manufacturing
Engineering, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden, Germany, Volume 14 ISSUE 1-2, January – February
2006.
[7] http://www.cdrinfo.pl/slownik/raster-367
Praca by³a realizowana w ramach projektu „In¿ynier bez
granic – nowoczesne formy kszta³cenia bazuj¹ce na
wspó³pracy ponadnarodowej”.
482
Marcin PASICH, Krzysztof BORTEL
Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników w Toruniu,
Oddzia³ Farb i Tworzyw, ul. Chorzowska 50A, 44-100 Gliwice
e-mail: [email protected]
Wp³yw warunków œrodowiska na w³aœciwoœci elektryczne,
fizykochemiczne i mechaniczne wybranych poliolefin (1)
Streszczenie. Próbki wybranych poliolefin: polietylenu ma³ej gêstoœci (PE-LD), polietylenu du¿ej gêstoœci (PE-HD) i polipropylenu (PP) przygotowano metod¹ prasowania. Nastêpnie poddano je wp³ywom ró¿nych warunków œrodowiskowych. Dla badanych próbek oznaczono podstawowe w³aœciwoœci elektryczne: rezystywnoœæ powierzchniow¹, rezystywnoœæ skroœn¹, odpornoœæ na
³uk elektryczny, odpornoœæ na pr¹dy pe³zaj¹ce, wytrzyma³oœæ elektryczn¹ oraz napiêcie przebicia.
Praca mia³a na celu ustalenie oddzia³ywania wp³ywu okreœlonych warunków œrodowiskowych
na podstawowe parametry elektryczne wybranych poliolefin.
S³owa kluczowe: polietylen ma³ej gêstoœci, polietylen du¿ej gêstoœci, polipropylen, rezystywnoœæ powierzchniowa, rezystywnoœæ skroœna, odpornoœæ na ³uk elektryczny, odpornoœæ na pr¹dy
pe³zaj¹ce, wytrzyma³oœæ elektryczna, napiêcie przebicia
THE INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL CONDITIONS ON ELECTRICAL, PHYSICOCHEMICAL, AND MECHANICAL PROPERTIES SELECTED POLYOLEFINS (1)
Abstract. Samples of low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE) and
propylene (PP) were prepared by compression method. The samples of selected polyolefins were
subjected to the influence of different environmental conditions and basic electrical, physicochemical and mechanical tests were carried out.
Keywords: low density polyethylene, high density polyethylene, propylene, surface resistivity,
volume resistivity, resistance to electric arc, comparative tracking index, breakdown voltage,
dielectric strength
WPROWADZENIE
Tworzywa polimerowe charakteryzuj¹ siê
w³aœciwoœciami dielektrycznymi, jednak wykazuj¹ zdolnoœæ gromadzenia ³adunku elektrostatycznego na swojej powierzchni [1]. Charakter dielektryczny polimerów wynika z bardzo ma³ej gêstoœci ³adunku elektrycznego, jak
i ma³ej ich ruchliwoœci. W celu oceny przydatnoœci materia³u do produkcji wyrobów o specyficznym znaczeniu, m.in.: obudowy monitorów i telewizorów, kontaktów, kabli, szaf rozdzielczych, mat czy pojemników, nale¿y przeprowadziæ szereg badañ pozwalaj¹cych oceniæ
przydatnoœæ tworzywa do realizacji okreœlonego wyrobu. Podstawowe w³aœciwoœci elek-
tryczne tworzyw okreœla siê poprzez pomiar
rezystywnoœci, odpornoœci na pr¹dy pe³zaj¹ce,
³uk elektryczny i wytrzyma³oœci elektrycznej
(napiêcia przebicia); dodatkowymi parametrami mog¹cymi okreœlaæ wp³yw pola elektrycznego na tworzywo s¹ oznaczenia pojemnoœci
elektrycznej i wspó³czynnika strat dielektrycznych, czyli tgd [1-3].
Najogólniej rezystywnoœæ mo¿na zdefiniowaæ jako stosunek przy³o¿onego do elektrod sta³ego napiêcia w odniesieniu do ustalonego natê¿enia pr¹du p³yn¹cego po powierzchni próbki (rezystywnoœæ powierzchniowa, wyra¿ona w W) lub na skroœ badanego obiektu (rezystywnoœæ skroœna, wyra¿ona
w W·cm) [1-5].
Wp³yw warunków œrodowiska na w³aœciwoœci elektryczne, fizykochemiczne i mechaniczne wybranych poliolefin (1)
W przypadku tworzyw polimerowych, które s¹ nara¿one na dzia³anie czynników zwiêkszaj¹cych przewodnictwo elektryczne lub zawilgocenie nale¿y ustaliæ odpornoœæ na pr¹dy
pe³zaj¹ce. Metoda ta polega na wyznaczeniu
porównawczego wspó³czynnika odpornoœci
na pr¹dy pe³zaj¹ce (CTI, ang. Comparative
Tracking Index), czyli maksymalnego napiêcia
dla którego opadniêcie 50 kropel elektrolitu nie
spowoduje powstania trwa³ego œladu pe³znego (przekraczaj¹cego g³êbokoœæ 1 mm), stopienia siê b¹dŸ zapalenia próbki [1, 2, 6, 7].
Wytrzyma³oœæ elektryczna jest ilorazem napiêcia przebicia, które jest stosowane w okreœlonych warunkach testowych do odleg³oœci
miêdzy elektrodami, przy czêstotliwoœci sieciowej. Badanie to umo¿liwia wykrywanie
zmian lub odstêpstw od normalnej charakterystyki materia³ów izolacyjnych [8, 9].
Tabela 1. Cykl siedmiu kroków w trakcie badania
odpornoœci na ³uk elektryczny [10]
Table 1. A series of seven steps in the course of testing of resistance to electric arc [10]
Natê¿enie
Krok pr¹du ³uku
[mA]
Czas dzia³ania ³uku
w ka¿dym kroku
w trybie on/off [s]
Ca³kowity
czas cyklu
[s]
1.
10
0,25 on; 1,75 off
60
2.
10
0,25 on; 0,75 off
120
3.
10
0,25 on; 0,25 off
180
4.
10
w sposób ci¹g³y (on)
240
5.
20
300
6.
30
360
7.
40
420
Odpornoœæ na wy³adowania ³ukowe mo¿na
scharakteryzowaæ jako czas (w sekundach)
który up³ynie do momentu pojawienia siê
œcie¿ki przewodz¹cej lub innego rodzaju trwa³ego zniszczenia powierzchni próbki (np. nadtopienia siê, zapalenia siê) pod wp³ywem uderzeñ ³uku elektrycznego o sta³ym napiêciu
(15 kV), wed³ug siedmiu szeœædziesiêciosekundowych kroków przedstawionych w Tabeli 1
[1, 2, 10, 11].
483
PRZEDMIOT I ZAKRES BADAÑ
Przedmiotem badañ by³o okreœlenie wp³ywu warunków œrodowiska (starzenie termiczne, zanurzenie w solance, wodzie destylowanej, benzynie i ropie naftowej) trzech wybranych poliolefin: polietylenu ma³ej gêstoœci
(PE-LD; MALEN E FABS 23-D022, Basell Orlen
Polyolefins Sp. z o.o.), polietylenu du¿ej gêstoœci (PE-HD; Hostalen GC 7260, Basell Orlen
Polyolefins Sp. z o.o.) i polipropylenu (PP;
Moplen HP548R, Basell Orlen Polyolefins
Sp. z o.o.).
Próbki tworzyw w postaci p³ytek o gruboœci
1,5 mm przygotowano metod¹ prasowania
i podzielono na kilka zestawów; pierwszy
z nich kondycjonowano przez 24 godziny w
temperaturze 23±2 °C, przy wzglêdnej wilgotnoœci 50±5%, drug¹ czêœæ próbek poddano starzeniu termicznemu przez 168 godzin w temperaturze 80±2 °C, a pozosta³e zestawy zanurzono na jeden tydzieñ w nastêpuj¹cych rozpuszczalnikach: wodzie destylowanej, 5% roztworze NaCl w wodzie destylowanej (solanka),
benzynie (E95) i oleju napêdowym (ON).
METODYKA BADAWCZA
Badania w³aœciwoœci elektrycznych próbek
tworzyw obejmowa³y pomiary rezystywnoœci
powierzchniowej i skroœnej [4, 5], odpornoœci
na pr¹dy pe³zaj¹ce [6, 7], wytrzyma³oœci elektrycznej [8, 9] oraz odpornoœci na wy³adowania ³ukowe wysokonapiêciowe, niskopr¹dowe
[10, 11]. W celu przeprowadzenia badañ przygotowano próbki w kszta³cie kwadratu o boku
wynosz¹cym 100 mm, oznaczenie rezystywnoœci przeprowadzono na próbkach o gruboœci
1,5 mm, natomiast do pozosta³ych testów zestawiono ze sob¹ dwie próbki, aby uzyskaæ minimaln¹ gruboœæ oko³o trzech milimetrów.
APARATURA BADAWCZA
Badania w³aœciwoœci elektrycznych przeprowadzono z wykorzystaniem nastêpuj¹cych
aparatów:
484
— rezystywnoœæ powierzchniowa i skroœna:
elektrometr firmy Keithley Instruments,
Inc., model 8009;
— odpornoœæ na pr¹dy pe³zaj¹ce (metoda
kroplowa z wykorzystaniem roztworu A:
0,1% chlorku amonu): zestaw pomiarowy
„T4-41” firmy Testing Europe operuj¹cy
w zakresie od 0 do 600V;
— wytrzyma³oœæ elektryczna (napiêcie przebicia): celka pomiarowa wype³niona olejem
oraz uk³ad probierczy – model UP10-110
sk³adaj¹cy siê z transformatora TPS110/30
i pulpitu sterowniczego PS10-250 firmy
F.A.E ZWARPOL Sp. z o.o.;
— odpornoœci na wy³adowania ³ukowe wysokonapiêciowe, niskopr¹dowe: aparat Lectromec 5A-Series generuj¹cy napiêcie 15kV
firmy Lectromechanical Design Company
LCC.
PRZEDSTAWIENIE
I OMÓWIENIE WYNIKÓW
Oznaczenie rezystywnoœci powierzchniowej
i skroœnej
Badanie rezystywnoœci powierzchniowej
i skroœnej (Tabela 2) PE-LD, PE-HD i PP potwierdzi³o charakter dielektryczny przedmiotowych próbek. W przypadku polietylenu du¿ej gêstoœci i polipropylenu uzyskano
zbli¿one wyniki, niezale¿nie od warunków
starzenia czy kondycjonowania w wybranych rozpuszczalnikach. Próbki polietylenu
ma³ej gêstoœci s¹ bardziej podatne na warunki œrodowiskowe, gdy¿ zmierzone wartoœci
rezystywnoœci powierzchniowej mieszcz¹
siê w zakresie od 1014 (dla benzyny i oleju napêdowego) do 1016 (dla 5% roztworu NaCl
i próbek odniesienia – kondycjonowanych
przez 24 godziny w temperaturze 23 °C
i przy wzglêdnej wilgotnoœci wynosz¹cej
55%). Natomiast dla próbek kondycjonowanych w benzynie bezo³owiowej o L.O. = 95,
stwierdzono ni¿sze wartoœci rezystywnoœci
skroœnej o jeden rz¹d wielkoœci.
Tabela 2. Wyniki pomiarów rezystywnoœci powierzchniowej i skroœnej wybranych poliolefin
w zale¿noœci od warunków kondycjonowania
Table 2. The results of measurements of surface resistivity and volume resistivity for selected polyolefins depending on the conditioning
Warunki
kondycjonowania
Rezystywnoœæ
powierzchniowa, W
Rezystywnoœæ
skroœna, W·cm
PE-LD
23 °C/55% RH/24h
1,24·1016
3,13·1016
80 °C/168h
6,11·1015
8,89·1016
5% r-r NaCl/168h
3,26·1016
5,90·1016
H2Odestyl/168h
2,52·1015
3,66·1016
E95/168h
3,33·1014
2,03·1015
ON/168h
2,04·1014
1,22·1016
PE-HD
23 °C/55% RH/24h
3,23·1017
3,20·1017
80 °C/168h
1,76·1017
2,75·1017
5% r-r NaCl/168h
6,28·1017
1,41·1017
H2Odestyl/168h
1,66·1017
1,62·1017
E95/168h
3,31·1017
1,41·1017
ON/168h
3,37·1017
1,19·1017
23 °C/55% RH/24h
3,63·1017
7,01·1016
80 °C/168h
2,89·1017
4,36·1016
5% r-r NaCl/168h
7,20·1017
5,20·1016
H2Odestyl/168h
1,74·1017
4,03·1016
E95/168h
8,77·1017
1,70·1016
ON/168h
2,35·1017
2,00·1016
PP
Oznaczenie odpornoœci na pr¹dy pe³zaj¹ce –
pomiar wspó³czynnika pr¹dów
porównawczych, CTI
Badanie odpornoœci na pr¹dy pe³zaj¹ce metod¹ kroplow¹ uwidacznia wp³yw warunków
œrodowiska na parametr CTI tylko w przypadku kondycjonowania próbek w benzynie bezo³owiowej (E95) i oleju napêdowym (ON) – dla
ka¿dej grupy poliolefin nast¹pi³ spadek odpornoœci o 25 V (Tabela 3). Zastosowanie starzenia
termicznego, tygodniowego kondycjonowania
w solance i wodzie destylowanej nie wp³ynê³o
485
Wp³yw warunków œrodowiska na w³aœciwoœci elektryczne, fizykochemiczne i mechaniczne wybranych poliolefin (1)
w ¿aden sposób na zmianê wspó³czynnika CTI
badanych tworzyw. Ponadto mo¿na zauwa¿yæ, ¿e najbardziej odporn¹ by³a próbka polipropylenu (w warunkach pomiaru, przy zastosowaniu przy³o¿onego napiêcia 600 V), a najmniej odpornymi by³y próbki polietylenu du¿ej gêstoœci (PE-HD).
Tabela 3. Wyniki pomiarów odpornoœci na pr¹dy
pe³zaj¹ce – wyznaczenie CTI [V] – wybranych poliolefin w zale¿noœci od warunków kondycjonowania
Table 3. The results of measurements of CTI [V]
for selected polyolefins depending on the conditioning
Warunki
kondycjonowania
PE-LD
PE-HD
PP
23 °C/55% RH/24h
575
550
600
80 °C/168h
575
550
600
5% r-r NaCl/168h
575
550
600
H2Odestyl/168h
575
550
600
E95/168h
550
525
575
ON/168h
550
525
575
szybkoœci¹, napiêcie od 0 kV, a¿ do momentu
wyst¹pienia przebicia czasie 10-20 s. Pomiary
napiêcia przebicia da³y bardzo zbli¿one wyniki w ramach ka¿dej grupy tworzyw, co potwierdza, i¿ zastosowane warunki starzenia
mia³y niewielki wp³yw na zmianê wartoœci
wytrzyma³oœci elektrycznej; jedynie w przypadku próbek polipropylenu zanurzonych
w wodzie destylowanej i oleju napêdowym
uzyskano znacznie ni¿sze wartoœci, ani¿eli dla
pozosta³ych warunków.
Oznaczenie odpornoœci wy³adowania
³ukowe wysokonapiêciowe, niskopr¹dowe
Tabela 5. Wyniki pomiarów odpornoœci na wy³adowania ³ukowe wysokonapiêciowe, niskopr¹dowe wybranych poliolefin w zale¿noœci od warunków kondycjonowania
Table 5. The results of measurements of high-voltage, low-current dry arc resistance for selected
polyolefins depending on the conditioning
Warunki
kondycjonowania
Oznaczenie napiêcia przebicia i doraŸnej
wytrzyma³oœci elektrycznej badanych
obiektów
DoraŸn¹ wytrzyma³oœæ dielektryczn¹ (Tabela 4) wyznaczono podnosz¹c, z jednakow¹
PE-LD
PE-HD
PP
23 °C/55% RH/24h
144
158
138
80 °C/168h
154
148
134
5% r-r NaCl/168h
154
146
132
H2Odestyl/168h
150
152
129
E95/168h
145
142
130
ON/168h
153
164
133
Tabela 4. Wyniki pomiarów napiêcia przebicia [kV] i doraŸnej wytrzyma³oœci dielektrycznej [kV/mm]
wybranych poliolefin w zale¿noœci od warunków kondycjonowania
Table 4. The results of measurements of breakdown voltage [kV] and dielectric strength [kV/mm] for selected polyolefins depending on the conditioning
PE-LD
PE-HD
PP
Warunki
kondycjonowania
Napiêcie
przebicia,
[kV]
Wytrzyma³oœæ
dielektryczna,
[kV/mm]
Napiêcie
przebicia,
[kV]
Wytrzyma³oœæ
dielektryczna,
[kV/mm]
Napiêcie
przebicia,
[kV]
Wytrzyma³oœæ
dielektryczna,
[kV/mm]
23 °C/55% RH/24h
47,6
41,4
52,2
49,7
53,1
50,6
80 °C/168h
49,2
41,0
53,3
49,8
53,4
46,4
5% r-r NaCl/168h
53,0
32,1
46,4
41,1
47,7
41,5
H2Odestyl/168h
50,6
43,6
53,3
48,4
42,0
36,5
E95/168h
51,6
50,1
48,0
45,7
45,0
50,0
ON/168h
50,2
43,6
52,0
54,7
41,9
38,1
486
Tabela 5 przedstawia czas (w sekundach)
jaki up³yn¹³ do momentu pojawienia siê
trwa³ego œladu na powierzchni próbki pod
wp³ywem dzia³ania ³uku elektrycznego o napiêciu 15000 V zadanego z odpowiedni¹
czêstotliwoœci¹. W grupie zbadanych próbek
tworzyw polimerowych mo¿na stwierdziæ,
¿e najmniej odpornym materia³em na wy³adowania ³ukowe jest polipropylen, natomiast zbli¿one czasy dla obydwu rodzajów
polietylenów sugeruj¹ podobn¹, wzglêdn¹
odpornoœæ na ³uk elektryczny o natê¿eniu
15 kV. Bior¹c pod uwagê próbki odniesienia
PE-LD, PE-HD i PP oraz odpowiednie próbki
po starzeniu termicznym, immersji w cieczach, zaobserwowano znikomy wp³yw tych
czynników œrodowiska na badany parametr.
Dla wszystkich próbek czasy te mieszcz¹ siê
w granicach od 129 do 164 sekund, co odpowiada trzeciemu krokowi w ca³ym programie testowym. Wyniki te œwiadcz¹ o tym, ¿e
badane próbki wytrzymuj¹ maksymalne
natê¿enie 10 mA podawane w trybie 0,25 s
on/0,25 s off.
PODSUMOWANIE
Wp³yw warunków starzenia termicznego
i kondycjonowania na wybrane parametry
elektryczne w wielu przypadkach nie ujawnia
siê w znacz¹cy sposób, co sugeruje dobr¹ odpornoœæ PE-LD, PE-HD i PP na 168-godzinny
okres przechowywania próbek w podwy¿szonej temperaturze i w wybranych cieczach. Interesuj¹ce wydaje siê zbadanie wp³ywu d³u¿szego okresu starzenia b¹dŸ kondycjonowania
próbek tych¿e poliolefin. Na podstawie przeprowadzonych badañ mo¿na zauwa¿yæ, ¿e
najwiêksze zmiany badanych parametrów zaobserwowano dla próbek poddanych kondy-
cjonowaniu w benzynie bezo³owiowej (E95) i
oleju napêdowym (ON).
W drugiej czêœci niniejszej publikacji zostanie omówiony wp³yw analogicznych warunków kondycjonowania na wybrane parametry
fizykochemiczne i mechaniczne PE-LD,
PE-HD i PP.
BIBLIOGRAFIA
1.
Broniewski T., Kapko J., P³aczek W., Thomalla J.
„Metody badañ i ocena w³aœciwoœci tworzyw
sztucznych”, WNT, Warszawa, 2000
2. Polski Rejestr Statków „Materia³y elektroizolacyjne”, Publikacja Informacyjna nr 9/I, 2007
3. Saechtling „Tworzywa sztuczne. Poradnik”, WNT,
Warszawa, 2000
4. ASTM D257-14 Standard Methods of Test for DC Resistance of Conductance of Insulating Materials
5. IEC 60093:1980 Methods of test for volume resistivity
and surface resistivity of solid electrical insulating materials
6. ASTM D3638-12 Standard Test Method for Comparative Tracking Index of Electrical Insulating Materials
7. PN-EN 60112:2003 Method for the determination of
the proof and the comparative tracking indices of solid
insulating materials
8. ASTM D149-09 Standard Test Method for Dielectric
Breakdown Voltage and Dielectric Strength of Solid
Electrical Insulating Materials at Commercial Power
Frequencies
9. PN-EN 60243-1:2002 Electric strength of insulating
materials – Test methods – Part 1: Tests at power frequencies
10. ASTM D495-14 Standard Test Method for High-Voltage, Low-Current, Dry Arc Resistance of Solid Electrical Insulation
11. PN-EN 61621-2002 Dry, solid insulating materials –
Resistance test to high-voltage, low-current arc discharges
Próba rekonstrukcji krtani przy u¿yciu technik prototypowania 3D z wykorzystaniem poliwêglanu Makrolon® 2600
487
2, Krzysztof
3, Hubert
Micha³ RESZKE
RESZKE,1,Marlena
MarlenaŒRODULSKA,
ŒRODULSKA1Jaros³aw
, Jaros³awPALUCH,
PALUCHKrzysztof
JASIK,
JASIK
Hubert
OK£A,
OK£A1,3,
1
1
4
1
Jadwiga GABOR,
GABOR ,Marta
S. SWINAREW
Marta£Ê¯NIAK,
£Ê¯NIAK Beata
, BeataSWINAREW,
SWINAREWAndrzej
, Andrzej
S. SWINAREW *
Uniwersytet Œl¹ski, Instytut Nauki o Materia³ach, ul. 75 Pu³ku Piechoty 1A, 41-500 Chorzów.
Zak³ad i Klinika Laryngologii, Œl¹ski Uniwersytet Medyczny, ul. Francuska 20/24, 40-027 Katowice.
3 Zak³ad Badañ Strukturalnych Skóry, Wydzia³ Farmaceutyczny z Oddzia³em Medycyny Laboratoryjnej
w Sosnowcu, Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Kasztanowa 3, 41-200 Sosnowiec.
4 Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników, Oddzia³ Farb i Tworzyw w Gliwicach,
ul. Chorzowska 50A, 44-100 Gliwice
1
2
Próba rekonstrukcji krtani przy u¿yciu technik prototypowania 3D
z wykorzystaniem poliwêglanu Makrolon® 2600
Streszczenie. Nowotwór krtani jest najczêstszym, po nowotworze p³uc, rodzajem nowotworu
dróg oddechowych na œwiecie. Zajmuje siódme miejsce pod wzglêdem czêstoœci wystêpowania
wœród mê¿czyzn w Polsce. G³ównymi czynnikami etiologicznymi powoduj¹cymi chorobê nowotworow¹ s¹ palenie papierosów oraz spo¿ywanie wysokoprocentowego alkoholu. Ponadto szczególnie nara¿one na zachorowanie s¹ osoby maj¹ce kontakt z chemikaliami i oparami zwi¹zków
mutagennych. Podstawowe leczenie bazuje na radioterapii oraz chemioterapii pacjenta. Przeprowadzana jest równie¿ laryngektomia czêœciowa lub, w przypadku zaawansowanej postaci choroby, ca³kowita.
Obecnie na œwiecie przeprowadza siê przeszczepy krtani od zmar³ych dawców, jednak¿e wi¹¿e siê
to z du¿ym ryzkiem odrzucenia przeszczepu przez pacjenta. Znacznie wiêksz¹ szansê powodzenia maj¹ operacje odbudowy krtani z wykorzystaniem autoprzeszczepu. W tym celu od pacjenta
wycina siê zdrowy fragment tkanek, z których modeluje siê now¹ krtañ. Najwiêkszy problem
w tego typu operacjach stanowi rekonstrukcja chrz¹stek krtani: chrz¹stek pierœcieniowatej i tarczowatej.
Przedstawiona praca zawiera informacjê na temat doboru materia³u polimerowego, który mo¿e
pos³u¿yæ do budowy chrz¹stek krtani. Ponadto w pracy przedstawiono próbê wykonania modelu
krtani z wykorzystaniem technik modelowania przestrzennego.
MODERN MATERIALS FOR RAPID PROTOTYPING
Abstract. This study is an attempt to create a project of novel polymeric synthetic material
which may be biocompatible with human organism and may replace malignant larynx cartilages.
Laryngeal and lung cancers are the most frequent types of tumor of the respiratory tract. Laryngeal cancer takes seventh place regarding the incidence among men in Poland. The main etiologic
factors causing cancer are smoking of cigarettes and consumption of alcohols. What is more,
people who have contact with vapours of chemicals are in high-risk group. Basic treatment of
laryngeal cancer is based on the radiation and chemotherapy. Severely affected patients may require complete or partial laryngectomy.
Larynx transplantation based on organ donors, is related to high-risk organ failure. Nowadays
surgeons try to recreate larynx using technique of autotransplantation. The biggest challenge for
them is the reconstruction of cartilages: thyroid and cricoid.
Study contains information about the selection of polymeric material, which could be used in
construction of laryngeal cartilages as well as, an attempt of construction of larynx model based
on three-dimensional modeling techniques.
488
Micha³ RESZKE, Marlena ŒRODULSKA, Jaros³aw PALUCH, Krzysztof JASIK, Hubert OK£A, Jadwiga GABOR, Marta £Ê¯NIAK, Beata SWINAREW, Andrzej S. SWINAREW
WSTÊP
Krtañ jest czêœci¹ uk³adu oddechowego
cz³owieka zlokalizowan¹ pomiêdzy czwartym
i szóstym krêgiem szyjnym. Zbudowana jest
chrz¹stek, miêœni oraz b³ony œluzowej. Najwa¿niejszymi funkcjami jakie pe³ni krtañ w organizmie s¹: funkcja obronna, oddechowa oraz
fonacyjna.
Krtañ zbudowana jest z koœci gnykowej
oraz kilku chrz¹stek. Koœæ gnykowa jest koœci¹
w kszta³cie podkowy znajduj¹c¹ siê w linii
œrodkowej szyi pomiêdzy podbródkiem
a chrz¹stk¹ pierœcieniowat¹. W stanie spoczynku jej przód le¿y w poziomie podstawy ¿uchwy, a ty³ – trzeciego krêgu szyjnego [1,2].
Szkielet krtani sk³ada siê z dwóch rodzajów
chrz¹stek (Rys.1): trzech chrz¹stek parzystych
i trzech chrz¹stek nieparzystych. Do chrz¹stek
parzystych nale¿¹ chrz¹stki nalewkowate, maj¹ce wp³yw na po³o¿enie i napiêcie fa³dów g³osowych, chrz¹stki ró¿kowate oraz klinowate.
Wœród chrz¹stek nieparzystych wyró¿niamy
chrz¹stkê tarczowat¹, tworz¹c¹ u mê¿czyzn
jab³ko Adama, chrz¹stkê pierœcieniowat¹, maj¹c¹ kszta³t sygnetu, oraz nag³oœniow¹.
Chrz¹stki ró¿kowate, klinowe, chrz¹stka nag³oœniowa oraz wierzcho³ki chrz¹stek nalewkowatych s¹ zbudowane z elastycznej, w³ók-
nistej chrz¹stki z niewielk¹ tendencj¹ do zwapnienia. Chrz¹stka pierœcieniowata, tarczowata
oraz wiêkszoœæ chrz¹stek nalewkowatych s¹
chrz¹stkami szklistymi, które mog¹ ulegaæ
nakrapianemu zwapnieniu w miarê starzenia,
pocz¹wszy od dwudziestego pi¹tego roku ¿ycia w przypadku chrz¹stki tarczowatej i póŸniej w przypadku chrz¹stki pierœcieniowatej
i nalewkowatych [1,2].
Rak krtani jest jedn¹ z najczêœciej wystêpuj¹cej choroby uk³adu oddechowego cz³owieka.
Liczba zachorowañ na ten typ nowotworu wynios³a w Polsce, w 2011 roku, ponad 2,5 tysi¹ca.
Ponad 85% wszystkich przypadków dotyczy³o
mê¿czyzn [3]. G³ównym czynnikiem etiologicznym jest palenie papierosów. Zgodnie
z danymi [4] ryzyko œmierci spowodowane rakiem krtani jest 20 razy wiêksze dla palaczy ni¿
dla ludzi niepal¹cych. Innymi czynnikami ryzyka, które mog¹ przyczyniæ siê do choroby
nowotworowej s¹: nadu¿ywanie alkoholu oraz
bezpoœredni kontakt ze zwi¹zkami chromu,
niklu i py³u azbestowego.
Leczenie nowotworu krtani bazuje na radioterapii, chemioterapii oraz na operacjach chirurgicznych. G³ówn¹ zasad¹ leczenia jest
ca³kowite usuniêcie nowotworu z zachowaniem funkcji jakie pe³ni organ. Istniej¹ dwa
typy laryngektomii: ca³kowita, gdzie dochodzi
Rysunek 1. Model krtani cz³owieka. Chrz¹stki klinowate s¹ niewidoczne na diagramie. Wed³ug [2]
do usuniêcia ca³ego organu oraz czêœciowa,
podczas której usuwany jest jedynie zara¿ony
fragment [5].
Laryngektomia czêœciowa przeprowadzana
jest w przypadku wykrycia nowotworu g³oœni
we wczesnym stadium. W przypadku nawet
czêœciowej laryngektomi niezbêdna jest rekonstrukcja usuniêtego fragmentu u pacjenta [6-8].
Rekonstrukcja powinna skupiaæ siê nie tylko
na umo¿liwieniu pacjentowi swobodnego
prze³ykania oraz oddychania, ale równie¿ na
zapewnieniu funkcji wokalnych. Techniki rekonstrukcji musz¹ spe³niaæ nastêpuj¹ce kryteria: odpowiednie zamkniêcie g³oœni podczas
mówienia oraz zapewnienie odpowiedniego
po³¹czenia pomiêdzy organizmem a rekonstruowanym organem. Idealna tkanka u¿yta
do odbudowy krtani musi posiadaæ odpowiednie ukrwienie zapewniaj¹ce przep³yw krwi
oraz lepkosprê¿ystoœæ o parametrach jak najbardziej zbli¿onych do natywnej struktury
krtani [9,10].
Obecnie istnieje kilka metod rekonstrukcji,
jednak¿e ¿adna z nich nie zosta³a uznana za
idealn¹ [11-13].
Przyk³adem rekonstrukcji krtani jest operacja przeprowadzona w Polsce, w 2012 roku.
Zrekonstruowana krtañ zosta³a stworzona
z czêœci koœci udowej pacjenta. G³ówny chirurg, profesor Witold Szyfter powiedzia³, ¿e
najbardziej problematyczn¹ czêœci¹ operacji
by³a rekonstrukcja chrz¹stki tarczowatej i pierœcieniowatej [14].
Pierwsze wzmianki na temat technologii
druku 3D pojawi³y siê w literaturze w latach
80, gdzie zosta³y nazwane Szybkim Prototypowaniem (ang. Rapid Prototyping). Pierwotnie
by³ to sposób na szybkie i bardziej ekonomiczne tworzenie prototypów produktów w przemyœle [15].
CZÊŒÆ EKSPERYMENTALNA
Surowce
Materia³em u¿ytym do wydruku modeli 3D
by³ modyfikowany poliwêglan o komercyjnej
489
nazwie
Makrolon®
2600
(ISO
7391-PC,M,(,,)-18-9). Zastosowany materia³
charakteryzuje siê niespotykan¹ kombinacj¹
wytrzyma³oœci, twardoœci oraz sztywnoœci. Ponadto materia³ posiada dobr¹ odpornoœæ na
korozjê oraz biokompatybilnoœæ zgodn¹ z norm¹ ISO 10993-1. Materia³ ten wykazuje œredni¹
lepkoœæ, jego objêtoœciowy wskaŸnik p³yniêcia
(MVR) jest równy 300°C/1,2 kg, a producent
zaleca temperaturê 280-320 °C do topienia
materia³u.
Proptotypowanie
Pierwszym krokiem tego procesu jest stworzenie wirtualnego modelu obiektu z wykorzystaniem projektowania CAD (ang. Computer Aided Design), u¿ywaj¹c programu do modelowania w 3D (do stworzenia kompletnie
nowego obiektu) lub za pomoc¹ skanera 3D
(do stworzenia modelu istniej¹cego obiekt).
Skaner 3D umo¿liwia stworzenie cyfrowej kopii skanowanego obiektu.
Technologia FDM (ang. Fused Deposition
Technology) zastosowana w pracy bazuje na
materiale z tworzywa sztucznego odwijanym
ze zwoju i dostarczanym do dyszy wyt³aczarki. Ekstruder jest nagrzewany do temperatury
topnienia materia³u oraz bezpoœrednio kontrolowany przez oprogramowanie komputerowego wspomagania wytwarzania (CAM). Obiekt
jest wytwarzany poprzez wyt³oczenie roztopionego materia³u w formie warstwy, materia³
utwardza siê zaraz po wyt³oczeniu. Technologia ta jest najczêœciej u¿ywana dla ABS (kopolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy) oraz
PLA (poli(kwas mlekowy)), ale równie¿ dla
wielu innych materia³ów o odpowiednich
w³aœciwoœciach [16].
Obrazy uzyskane metod¹ rezonansu magnetycznego (MRI) krtani u¿yte do stworzenia
trójwymiarowych modeli CAD zosta³y uzyskane bezpoœrednio od autorów Magnetic Resonance Images of Human Laryngeal Cartilage
MRI scans from Selbie et al. Eric J. Hunter and
Scott L. Thomson. 128 skanów MRI zosta³o zaimportowane, jako obrazy. Do zidentyfikowa-
490
Rysunek 2. Model 3D chrz¹stki pierœcieniowatej.
Rysunek 4. Model 3D chrz¹stek nalewkowatych.
DYSKUSJA WYNIKÓW
Modele 3D chrz¹stek krtani zosta³y wydrukowane przy u¿yciu drukarki RepRap Mendel
Max 1,5. Jest to drukarka, która zosta³a zaprojektowana przez Maxbots w grudniu 2011 roku
na zasadzie otwartego oprogramowania.
G³ównymi zaletami tej drukarki s¹ nieskomplikowana konstrukcja oraz niski koszt eksploatacji. Najwiêksz¹ wad¹ jest brak mo¿liwoœci
wydruku skomplikowanych modeli 3D bez
odpowiednich podpór.
Rysunek 3. Model 3D chrz¹stki tarczowatej.
nia i wyodrêbnienia trójwymiarowych obrazów chrz¹stek: pierœcieniowatej, tarczowej
i nalewkowych zosta³y u¿yte techniki progowania skali szaroœci. Skalowanie obrazów zosta³o przeprowadzone z danymi z badañ [17].
Obrazy i modele zosta³y wyprowadzone jako
pliki STEP. Uzyskane pliki mog³y byæ odtworzone oraz zwizualizowane w programie
CAD, na przyk³ad Autodesk Inventor. Uzyskano obrazy 3D chrz¹stek: pierœcieniowatej (Rys.
2), tarczowatej (Rys.3) oraz nalewkowatych
(Rys.4), które mog¹ byæ wydrukowane za pomoc¹ drukarki 3D [16,18].
Rys. 5. Drukowanie fragmentu modelu tarczowatej
chrz¹stki krtani za pomoc¹ drukarki RepRap Mendel
Max 1.5
491
Rys. 6. Gotowy model chrz¹stki tarczowatej.
Rys. 8. Gotowy model chrz¹stek nalewkowatych
jakoœæ drukowanych modeli. Najwiêkszy problem stanowi³o dok³adnoœæ wydruku.
W dzisiejszych czasach mo¿liwy jest wydruk chrz¹stek krtani. Bardziej realistyczne jest
zast¹pienie zara¿onego fragmentu krtani ni¿
zast¹pienie ca³ej chrz¹stki wydrukowanym
modelem.
WNIOSKI
Rys. 7. Gotowy model chrz¹stki pierœcieniowatej.
Wydruk modeli wraz z podporami znacz¹co wyd³u¿a³ czas wydruku, dlatego postanowiono podzieliæ modele krtani na dwa fragmenty. W projekcie zosta³o wykorzystanych
kilka narzêdzi.
Proces wydruku chrz¹stki tarczowatej trwa³
2,5 godziny. Najwiêkszy problem stanowi³o
wydrukowanie rogów chrz¹stki: górnego oraz
dolnego (Rys. 6). Wydruk chrz¹stki pierœcieniowatej trwa³ 1,5 godziny (Rys. 7). Chrz¹stki
nalewkowate by³y najmniejsze (Rys. 8). U¿yta
drukarka 3D uniemo¿liwi³a odwzorowanie
najmniejszych elementów krtani.
W literaturze nie zosta³y znalezione informacje na temat wydruku modeli 3D z wykorzystaniem tego materia³u. Najbardziej problematyczn¹ rzecz¹ podczas wydruku by³a niska
Drukowane modele 3D stanowi¹ ciekaw¹
alternatywê w rekonstrukcji i implantologii.
Dziêki postêpowi techniki, w krótkim czasie
mo¿na wydrukowaæ dowolne, brakuj¹ce fragmenty chrz¹stek b¹dŸ innych struktur tkankowych, co w znacznym stopniu przyczynia siê
do poprawy jakoœci ¿ycia pacjentów oraz znacz¹co przyspiesza proces leczenia i rekonwalescencji. Sam proces rekonstrukcji chrz¹stek
³¹czy w sobie wiele technik. Do stworzenia modelu CAD najczêœciej wykorzystuje siê obrazy
uzyskane podczas rezonansu magnetycznego
MRI, przydatne mog¹ okazaæ siê równie¿ skany uzyskane w wyniku obrazowania tomograficznego. Opracowane modele mog¹ zostaæ
wydrukowane w rzeczywistej wielkoœci dziêki
nowoczesnym i precyzyjnym drukarkom 3D.
Ich dynamiczny rozwój sprawia, ¿e modele s¹
coraz dok³adniejsze, a czas potrzebny do ich
wydrukowania ulega skróceniu. Przeprowadzone badania pozwalaj¹ jednoznacznie
stwierdziæ, ¿e odpowiednio modyfikowany
492
poliwêglan Makrolon® 2600 mo¿e zostaæ u¿yty do rekonstrukcji poszczególnych fragmentów krtani. Jego dobre w³aœciwoœci – odpowiednia twardoœæ i sztywnoœæ, a przede wszystkim dobra odpornoœæ na korozjê i biokompatybilnoœæ, sprawiaj¹, ¿e jest idealnym materia³em, który mo¿na stosowaæ na wydruki 3D
przeznaczone do implantacji w organizmie
ludzkim.
REFERENCJE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Sobotta, J. Atlas anatomii cz³owieka. T. 1, G³owa,
szyja, koñczyna górna. Urban & Partner, Wroc³aw,
1994.
Bochenek, A., Reicher, M. Anatomia cz³owieka.
Vol. 2. PZWL, Warszawa, 2010.
Didkowska, J., Wojciechowska, U., Zatoñski, W.
Prognozy zachorowalnoœci i umieralnoœci na nowotwory z³oœliwe w Polsce do 2025 roku Krajowy
rejestr nowotworów 2009.
Ridge, J.-A., Glisson, B.-S., Lango, M.-N., et al.
Head and Neck Tumors Cancer Management: A
Multidisciplinary Approach 11 ed. 2008.
Zaborska, A., Pasek, M. Interdyscyplinarna opieka nad pacjentem z chorob¹ nowotworow¹. Jakoœæ
¿ycia chorych z nowotworem krtani leczonych
napromieniowaniem. Krakowskie Towarzystwo
Edukacyjne, Kraków, 2010
Nibu, K., Kamata, S., Kawabata, K., Nakamizo,
M., Nigauri, T., et al. Partial laryngectomy in the
treatment of radiation-failure of early glottic carcinoma Head & neck 19 2009: pp. 116-120.
Toma, M., Nibu, K., Nakao, K., Matsuzaki, M.,
Mochiki, M., et al. Partial laryngectomy to treat
early glottic cancer after failure of radiation therapy Archives of otolaryngology—head & neck surgery
128 2002: pp. 909-912.
Yiotakis, J., Stavroulaki, P., Nikolopoulos, T.,
Manolopoulos, L., Kandiloros, D., et al. Partial
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
laryngectomy after irradiation failure Otolaryngology—head and neck surgery 128 2003: pp. 200-209.
Dursun, G., Ozgursoy, O.-B. Laryngeal reconstruction by platysma myofascial flap after vertical
partial laryngectomy Head & neck 27 2005: pp.
762-770.
Ohba, S., Yokoyama J., Fujimaki, M., Ito, S., Ikeda, K. A Novel Functional Reconstruction Method
for Recurrent Laryngeal Cancer after Vertical Partial Laryngectomy Otology & Rhinology 2015.
Elo, J., Horvath, E., Kesmarszky, R. A new method for reconstruction of the larynx after vertical
partial resections European archives of oto-rhino-laryngology 257, 2000: pp. 212-215.
Jurlina, M., Matulic, Z., Prstacic, R., Janjanin, S.
Composite platysmofascial flap in reconstruction
following partial vertical laryngeal resections The
Laryngoscope 121 2011: pp. 1899-1901.
Luna-Ortiz, K., Campos-Ramos, E., Villavicencio-Valencia, V., Contreras-Buendia, M., Pasche
P., et al. Vertical partial hemilaryngectomy with
reconstruction by false cord imbrication. ANZ
journal of surgery 80 2010: pp. 358-363.
Karpiñska, P. Sukces poznañskich chirurgów –
odtworzyli krtañ z uda pacjenta, [online:
http://www.natemat.pl]
Konopacki, J. Przydatnoœæ konsumenckich drukarek 3D w technologii Przestrzeñ i forma 2012.
Canessa, E., Zennaro, M. Low-cost 3D printing for
science, education & sustainable development
ICTP -The Abdus Salam International Centre of Theoretical Physics 2013.
Hunter, E.-J., Thomson, S.-L. Magnetic Resonance
Images of Human Laryngeal Cartilage: MRI scans
from Selbie et al. NRLD Technical Memo 1 2015.
Hunter, E.-J., Thomson, S.-L. Solid CAD Models
of Human Laryngeal Cartilage Created from Selbie et al. NRLD Technical Memo 6 2015.
493
W³aœciwoœci mechaniczne kompozytu polietylenowego z proszkiem szklanym
1), Björn
Janusz W. SIKORA
SIKORA,1)*Anna
, Anna
KLISZOWSKA,
KLISZOWSKABjörn
NOACK
NOACK2)
Politechnika Lubelska
Westsächsische Hochschule Zwickau
* [email protected]
1)
2)
W³aœciwoœci mechaniczne kompozytu polietylenowego
z proszkiem szklanym
Streszczenie: W Institut für Produktionstechnik of Westsächsische Hochschule Zwickau przeprowadzono badania kompozytu polimerowego na osnowie polietylenu du¿ej gêstoœci o nazwie
Hostalen GD 7255 z 10% udzia³em proszku szklanego o nazwie Mikrover. Kompozyt ten zosta³
otrzymany w procesie dwuœlimakowego wyt³aczania z granulowaniem na zimno. W sk³ad stanowiska wchodzi³a wspó³bie¿na wyt³aczarka dwuœlimakowa ZSK 18 MEGAlab z g³owic¹ wyt³aczarsk¹ zaopatrzon¹ w dyszê ko³ow¹, wanna ch³odz¹ca oraz granulator. W³aœciwoœci mechaniczne otrzymanego kompozytu zbadano poprzez wytworzenie odpowiednich próbek metod¹ wtryskiwania (Krauss Maffei KM 50-55CX) przy zmiennym czasie ch³odzenia wypraski oraz objêtoœciowym natê¿eniu wyp³ywu kompozycji polimerowej do gniazda formy wtryskowej. Okreœlono
podstawowe w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowe w próbie statycznego rozci¹gania oraz twardoœæ metod¹ Shore’a. Stwierdzono wp³yw warunków wtryskiwania na badane w³aœciwoœci mechaniczne.
S³owa kluczowe: kompozyty, wyt³aczanie z granulowaniem na zimno, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, twardoœæ
THE MECHANICAL PROPERTIES OF POLYETHYLENE COMPOSITE WITH GLASS
POWDER
Abstract: The studies of polymer composite on high density polyethylene matrix named Hostalen GD 7255 with the 10% addition of glass powder named Mikrover were conducted in the Institut für Produktionstechnik of Westsächsische Hochschule Zwickau. The composite was received in the process of twin screw extrusion with cold pelletizing. The stand included a co-rotating
twin screw extruder ZSK 18 MEGAlab with the extruder head equipped with a circular die, as
well as a water cooling bath and a pelletizer. The mechanical properties of the received composite
were studied by manufacturing appropriate samples in the injection moulding process (Krauss
Maffei KM 50-55CX) at changeable cooling times of the injection moulding parts and volume
rate of polymer composite flow to the injection mold cavity. The basic strength properties were
determined in the uniaxial tensile testing and hardness was determined by Shore method. It was
stated that injection molding conditions influence the studied mechanical properties.
Keywords: composites, cold pelletizing, tensile test, hardness
Wprowadzenie
Tworzywa polimerowe s¹ materia³ami maj¹cymi wiele zalet, ale wci¹¿ poszukuje siê nowych o jeszcze lepszych w³aœciwoœciach. Jednym ze sposobów otrzymywania nowatorskich materia³ów polimerowych o ulepszonych
w³aœciwoœciach, których nie mo¿na otrzymaæ
w procesie bezpoœredniej polimeryzacji jest
mieszanie polimerów z ró¿nego rodzaju nape³niaczami w rozmaitych stosunkach masowych. W dzia³aniach tych nie bez znaczenia
jest równie¿ aspekt obni¿enia kosztów wytwarzania takich materia³ów. W³aœciwoœci mechaniczne nape³nionych polimerów zale¿¹
w znacznym stopniu od wielkoœci, kszta³tu
494
Janusz W. SIKORA, Anna KLISZOWSKA, Björn NOACK
i rozmieszczenia cz¹stek nape³niacza w matrycy polimerowej, jak równie¿ od jakoœci adhezji
pomiêdzy nape³niaczem a matryc¹ [1, 2].
Zwykle zawartoœæ nape³niacza waha siê w granicach od kilku do kilkudziesiêciu np. 60, ale
i wiêcej procent.
Kompozyty takie wytwarza siê poprzez
mieszanie w walcarkach lub mieszanie w uk³adach uplastyczniaj¹cych maszyn przetwórczych jakimi s¹ wyt³aczarki i wtryskarki. Czêsto, mieszanie takie wspomagane jest oddzia³ywaniem mechanicznym, przejawiaj¹cym siê
np. w skracaniu ³añcuchów polimerowych
[3, 4].
Nape³niaczami w tego rodzaju kompozytach mog¹ byæ w zasadzie wszystkie materia³y,
w ka¿dej postaci: ziaren, w³ókien, arkuszy, dodatkowo od nano-, mikro- do makro-rozmiarów [5, 6, 7].
W kompozytach ziarnistych nape³niacz ma
postaæ cz¹stek ró¿nych rozmiarów, od bardzo
ma³ych – proszku [8], poprzez wiêksze – mikrokulki do najwiêkszych – granulek [9, 10].
Cz¹stki te mog¹ byæ lite a mog¹ te¿ byæ puste
wewn¹trz. Zadaniem ich jest nie tylko podwy¿szenie wytrzyma³oœci materia³u stanowi¹cego osnowê, co nadanie mu odpowiedniej
kombinacji w³aœciwoœci. Nape³niacze te dodawane s¹ do kompozytu najczêœciej w celu
zmniejszenia udzia³u drogiego polimeru, podwy¿szaj¹ sztywnoœæ i twardoœæ, zwiêkszaj¹ odpornoœæ na pe³zanie, jednak obni¿aj¹ wytrzyma³oœæ i plastycznoœæ otrzymanego kompozytu [11, 12, 13].
Wiêkszoœæ kompozytów w³óknistych projektowana jest w celu uzyskania materia³u
o wysokiej wytrzyma³oœci, sztywnoœci, odpornoœci na zmêczenie, a przy tym wysokiej wytrzyma³oœci w³aœciwej. Efekt ten otrzymuje siê
poprzez wprowadzenie do plastycznej, polimerowej osnowy sztywnych w³ókien charakteryzuj¹cych siê wysok¹ wytrzyma³oœci¹ i kruchoœci¹. W³ókna mog¹ byæ ciête lub nie i mog¹
byæ wykonane z najró¿niejszych materia³ów
[14, 15, 16]. Nape³niacze w³ókniste stosuje siê
w materia³ach polimerowych g³ównie w celu
zwiêkszenia ich wytrzyma³oœci mechanicznej
(najczêœciej w³ókna szklane), ale tak¿e w celu
zwiêkszenia przewodnoœci cieplnej (w³ókna
metaliczne lub wêglowe) lub zmniejszenia
wspó³czynnika tarcia (w³ókna PTFE, w³ókna
wêglowe i grafitowe) i przez to polepszenia
warunków odprowadzenia ciep³a tarcia z wêz³a œlizgowego.
Kompozyty warstwowe sk³adaj¹ siê z co
najmniej dwóch warstw jednego materia³u
z³¹czonych ze sob¹ za pomoc¹ spoiwa polimerowego. Nape³niaczem w tego rodzaju kompozytach s¹ przede wszystkim arkusze, maty,
tkaniny i matotkaniny ró¿nych materia³ów
po³¹czonych w rezultacie adhezji najczêœciej
¿ywic¹ fenolow¹, aminow¹, mocznikow¹ lub
inn¹. W³aœciwoœci takich kompozytów
kszta³tuje siê poprzez odpowiednie ukierunkowanie elementów makrostruktury nape³niacza wzglêdem siebie, poprzez u³o¿enie jego
w odpowiednich kierunkach. Ze wzglêdu na
bardzo dobre w³aœciwoœci mechaniczne stosowane s¹ przede wszystkim w przemyœle lotniczym, motoryzacyjnych a nawet kosmicznym
[17, 18, 19, 20].
W zwi¹zku z tym, ¿e materia³y kompozytowe na osnowie polimerów termoplastycznych
jakimi s¹ polietyleny du¿ej gêstoœci nape³nione
proszkiem szklanym mog¹ byæ wytwarzane
relatywnie prostymi (tanimi) metodami mieszania mechanicznego sk³adników kompozytu, a nastêpnie metod¹ wyt³aczania lub wtryskiwania, nale¿y s¹dziæ, ¿e s¹ one interesuj¹cym
materia³em do zastosowañ praktycznych. Celem badañ by³o okreœlenie wp³ywu wybranych
parametrów procesu wtryskiwania na podstawowe w³aœciwoœci mechaniczne kompozytu
polietylenowego z 10% udzia³em masowym
proszku szklanego.
Stanowiska badawcze
Badania przeprowadzono w laboratorium
Instytutu Technologii Produkcji (Institut für
Produktionstechnik) Zachodniosaksoñskiego
Uniwersytetu w Zwickau (Westsächsische
Hochschule Zwickau). Do badañ wykorzystano wspó³bie¿n¹ wyt³aczarkê dwuœlimakow¹
495
o symbolu ZSK 18 MEGAlab firmy Coperion
Werner and Pfleiderer GmbH, wchodz¹c¹
w sk³ad linii technologicznej wytaczania z granulowaniem na zimno, obejmuj¹cego oprócz
wyt³aczarki ZSK 18, wannê ch³odz¹c¹ oraz
granulator. Wyt³aczarka ma œlimaki walcowe
o œrednicy 18 mm i stosunku d³ugoœci do œrednicy L/D = 24.
G³owica wyt³aczarska zamocowana jest do
ostatniego segmentu za pomoc¹ dwóch œrub
i ma dyszê o ko³owym kszta³cie przekroju poprzecznego œrednicy 3 mm i d³ugoœci 16 mm.
Kolejnym stanowiskiem wykorzystanym
w badaniach jest stanowisko wtryskiwania,
w sk³ad którego wchodzi wtryskarka Krauss
Maffei KM 50-55CX wyposa¿ona w narzêdzie
przetwórcze jakim jest dwugniazdowa forma
wtryskowa do otrzymywania próbek wytrzyma³oœciowych wed³ug normy ISO 294-1:2002.
Wtryskarka ma œlimak œrednicy 18 mm i si³ê
zamykania 500 000 N. Najwiêksze ciœnienie
wtryskiwania wynosi 250 MPa, a przeœwit miêdzy kolumnami 370 × 370 mm.
Materia³y
Do wykonania granulatu wykorzystano polietylen o nazwie handlowej Hostalen i symbolu GD 7255 produkcji Basell Orlen Polyolefins
oraz m¹czkê szklan¹ o nazwie handlowej Mikrover firmy Dennert Poraver GmbH.
Hostalen GD 7255 jest polietylenem du¿ej
gêstoœci (PE-HD), który u¿ywany jest do zastosowañ wtryskowych. Jest to polimer cechuj¹cy
siê du¿¹ gêstoœci¹, dobr¹ p³ynnoœci¹ i przetwarzalnoœci¹ w zakresie temperatury od 180 do
220°C, du¿¹ sztywnoœci¹ oraz udarnoœci¹.
Wybrane w³aœciwoœci polietylenu Hostalen
GD 72555, wed³ug producenta, przedstawiono
w tabeli 1.
M¹czkê szklan¹ Mikrover firmy Dennert
Poraver otrzymano z nieorganicznych, pirolitycznych termicznie granulek ze szk³a odpadowego, poprzez ich mielenie i modyfikowanie
wodorotlenkiem wapnia. Sk³ad i w³aœciwoœci
u¿ytej m¹czki szklanej, wed³ug danych producenta, przedstawiono w tabelach 2 oraz 3.
Tabela 1. Wybrane w³aœciwoœci polietylenu Hostalen GD 7255
Table 1. Selected properties of polyethylene Hostalen GD 7255
W³aœciwoœci
Jednostka
Wartoœæ
kg/m3
955
Fizyczne
Gêstoœæ
WskaŸnik szybkoœci p³yniêcia (MFR)
(190 °C / 2,16 kg)
g/10 min
4
(190 °C / 5,0 kg)
g/10 min
11
Udarnoœæ wg Charpy’ego z karbem
(23°C, Typ 1, karb A)
kJ/m2
4
(-30°C, Typ 1, karb A)
kJ/m2
4,5
Twardoœæ Shore’a (Shore D)
°ShD
60
Twardoœæ kulkowa (H 132/30)
MPa
52
°C
73
Twardoœæ
Cieplne
Temperatura miêknienia wg
Vicata B50(50°C/h 50N)
Tabela 2. Sk³ad m¹czki szklanej Mikrover
Table 2. Composition of glass powder Mikrover
Lp.
Sk³adnik
Wzór
chemiczny
Udzia³
masowy %
1
Tlenek krzemu
SiO2
71
2
Tlenek sodu
Na2O
13
3
Tlenek wapnia
CaO
10
4
Tlenek glinu
Al2O3
2
5
Tlenek magnezu
MgO
2
6
Tlenek potasu
K2 O
1
7
Tlenek ¿elaza
Fe2O3
1
Tabela 3. W³aœciwoœci m¹czki szklanej Mikrover
Table 3. Properties of glass powder Mikrover
Lp.
W³aœciwoœæ
Opis w³aœciwoœci
nieregularne ziarna
(proszek)
1
Postaæ
2
Temperatura topnienia
900 °C
3
Temperatura miêknienia
700 °C
4
Gêstoœæ nasypowa
720 kg/m3
5
Gêstoœæ w³aœciwa
2300 kg/m3
6
Rozmiar ziaren
7
Powierzchnia w³aœciwa
8
Rozpuszczalnoœæ
9
Wartoœæ pH
od 1,5 do 30 µm
0,5 m2/g
nierozpuszczalne
w wodzie
oko³o 8 – 11
(20 °C /100 g/l)
496
Charakterystyka badañ
W programie badañ przyjêto jako czynniki
badane:
1) bezpoœrednio
• udarnoœæ badana metod¹ Charpy,
• twardoœæ badana metod¹ Shore’a,
2) poœrednio
• wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie sm, MPa,
• odkszta³cenia przy maksymalnej sile rozci¹gaj¹cej em, %,
• odkszta³cenia przy zerwaniu etb, %,
• naprê¿enia przy zerwaniu sb, MPa.
Jako czynniki zmienne przyjêto:
• czas ch³odzenia wypraski: 15 s, 20 s, 25 s,
30 s, 35 s,
• wydajnoœæ objêtoœciowa wyp³ywu kompozycji polimerowej (tworzywa) do gniazda
formy wtryskowej: 5 cm3/s, 30 cm3/s, 50 cm3/s,
95 cm3/s.
Wa¿niejsze czynniki sta³e:
— temperatura w poszczególnych strefach
grzejnych wyt³aczarki i g³owicy wyt³aczarskiej: 130, 140, 150, 160, 170, 180 oraz 180 °C,
— ciœnienie w g³owicy wyt³aczarskiej: 2 MPa,
— prêdkoœæ obrotowa œlimaków wyt³aczarki
wspó³bie¿nej: 30 obr/min,
— prêdkoœæ obwodowa ostrzy no¿a freza granulatora: 4 m/min,
— temperatura w poszczególnych strefach
grzejnych uk³adu uplastyczniaj¹cego
wtryskarki, dyszy wtryskowej i formy
wtryskowej: 140, 160, 170, 180 oraz 30 °C,
— ciœnienie wtryskiwania: 105 MPa.
Czynniki zak³ócaj¹ce, mog¹ce mieæ niekorzystny wp³yw na wyniki badañ, s¹ to przede wszystkim niestabilnoœci:
• temperatury otoczenia; zmiany od 22 do
24 °C,
• wilgotnoœci wzglêdnej powietrza; zmiany
od 55 do 65%,
• pr¹du elektrycznego; zmiany od 220 do
240 V.
Przed przyst¹pieniem do wyt³aczania z granulowaniem na zimno przygotowano mieszaninê, w której na 1 kg polietylenu Hostalen GD
7255 przypada³o 100 g m¹czki szklanej Mikro-
ver. Po uplastycznieniu mieszaniny kompozytowej w uk³adzie uplastyczniaj¹cym wyt³aczarki dwuœlimakowej, tworzywo wyp³ywa³o
przez dyszê w postaci prêta do wanny ch³odz¹cej, a nastêpnie do granulatora, w którym
nastêpowa³a jego granulacja. Otrzymany granulat poddano procesowi wtryskiwania uzyskuj¹c próbki do badañ wytrzyma³oœciowych.
Najpierw przeprowadzono wtryskiwanie
polietylenu GD 7255 bez zawartoœci m¹czki
szklanej z ustalonym zmiennym czasem ch³odzenia wypraski i wydajnoœci objêtoœciowej
wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wynosz¹cej 5 cm3/s, a póŸniej polietylenu z nape³niaczem w tych samych warunkach. Nastêpnie,
wykonano wtryskiwanie przy zmiennej wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa do
gniazda formy wtryskowej, a czas ch³odzenia
otrzymanych wyprasek by³ sta³y i wynosi³ 20 s.
Próbki pos³u¿y³y do wykonania badañ wytrzyma³oœciowych w próbie statycznego rozci¹gania, twardoœci Shore’a oraz by³y podstaw¹ do przygotowania próbek do badañ udarnoœci Charpy. Pomiar badanych w³aœciwoœci
wykonywano piêciokrotnie a przedstawione
wyniki s¹ ich œrednia arytmetyczn¹.
Badania twardoœci metod¹ Shore’a wykonano zgodnie z norm¹ ISO 868:2003. Badania
udarnoœci metod¹ Charpy przeprowadzono
zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
ISO 179-1:2010, natomiast próbê statycznego
rozci¹gania oraz oznaczenie wybranych w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowych zrobiono zgodnie z norm¹ ISO 527-1. Prêdkoœæ rozci¹gania
wynosi³a 100 mm/min. Podczas badañ udarnoœci stwierdzono, ¿e w ¿adnym przypadku
próbka nie uleg³a z³amaniu.
Wyniki badañ
Po wykonaniu badañ sporz¹dzono wykresy zale¿noœci wybranych w³aœciwoœci
wyprasek wtryskowych od zmiennych parametrów procesu wtryskiwania. Okreœlono
twardoœæ, naprê¿enia przy zerwaniu, wytrzyma³oœæ przy rozci¹ganiu, odkszta³cenia
przy zerwaniu oraz odkszta³cenia przy ma-
497
Rys. 1. Zale¿noœæ twardoœci od czasu ch³odzenia wyprasek wykonanych z polietylenu GD 7255: 1 – nienape³nionego, 2 – nape³nionego m¹czk¹ szklan¹ (10%)
ksymalnej sile rozci¹gaj¹cej od czasu ch³odzenia wypraski w formie.
Zale¿noœæ twardoœci od czasu ch³odzenia
wyprasek wykonanych z polietylenu GD 7255
nienape³nionego oraz nape³nionego m¹czk¹
szklan¹ w iloœci 10% czêœci masowych przedstawiono na rysunku 1. Twardoœæ wyprasek
z nape³niaczem w postaci m¹czki szklanej jest
wiêksza od wyprasek bez tego nape³niacza.
Wartoœci twardoœci wyprasek bez nape³niacza
uzyskanych przy czasie ch³odzenia w formie
w zakresie od 15 do 35 s ró¿ni¹ siê o oko³o
0,2%. Mo¿na wiêc uznaæ, ¿e w badanym zakresie wzrost czasu ch³odzenia nie wp³ywa na
zmianê twardoœci badanych próbek. Wartoœci
twardoœci wyprasek z 10% zawartoœci¹ proszku szklanego uzyskane przy tym samym czasie ch³odzenia ró¿ni¹ siê o oko³o 2%. Mo¿na
wiêc stwierdziæ, ¿e w badanym zakresie
wzrost czasu ch³odzenia równie¿ nie wp³ywa
na zmianê twardoœci badanych próbek, choæ
Rys. 2. Naprê¿enie przy zerwaniu w funkcji czasu ch³odzenia otrzymanych wyprasek: 1 – nienape³nionych, 2 –
nape³nionych m¹czk¹ szklan¹ (10%)
rozrzut wyników jest wiêkszy ni¿ w przypadku wyprasek z samego polietylenu.
Kolejn¹ wyznaczon¹ zale¿noœci¹ jest zale¿noœæ naprê¿enia przy zerwaniu od czasu ch³odzenia otrzymanych wyprasek, któr¹ przedstawiono na rysunku 2.
Czas ch³odzenia wyprasek wp³ywa na
zmianê wartoœci naprê¿enia przy zerwaniu.
Ogólnie, wraz ze wzrostem czasu ch³odzenia
wzrasta wartoœæ naprê¿enia przy zerwaniu.
Dla czasu ch³odzenia wyprasek nienape³nionych od 15 do 25 s naprê¿enia wzrastaj¹ o oko³o 0,5 MPa. Natomiast, przy dalszym wzroœcie
czasu ch³odzenia do 30 s naprê¿enia przy zerwaniu wzrastaj¹ o prawie 0,8 MPa, a dla 35 s
wzrastaj¹ o dalsze 0,3 MPa. Ca³kowity wzrost
naprê¿enia przy zerwaniu wynosi nieca³e 15%.
Natomiast, dla wyprasek nape³nionych 10%
czêœci masowych m¹czki szklanej, wzrost czasu ch³odzenia od 15 do 25 s powoduje bardziej
gwa³towny wzrost naprê¿enia przy zerwaniu,
wynosi on oko³o 1,4 MPa, czyli 12% ich wartoœci oznaczonej przy czasie ch³odzenia 15 s.
W zakresie czasu ch³odzenia od 25 do 35 s naprê¿enia przy zerwaniu wzrastaj¹ ju¿ mniej
intensywnie, tylko o oko³o 0,3 MPa, co stanowi
0,2% ich wartoœci oznaczonej przy czasie ch³odzenia 25 s.
Na rysunku 3 przedstawiono zale¿noœæ
wytrzyma³oœci na rozci¹ganie od czasu ch³odzenia wyprasek otrzymanych z polietylenu
GD 7255 bez udzia³u nape³niacza w postaci
m¹czki szklanej i z 10% udzia³em masowym
Rys. 3. Zale¿noœæ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie od czasu
ch³odzenia wyprasek wykonanych z polietylenu GD
7255: 1 – nienape³nionego, 2 – nape³nionego m¹czk¹
szklan¹ (10%)
498
m¹czki szklanej. Wartoœci wytrzyma³oœci na
rozci¹ganie wyprasek, które uzyskano dla czasów ch³odzenia w zakresie od 15 do 35 s ró¿ni¹
siê pomiêdzy sob¹ o oko³o 2%, zarówno dla
wyprasek polietylenowych bez nape³niacza,
jak i z nape³niaczem w postaci m¹czki szklanej
w iloœci 10% czêœci masowych. W badanym zakresie wzrost czasu ch³odzenia nie wp³ywa
wiêc na zmianê wytrzyma³oœci na rozci¹ganie.
Zale¿noœæ odkszta³cenia przy zerwaniu od
czasu ch³odzenia otrzymanych wyprasek
wtryskowych przedstawiono na rysunku 4.
Rys. 4. Odkszta³cenie przy zerwaniu w funkcji czasu
ch³odzenia wyprasek wykonanych z polietylenu GD
7255: 1 – nienape³nionego, 2 – nape³nionego m¹czk¹
szklan¹ (10%)
Wzrost czasu ch³odzenia wyprasek w formie wp³ywa na zmianê wartoœci odkszta³cenia
przy zerwaniu, powoduj¹c ich spadek, przy
czym odkszta³cenia przy zerwaniu oznaczone
dla wyprasek nape³nionych m¹czk¹ szklan¹
w badanej iloœci s¹ wiêksze od odpowiadaj¹cych im odkszta³ceñ wyznaczonych dla wyprasek nienape³nionych. Dla wyprasek nape³nionych ca³kowity spadek odkszta³cenia
przy zerwaniu wynosi 12%, co odpowiada
wartoœci 80 MPa, natomiast ca³kowity spadek
tego odkszta³cenia dla wyprasek nienape³nionych jest wiêkszy i wynosi 230 MPa, co stanowi
prawie 38% wartoœci pocz¹tkowej.
Natomiast na rysunku 5 przedstawiono zale¿noœæ odkszta³cenia przy maksymalnej sile
rozci¹gaj¹cej od czasu ch³odzenia wyprasek
wykonanych z polietylenu GD 7255 bez nape³niacza i z badan¹ iloœci¹ nape³niacza.
Rys. 5. Zale¿noœæ odkszta³cenia przy maksymalnej sile
rozci¹gaj¹cej od czasu ch³odzenia dla wyprasek wykonanych z polietylenu GD 7255: 1 – nienape³nionego, 2 –
nape³nionego m¹czk¹ szklan¹ (10%)
Wartoœci odkszta³cenia przy maksymalnej
sile rozci¹gaj¹cej, które uzyskano dla czasów
ch³odzenia w zakresie od 15 do 35 s ró¿ni siê
o oko³o 1% w przypadku wyprasek nienape³nionych i o oko³o 2% w przypadku wyprasek nape³nionych m¹czk¹ szklan¹. Mo¿na wiêc
stwierdziæ, ¿e w obu przypadkach wzrost czasu ch³odzenia od 15 do 35 s, badanych próbek
nie wp³ywa na zmianê odkszta³cenia przy
maksymalnej sile rozci¹gaj¹cej.
Wypraski, które w swoim sk³adzie nie zawieraj¹ m¹czki szklanej maj¹ wiêksz¹ jednorodnoœæ od wyprasek, które by³y nape³nione
m¹czk¹ szklan¹. Œwiadczy o tym ma³y rozrzut
wyników badañ twardoœci.
Drugim, zmiennym parametrem wtryskiwania by³a wydajnoœæ objêtoœciowa wyp³ywu
kompozycji polimerowej (tworzywa) do gniazda formy wtryskowej. Wyniki badañ zinterpretowano graficznie. Okreœlono twardoœæ, naprê¿enia przy zerwaniu, wytrzyma³oœæ przy rozci¹ganiu, odkszta³cenia przy zerwaniu oraz
odkszta³cenia przy maksymalnej sile rozci¹gaj¹cej od wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu
tworzywa do gniazda formy wtryskowej. Zale¿noœæ twardoœci od wydajnoœci objêtoœciowej
wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wtryskowej podczas otrzymywania wyprasek wykonanych z polietylenu GD 7255 oraz nape³nionych 10% zawartoœci¹ m¹czki szklanej
przedstawiono na rysunku 6.
Wraz ze wzrostem wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa do gniazda formy
499
Rys. 6. Zale¿noœæ twardoœci od wydajnoœci objêtoœciowej
wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wtryskowej dla:
1 – tworzywa nienape³nionego, 2 – tworzywa z 10%
zawartoœci¹ m¹czki szklanej
Rys. 7. Zale¿noœæ naprê¿enia przy zerwaniu od wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wtryskowej dla: 1 – tworzywa nienape³nionego, 2 –
tworzywa z 10% zawartoœci¹ m¹czki szklanej
wtryskowej maleje twardoœæ badanych próbek,
przy czym twardoœæ wyprasek bez nape³niacza jest nieznacznie ni¿sza od twardoœci wyprasek z nape³niaczem. W przypadku wyprasek nape³nionych 10% udzia³em masowym
m¹czki szklanej wzrost wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej do
gniazda formy wtryskowej w zakresie od 5 do
30 cm3/s skutkuje nieznacznym zmniejszeniem
twardoœci wynosz¹cym 0,5°ShD. Dalszy
wzrost wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu
kompozycji polimerowej do gniazda formy
wtryskowej do 45 cm3/s powoduje spadek
twardoœci o 1,7 °ShD, natomiast kolejny wzrost
do 90 cm3/s skutkuje spadkiem twardoœci o kolejne 0,4 °ShD. W ca³ym zbadanym zakresie
zwiêkszania wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa zmniejszenie twardoœci wynosi³o 2,6 °ShD, co stanowi 4,6% wartoœci pocz¹tkowej. Natomiast, dla wyprasek bez nape³niacza zmniejszenie twardoœci otrzymanych wyprasek przy takim samym zwiêkszeniu wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa jest
prawie takie samo i wynosi 2,8 °ShD.
Zale¿noœæ naprê¿enia przy zerwaniu od
wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej (tworzywa) do gniazda formy
wtryskowej w przypadku wyprasek wykonanych z polietylenu GD 7255 oraz nape³nionych
10% zawartoœci¹ m¹czki szklanej przedstawiono na rysunku 7.
Wraz ze wzrostem wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej do
gniazda formy wtryskowej malej¹ naprê¿enia
przy zerwaniu otrzymanych wyprasek polietylenowych nape³nionych 10% udzia³em
m¹czki szklanej, jak i nienape³nionych. W badanym zakresie zmiennoœci wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa, naprê¿enia
przy zerwaniu zmala³y o 2,4 MPa, w przypadku wydajnoœci objêtoœciowej oraz o 1,4 MPa
w przypadku wyprasek nienape³nionych. Stanowi to odpowiednio ponad 19% oraz ponad
12,5% wartoœci pocz¹tkowej. W obu przypadkach mo¿na tak¿e zaobserwowaæ intensywniejszy spadek twardoœci przy ni¿szych wartoœciach wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu
tworzywa do gniazda. Dla wyprasek nape³nionych podczas wzrostu wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej do
gniazda formy wtryskowej z 5 do 30 cm3/s,
czyli o 25 cm3/s naprê¿enia przy zerwaniu
zmala³y o 1,8 MPa. Przy wzroœcie wydajnoœci
objêtoœciowej wyp³ywu o kolejne 20 cm3/s spadek wartoœci naprê¿enia przy zerwaniu jest ju¿
mniejszy i wynosi oko³o 0,6 MPa. Dla wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa
w zakresie od 50 do 95 cm3/s wartoœæ naprê¿eñ
przy zerwaniu jest niezmienna i wynosi 10,2
MPa.
Zale¿noœæ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie od
wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa
do gniazda formy wtryskowej podczas otrzymywania wyprasek z nape³niaczem oraz bez
nape³niacza w postaci m¹czki szklanej przedstawiono na rysunku 8.
500
Rys. 8. Zale¿noœæ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie od wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa do gniazda
formy wtryskowej dla: 1 – tworzywa nienape³nionego,
2 – tworzywa z 10% zawartoœci¹ m¹czki szklanej
Rys. 9. Odkszta³cenie przy zerwaniu od wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wtryskowej dla: 1 – tworzywa nienape³nionego, 2 – tworzywa
z 10% zawartoœci¹ m¹czki szklanej
Zmiana wartoœci wydajnoœci objêtoœciowej
wtryskowej powoduje niewielk¹ zmianê wartoœci wytrzyma³oœci na rozci¹ganie. Wraz ze
wzrostem wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu
wtryskowej maleje wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie zarówno dla wyprasek nape³nionych, jak
i nienape³nionych. Przy czym, wytrzyma³oœæ
na rozci¹ganie wyprasek nape³nionych jest
nieznacznie wiêksza od wytrzyma³oœci na rozci¹ganie wyprasek nienape³nionych. W przypadku wyprasek nape³nionych, podczas
wzrostu wydajnoœci objêtoœciowej kompozycji
polimerowej do gniazda formy wtryskowej o
25 cm3/s, a wiêc z 5 do 30 cm3/s zmiana wytrzyma³oœci na rozci¹ganie jest najwiêksza i wynosi
ponad 0,3 MPa. Wzrost wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej do
gniazda formy wtryskowej od 30 do 95 cm3/s,
czyli o 65 cm3/s skutkuje zmniejszeniem wartoœci wytrzyma³oœci na rozci¹ganie otrzymanych próbek o ponad 0,2 MPa.
Na rysunku 9 przedstawiono zale¿noœæ odkszta³cenia przy zerwaniu od wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej
do gniazda formy wtryskowej dla wyprasek
nape³nionych badan¹ iloœci¹ m¹czki szklanej
oraz nienape³nionych.
Wraz ze wzrostem wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej do
gniazda formy wtryskowej malej¹ odkszta³cenia przy zerwaniu otrzymanych wyprasek
polietylenowych nape³nionych 10% udzia³em
masowym m¹czki szklanej oraz wyprasek nienape³nionych. Pocz¹tkowo spadek ten jest bardzo intensywny. Dla wydajnoœci objêtoœciowej
wyp³ywu kompozycji polimerowej do gniazda
formy wtryskowej wynosz¹cej 30 cm3/s odkszta³cenia przy zerwaniu wyprasek nape³nionych, jak i nienape³nionych zmala³y o 200%
w porównaniu do wartoœci otrzymanych przy
wydajnoœci objêtoœciowej wynosz¹cej 5 cm3/s.
Przy wzroœcie wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu kompozycji polimerowej do gniazda
formy wtryskowej o 20 cm3/s nastêpuje spadek
odkszta³cenia przy zerwaniu o kolejne 140%,
natomiast kolejny wzrost wydajnoœci objêtoœciowej do 95 cm3/s skutkuje spadkiem odkszta³cenia przy zerwaniu o 60%.
Ca³kowity spadek odkszta³cenia przy zerwaniu wynosi ponad 82,0% w stosunku do
wartoœci pocz¹tkowej, zarówno w przypadku
wyprasek nape³nionych, jak i nienape³nionych.
Zale¿noœæ odkszta³cenia przy maksymalnej
sile rozci¹gaj¹cej od wydajnoœci objêtoœciowej
wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wtryskowej dla wyprasek wykonanych z polietylenu GD 7255 z 10% zawartoœci¹ m¹czki szklanej
oraz bez tego nape³niacza przedstawiono na
rysunku 10.
Najwiêksza ró¿nica wartoœci odkszta³cenia
przy maksymalnej sile rozci¹gaj¹cej wyprasek
nape³nionych m¹czk¹ szklan¹, któr¹ uzyskano
dla objêtoœciowego natê¿enia wyp³ywu kom-
501
Rys. 10. Zale¿noœæ odkszta³cenia przy maksymalnej sile
rozci¹gaj¹cej od wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa: 1 – tworzywo nienape³nione, 2 – tworzywo z 10%
zawartoœci¹ m¹czki szklanej
pozycji polimerowej do gniazda formy wtryskowej w zakresie od 5 do 95 cm3/s wynosi oko³o 2%, w przypadku wyprasek nienape³nionych ró¿nice te s¹ jeszcze mniejsze. Mo¿na
wiêc stwierdziæ, ¿e w badanym zakresie
wzrost wydajnoœæ objêtoœciowa wyp³ywu
wtryskowej nie wp³ywa na odkszta³cenie przy
maksymalnej sile rozci¹gaj¹cej.
Wydajnoœæ objêtoœciowa wyp³ywu tworzywa do gniazda formy wtryskowej wp³ywa
w niewielkim stopniu na twardoœæ, naprê¿enia
przy zerwaniu, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie
oraz na odkszta³cenia przy zerwaniu, natomiast nie wp³ywa na odkszta³cenia przy maksymalnej sile rozci¹gaj¹cej. Wraz ze wzrostem
wydajnoœci objêtoœciowej wyp³ywu tworzywa
do gniazda formy wtryskowej nast¹pi³ wzrost
wartoœci twardoœci, naprê¿enia przy zerwaniu,
wytrzyma³oœci na rozci¹ganie oraz odkszta³cenia przy zerwaniu.
Podziêkowania
Autorzy sk³adaj¹ podziêkowania German
Academic Exchange Service (DAAD) oraz Dyrektorowi Institut für Produktionstechnik prof.
T. Merkel za umo¿liwienie i finansowe wsparcie badañ.
Literatura
1.
Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badañ
mo¿na stwierdziæ, ¿e m¹czka szklana w iloœci
10% udzia³u masowego nie wykazuje w³aœciwoœci wzmacniaj¹cych w mieszaninach polimerowych, w których osnow¹ jest polietylen du¿ej
gêstoœci o nazwie Hostalen GD 7255, a badane
parametry wtryskiwania maj¹ wp³yw na wybrane w³aœciwoœci otrzymanych wyprasek.
Wykazano, ¿e czas ch³odzenia (w zakresie
od 15 do 35 s) wypraski wp³ywa na naprê¿enia
przy zerwaniu oraz na odkszta³cenia przy zerwaniu. Wraz ze wzrostem czasu ch³odzenia
wzrasta³y naprê¿enia przy zerwaniu. W przypadku odkszta³cenia przy zerwaniu wzrost
czasu ch³odzenia powodowa³ ich spadek. Natomiast, nie wykazano wp³ywu czasu ch³odzenia na twardoœæ, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie
oraz na odkszta³cenia przy maksymalnej sile
rozci¹gaj¹cej, zarówno dla wyprasek nienape³nionych, jak i nape³nionych m¹czk¹ szklan¹
w iloœci 10% czêœci masowych.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Valášek P., Müller M.: Polymeric composite based
on glass powder – usage possibilities in agrocomplex. Scientia Agriculturae Bohemica 2013, 44, 2,
107–112.
Ku H., Trada M., Cecil T., Wong P.: Tensile Tests of
Phenol Formaldehyde Glass-Powder-Reinforced
Composites: Pilot Study. Journal of Applied Polymer Science 2010, 116, 1, 10-17.
Lee J., Yee A. F.: Inorganic particle toughening I; micro-mechanical deformations in the fracture of glass
bead filled epoxies. Polymer 2001, 42, 577-588.
Kaczmar J. W., Bielañski A.: Kompozyty na osnowie
polipropylenu wzmacniane mikrokulkami szklanymi.
Teka Kom. Bud. Ekspl. Masz. Elektrotech. Bud. –
OL PAN 2008, 63-68.
Jeziórska R.: New higher added value polymeric materials made of fabrics wastes containing poly(ethylene
terephthalate). Polimery 2005, 50, 6, 468-472.
Wang N., Yu J., Ma X.: Preparation and characterization of thermoplastic starch/PLA blends by one-step
reactive extrusion. Polymer International 2007, 56,
11, 1440–1447.
Sikora R.: Tworzywa wielkocz¹steczkowe. Rodzaje
w³aœciwoœci i struktura. Wydawnictwo Uczelniane
Politechniki Lubelskiej. Lublin 1991.
502
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
G³ogowska K., Sikora J.W.: Ocena w³aœciwoœci przetwórczych i cieplnych wyprasek wtryskowych nape³nionych proszkowym nape³niaczem metalicznym. Przetwórstwo tworzyw 2015, 21, 2, 98-103.
Kuciel S., Liber A.: Ocena skutecznoœci wzmacniania
polietylenów m¹czk¹ drzewn¹. Polimery 2005, 50, 6,
436-440.
Aruniit A., Kers J., Tall K., Majak J., Krumme A.:
Influence of hollow glass microspheres on the mechanical and physical properties and cost of particle reinforced polymer composites. Proceedings of the Estonian
Academy of Sciences 2012, 61, 3, 160-165.
Ku H., Wong P.: Contrast on tensile and flexural properties of glass powder reinforced epoxy composites: pilot study. Journal of Applied Polymer Science 2012,
123, 1, 152-161.
Balkan O., Demirer H.: Mechanical properties of glass
bead- and wollastonite-filled isotactic-polypropylene
composites modified with thermoplastic elastomers.
Polymer Composites 2010, 31, 7, 1285–1308.
Stricker F., Bruch M., Muhlhaupt R.: Mechanical
and thermal properties of syndiotactic polypropylene
filled with glass beads and talcum. Polymer 1997, 38,
5347-5353.
Liang J. Z., Li R. K. Y., Tjong S.C.: Effect of glass bead
size and content on the viscoelasticity of filled polypro-
15.
16.
17.
18.
19.
20.
pylene composites. Polymer Testing 2000, 19,
213-220.
Liang J. Z., Wu C. B.: Effects of the glass bead content
and the surface treatment on the mechanical properties
of polypropylene composites. Journal of Applied Polymer Science 2012, 123, 5, 3054–3063.
Saheb D. N., Jog J. P.: Natural Fiber Polymer Composites: A Review. Advances in Polymer Technology
1999, 18, 4, 351–363.
Breuer O., Sundararaj U.: Big returns from small fibers: a review of polymer/carbon nanotube composites.
Polymer composites, 2004, 25, 6, 630-645.
Al-Oqla F. M., Sapuan S. M.: Natural fiber reinforced
polymer composites in industrial applications: feasibility of date palm fibers for sustainable automotive industry. Journal of Cleaner Production 2014, 66,
347–354.
Carlsson L. A., Adams D. F., Pipes R. B.: Experimental Characterization of Advanced Composite Materials, Fourth Edition. Taylor and Francis Group,
Boca Raton-London-New York 2014.
Wulfsberg J., Herrmann A., Ziegmann G., Lonsdorfer G., Stöß N., Fette M.: Combination of Carbon
Fibre Sheet Moulding Compound and Prepreg Compression Moulding in Aerospace Industry. Procedia
Engineering 2014, 81, 1601–1607.
XI Miêdzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Advances in Plastics Technology – APT’15”
503
Anna PAJ¥K, Instytut In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników, Oddzia³ Farb i Tworzyw
XI Miêdzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna
„Advances in Plastics Technology – APT’15”
W dniach 13 – 15 paŸdziernika 2015 r. na terenie Centrum Wystawienniczego Expo Silesia
w Sosnowcu odby³a siê jedenasta miêdzynarodowa konferencja poœwiêcona technologii tworzyw polimerowych „Advances in Plastics Technology – APT ‘15”, zorganizowana przez gliwicki Oddzia³ Farb i Tworzyw Instytutu In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników.
Konferencje te organizowane s¹ w cyklu dwuletnim od 1996 r. i s¹ wa¿nym wydarzeniem
w Europie Œrodkowowschodniej, które na sta³e
wesz³o do kalendarza spotkañ naukowo-technicznych, poœwiêconych najnowszym osi¹gniêciom w dziedzinie tworzyw polimerowych.
G³ównym celem konferencji by³o przedstawienie œwiatowych trendów i osi¹gniêæ w zakresie
technologii przetwórstwa tworzyw, jak równie¿ stworzenie p³aszczyzny wspó³pracy w tej
dziedzinie miedzy Europ¹ Wschodni¹, Œrodkow¹ i Zachodni¹ oraz pomiêdzy nauk¹ i przemys³em.
Konferencjê prowadzono w jêzyku angielskim i polskim z t³umaczeniem symultanicznym ca³ego jej przebiegu. Wziê³o w niej udzia³
ponad 80 specjalistów bran¿y przetwórstwa
tworzyw oraz przedstawicieli œwiata nauki
z 12 krajów (Austrii, Cypru, Hiszpanii, Kanady, Niemiec, Polski, S³owacji, Szwajcarii, Szwe-
cji, Ukrainy, Wielkiej Brytanii i W³och), reprezentuj¹cych 55 instytucji (w tym 61 % instytucji
zagranicznych). Iloœæ uczestników z zagranicy
stanowi³a 54 % ca³kowitej liczby delegatów.
Podobnie jak mia³o to miejsce w latach ubieg³ych, najliczniej, po Polakach reprezentowani
byli Niemcy w iloœci 25 osób, 5 uczestników
przyby³o z Austrii, 4 ze S³owacji, 2 osoby
z Hiszpanii i Wielkiej Brytanii. 56 % instytucji
reprezentowanych na konferencji stanowi³y
jednostki przemys³owe bran¿y tworzyw, a
43 % – instytucje naukowo-badawcze i wy¿sze
uczelnie.
Przewodnicz¹c¹ Komitetu Naukowego
konferencji by³a dr hab. in¿. Ewa Kicko-Walczak, prof. nadzw. – Dyrektor Instytutu In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników.
Ponadto w Komitecie naukowym konferencji
zasiadali: dr Krzysztof Bortel – Dyrektor Oddzia³u Farb i Tworzyw IIMPiB), dr Christoph
Burgstaller – Dyrektor centrum badawczego
tworzyw –Transfercenter für Kunststofftechnik GmbH z Austrii, prof. Gernod Dittel – Dyrektor firmy projektowo-doradczej Dittel Engineering, prof. dr in¿. Achim Frick – dyrektor
Institute of Polymer Science and Processing
z Aalen University z Niemiec, prof. Edward
Kosior – Dyrektor firmy doradczej Nextek Ltd.
504
z W. Brytanii, prof. dr hab. in¿. Marek Kowalczuk – z Centrum Materia³ów Polimerowych
i Wêglowych PAN, dr hab. in¿. Marek Matlengiewicz z Uniwersytetu Œl¹skiego, Anna Paj¹k
z Instytutu In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników, Helmut Schmid – Kierownik Dzia³u Nanotechnologii z Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT z Niemiec
oraz prof. dr Vladyslav Voloshynets z Politechniki Lwowskiej z Ukrainy.
Program konferencji obejmowa³ 49 referatów i 8 plakatów, z czego 35 referatów i 3 plakaty zosta³y zaprezentowane przez przedstawicieli zagranicznych oœrodków przemys³owych oraz naukowo-badawczych. Wiêkszoœæ
referatów w liczbie 29 zosta³o zaprezentowanych przez przedstawicieli wy¿szych uczelni i
jednostek badawczo-rozwojowych.
Przedmiotem konferencji by³y nastêpuj¹ce
zagadnienia:
– Surowce i pó³produkty dla tworzyw:
nowe osi¹gniêcia w dziedzinie materia³ów polimerowych (polimery biodegradowalne, polimery i kopolimery techniczne, kompozyty polimerowe), nape³niacze oraz nowej generacji
œrodki pomocnicze i modyfikatory;
– Osi¹gniêcia w zakresie przetwórstwa tworzyw i ich stosowania z uwzglêdnieniem aspektów ekologicznych;
– Maszyny i urz¹dzenia;
– Zagadnienia badawczo-rozwojowe oraz
kontrolno-pomiarowe.
Teksty referatów zosta³y opublikowane
w j. angielskim w materia³ach konferencyjnych, a ich streszczenia oraz biografie osób
wyg³aszaj¹cych w Biuletynie APT’15. Materia³y te otrzymali uczestnicy konferencji. Program
konferencji by³ realizowany w X sesjach tematycznych.
Konferencjê otworzy³a Dyrektor Instytutu
In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników dr hab. in¿. Ewa Kicko-Walczak, prof.
nadzw., a nastêpnie g³os zabra³a mgr in¿. Anna
Paj¹k – przewodnicz¹ca Komitetu Organizacyjnego konferencji. Pierwsz¹ sesjê dotycz¹c¹
surowców stosowanych do przetwórstwa tworzyw polimerowych prowadzi³ dr Maciej
Umiñski z firmy Omya Polska Sp. z o.o, a kolejnym sesjom z zakresu tej tematyki przewodniczyli: prof. dr hab. in¿. Marek Kowalczuk,
dr in¿. Jan Hauptmann z Fraunhofer Institute
for Material and Beam Technologies z Niemiec
oraz dr in¿. Stephan Kabasci – Kierownik Zak³adu Biotworzyw z Fraunhofer Institute for
Environmental, Safety, and Energy Technology
z Niemiec.
Referat otwieraj¹cy poœwiêcony zagadnieniom synergicznego oddzia³ywania hybrydowych retardantów palenia na charakterystykê
¿ywic termoutwardzalnych wyg³osi³a dr hab.
in¿ Ewa Kicko-Walczak, prof. nadzw. oraz mgr
in¿. Gra¿yna Rymarz z Instytutu IMPiB.
Przedstawiono badania, których celem by³o
obni¿enie palnoœci ¿ywic termoutwardzalnych
dziêki zastosowaniu nanokompozytów, zawieraj¹cych wielosk³adnikowe bezhalogenowe
uniepalnacze. Synergiczne wspó³dzia³anie
bezhalogenowych uniepalniaczy fosforowo-azotowych ze specjalnie dobranymi nanonape³niaczami pozwoli³o na obni¿enie poziomu palnoœci produktów. Wp³yw tych inhibitorów procesu spalania na poziom palnoœci termoutwardzalnych kompozycji polimerowych
zosta³ okreœlony na podstawie pomiaru wartoœci indeksu tlenowego (LOI), analizy termograwimetrycznej oraz analizy procesu destrukcji termicznej za pomoc¹ kalorymetru sto¿kowego. Przeprowadzone badania potwierdzi³y obni¿enie w³aœciwoœci palnych przy zastosowaniu hybrydowych retardantów palenia. Obserwowano synergiczne wspó³dzia³anie pomiêdzy konwencjonalnymi modyfikatorami i nanonape³niaczami, w szczególnoœci
grafitem ekspanduj¹cym. Opracowana modyfikowana kompozycja bêdzie zastosowana do
produkcji rur wykonanych metod¹ centralnego odœrodkowego formowania (CC–GRP). Nanokompozyty stanowi¹ now¹ kategoriê retardantów palenia dla systemów polimerowych.
Kolejne referaty dotyczy³y polimerów biodegradowalnych stosowanych do przetwórstwa tworzyw. Bioaktywne i biodegradowalne
polimerowe materia³y opakowaniowe otrzymane z odpadów przemys³owych i biomasy
by³y przedmiotem wyst¹pienia prof. Kowalczuka z Centrum Materia³ów Polimerowych
i Wêglowych PAN oraz University of Wolverhampton z W. Brytanii. W zale¿noœci od Ÿród³a
pochodzenia, materia³y polimerowe dziel¹ siê
na pochodz¹ce ze Ÿróde³ kopalnych, odnawialnych oraz mieszaniny Ÿróde³ kopalnych i odnawialnych. Nale¿¹ do nich polihydroksy al-
505
Instytutu Badawczego Opakowañ – COBRO
omówi³a biotworzywa do produkcji giêtkich
i sztywnych folii opakowaniowych. W dziedzinie produkcji materia³ów opakowaniowych
wdra¿ane s¹ nowe technologie oparte g³ównie
na biomasie. Materia³y te s¹ bardziej przyjazne
œrodowisku z uwagi na obni¿on¹ w stosunku
do materia³ów petrochemicznych emisjê CO2.
Fot. 1. Dr Ekaterina Sokolovskaya (Arkema, Niemcy) wyg³asza referat
kaniany (PHA), stanowi¹ce kategoriê biopolimerów syntezowanych metodami biotechnologicznymi lub chemicznymi. Szczególny nacisk po³o¿ony zosta³ na produkcjê PHA przy
u¿yciu bakterii z odpadów polietylenu (utleniony wosk polietylenowy) oraz biomasy (odpady z przetwórstwa jab³ek) na drodze fermentacji mikrobiologicznej. Odpady te mog¹
byæ u¿yteczne jako alternatywne Ÿród³o wêgla
do produkcji PHA. Otrzymany w ten sposób
PHA mo¿e byæ zamieniony w wartoœciowe
bioaktywne i biodegradowalne oligomery stosowane jako dodatki do kompostowalnych
opakowañ z tworzyw o przed³u¿onym cyklu
¿ycia. Biodegradowalne tworzywa nie zawsze
s¹ kompostowalne, natomiast tworzywa kompostowalne s¹ zawsze biodegradowalne.
Dr hab. in¿. Hanna ¯akowska, prof. nadzw. z
Pojêcie biotworzyw obejmuje tworzywa wytwarzane z surowców odnawialnych (biodegradowalne i niebiodegradowalne) oraz tworzywa biodegradowalne wytwarzane z surowców petrochemicznych. Do biopolimerów stosowanych do produkcji giêtkich i sztywnych
folii opakowaniowych nale¿¹ przede wszystkim klasyczne tworzywa polimerowe ze Ÿróde³ odnawialnych przewidziane do recyklingu
materia³owego (PE, PP Braskem) oraz biodegradowalne tworzywa polimerowe ze Ÿróde³
odnawialnych i petrochemicznych przewidziane do recyklingu organicznego (kompostowania). W grupie tej znajduj¹ siê polilaktydy
Nature Works LLC, kompozycje polimerowo-skrobiowe Mater-Bi (Novamont SpA), folie
celulozowe Natureflex (Innovia Films), Ecoflex
i Ecovio (BASF). Nastêpnie in¿. Alberto Castel-
506
lanza z firmy Novamont SpA (W³ochy) omówi³
nowe zastosowania biotworzyw o nazwie handlowej Mater-Bi. Przedstawione zosta³y w³aœciwoœci mechaniczne materia³ów, najwa¿niejsze technologie, które mog¹ byæ stosowane do
otrzymania gotowych produktów oraz g³ówne
ich zastosowania na rynku z uwzglêdnieniem
korzyœci ekologicznych wystêpuj¹cych przy
u¿yciu tworzyw kompostowalnych. Kontynuuj¹c tematykê biotworzyw, dr Ekaterina Sokolovskaya z firmy Arkema GmbH z Niemiec
zaprezentowa³a pe³n¹ paletê d³ugo³añcuchowych biopoliamidów o wysokich parametrach
eksploatacyjnych opartych na oleju rycynowym oraz lekkich materia³ach. Opracowane
przez firmê produkty mog¹ byæ przetwarzane
zgodnie ze wszystkimi technologiami przetwórstwa tworzyw oraz charakteryzuj¹ siê dobrymi parametrami u¿ytkowymi, zadowalaj¹cymi kosztami oraz bezpieczn¹ dostaw¹.
Dr Stephan Kabasci przedstawi³ osi¹gniêcia
w zakresie opakowañ piankowych do kontaktu z ¿ywnoœci¹ wykonanych z octanu celulozy.
Opakowania w postaci termoformowalnych
tac by³y otrzymywane na drodze wyt³aczania
spienionego zewnêtrznie plastyfikowanego
octanu celulozy (plCA) przy zastosowaniu etanolu jako œrodka porotwórczego. Wyniki prac
wykaza³y, ¿e plCA jest obiecuj¹cym biopolimerem dla wyt³aczania pianek i mo¿e stanowiæ
odpowiedni¹ alternatywê dla polistyrenu.
Dr Przemys³aw Olszynski z firmy DOW Chemical Europe GmbH (Szwajcaria) omówi³
nowy proces polimeryzacji zamykaj¹cej ³añcuch (CSA) w celu produkcji olefinowych kopolimerów blokowych (OBC), stanowi¹cych
now¹ rodzinê poliolefin opart¹ na elastomerach o wysokich parametrach eksploatacyjnych. Olefinowe kopolimery blokowe charakteryzuj¹ siê odpornoœci¹ na ciep³o, wysok¹
elastycznoœci¹, ³atwym przetwórstwem oraz
mo¿liwoœci¹ uzyskania kombinacji w³aœciwoœci niemo¿liwych do otrzymania dla obecnie
stosowanych elastomerów poliolefinowych.
Przeróbka wêgla kamiennego zw³aszcza na
polimery o specjalnych w³aœciwoœciach by³a
przedmiotem wyst¹pienia prof. Zygmunta
Wirpszy (ECO Innova, Warszawa). Z wêgla
(antracyt lub koks) i wapnia otrzymuje siê karbid (nierozpuszczalny i trudno topliwy). Karbid reaguje z chlorkiem cynku do rozpuszczalnych i topliwych zwi¹zków metaloorganicznych typu Grignarda, ich polimerów i pochodnych. Karbid, jego roztwory i pochodne maj¹
ogromny potencja³ termodynamiczny, na który
sk³adaj¹ siê wi¹zania potrójne, podwójne i metaloorganiczne. Potencja³ ten mo¿na wykorzystywaæ bezpoœrednio w postaci energii
elektrycznej (np. ogniwa) lub termicznej oraz
przekszta³caæ na produkty o znacznej wartoœci
u¿ytkowej np. tanie, reaktywne polimery: liniowe – polisprzê¿one ³añcuchy wêglowe (polieny) oraz p³askie, o jednoatomowej gruboœci,
grafeny i grafany oraz ich pochodne. Znane ju¿
polimery tego typu mo¿na modyfikowaæ przy
ka¿dym atomie wêgla. Strategicznie, mo¿na
zastêpowaæ polimery z importowanej ropy
naftowe przez polimery z tañszego, krajowego
wêgla kamiennego.
W tematyce dotycz¹cej nape³niaczy i œrodków pomocniczych mgr in¿. Henrik Eriksson
z firmy Polykemi AB (Szwecja) przedstawi³
nowo opracowan¹ gamê zwi¹zków polipropylenu wzmocnionych talkiem o wysokich parametrach eksploatacyjnych w zastosowaniu do
samochodów o obni¿onym ciê¿arze. Najbardziej popularnym materia³em jest homopolimer PP o 20%-owej zawartoœci talku o znacznie
obni¿onej gêstoœci. Istnieje tak¿e mo¿liwoœæ
modyfikowania PP przy pomocy w³ókien pochodz¹cych z surowców odnawialnych. Nastêpnie dr Miros³awa Prochoñ z Politechniki
£ódzkiej omówi³a proekologiczne hydrolizaty
oraz inne modyfikacje bia³kowe g³ównie stosowane do syntetycznych kauczuków, a in¿. Marion Zybarth z firmy Hoffmann Mineral AG z
Niemiec przedstawi³a funkcjonalne nape³niacze stosowane do termoplastów jak poliamid
(PA), poli(siarczek fenylenu) (PPS) i politereftalan butylenowy (PBT). Mineralne nape³niacze jak kaolin, wolastonit, ziemia krzemionkowa stosowane samodzielnie lub w kombinacji
z w³óknem szklanym albo kulkami szklanymi
stwarzaj¹ nowe mo¿liwoœci w aspekcie funk-
cjonalnej obróbki powierzchni. W wyniku zastosowania funkcjonalnych nape³niaczy poprawie ulega odpornoœæ na temperaturê, odpornoœæ na uderzenie nawet w niskich temperaturach, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, wyd³u¿enie przy zrywaniu, odpornoœæ na zarysowania oraz wiele innych parametrów zwi¹zanych z obni¿eniem kosztów. Wysokie wymagania w technologii przetwórstwa dla bezhalo-
507
nia. Uzyskane produkty by³y badane pod
k¹tem ich w³aœciwoœci mechanicznych oraz
zdolnoœci uniepalniania.
W grupie tematycznej dotycz¹cej kompozytów, mgr Clemens Buschhoff z Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT) z Niemiec omówi³ dostosowywanie kompozytów
termoplastycznych wzmocnionych w³óknem
o podwy¿szonych parametrach eksploatacyj-
Fot. 2. Dr Christoph Burgstaller (transfercenter for PLastics, Austria) prowadzi sesjê
genowych zwi¹zków uniepalniaj¹cych zgodne
z wymogami przepisów dotycz¹cych produktów dla budownictwa CPR by³y tematem wyst¹pienia dr Olivera Töpfer z firmy Nabaltec AG
z Niemiec. Regulacje CPR stawiaj¹ wysokie
wymagania dla wszystkich materia³ów budowlanych. W szczególnoœci otrzymywanie
bezhalogenowych retardantów palenia o wysokiej zawartoœci nape³niaczy stwarza nowe
wymagania zarówno dla surowców, jak i procesu przygotowania mieszanek. Czysty str¹cony wodorotlenek glinu by³ poddawany procesowi mieszania podczas wyt³aczania przy u¿yciu wyt³aczarki dwuœlimakowej. Okreœlone
zosta³y kluczowe parametry procesu wyt³acza-
nych do niskich kosztów inwestycyjnych, natomiast in¿. Sebastian Fritzsche z Brandenburg
University of Technology (BTU) z Niemiec zaprezentowa³ wzmocnione w³óknem tworzywowe konstrukcje wielowarstwowe (FRP) do
p³yt pod³ogowych o niskim ciê¿arze. Wielowarstwowe konstrukcje wzmocnione w³óknem stosowane s¹ coraz czêœciej przy budowie
pojazdów. Podobnie, jak ma to miejsce w lotnictwie, materia³y te zastêpuj¹ konwencjonalne czêœci wykonane z izotropowych materia³ów technicznych w celu zmniejszenia ciê¿aru
przy równoczesnym wzroœcie wydajnoœci.
Wysoko odporne na zu¿ycie pow³oki PVD dla
wielowarstwowych konstrukcji opartych na
508
tworzywach wzmocnionych w³óknem wêglowym (CFRP) by³y przedmiotem referatu mgr.
Markusa Schulze równie¿ z Brandenburg University of Technology (BTU). Tworzywa
wzmocnione w³óknem wêglowym s¹ powszechnie stosowane do wytwarzania materia³ów o niskim ciê¿arze i wysokiej wytrzyma³oœci. Wad¹ tych materia³ów jest niezadowalaj¹ca odpornoœæ na zu¿ycie. W celu poprawy
tego parametru zastosowano pow³oki wytwarzane poprzez fizyczne osadzanie pary (PVD),
która jest osadzana na termoplastycznym poliamidzie 6 wzmocnionym w³óknem wêglowym. Badania wp³ywu modyfikacji powierzchni na mieszanki pianek metalicznych z materia³ami termoplastycznymi by³y przedmiotem
wyst¹pienia mgr Maik Eno Steffen z Technische Universität Ilmenau z Niemiec. Pianki
aluminiowe w wyniku porowatej struktury komórek sieci krystalicznej charakteryzuj¹ siê
niskim ciê¿arem przy wzglêdnie wysokiej
sztywnoœci. W po³¹czeniu z materia³ami termoplastycznymi mo¿na uzyskaæ cechy charakterystyczne dla obu materia³ów, otrzymuj¹c
nowy materia³ kompozytowy. Produkcja takich materia³ów hybrydowych w procesie formowania wtryskowego wymaga szczegó³owego okreœlenia zasadniczych parametrów procesu. Niska odpornoœæ na ciœnienie pianki aluminiowej jest niekorzystna w œwietle wystêpuj¹cych wysokich ciœnieñ w procesie formowania za pomoc¹ wtrysku. Wysokie ciœnienia powoduj¹ ³amanie zewnêtrznej powierzchni komórek pianki oraz wystêpowanie przenikania
struktury pianki przez stopione tworzywo.
W celu zmniejszenia tego zjawiska przeprowadzano ró¿ne modyfikacje powierzchni materia³ów kompozytowych. Nastêpnie in¿. Peter
Wiedemann z firmy WIPAG Sued GmbH &
Co. KG z Niemiec omówi³ w³aœciwoœci i zastosowania termoplastycznych mieszanek
z w³óknem wêglowym. Termoplastyczne tworzywa wzmocnione w³óknem wêglowym stosowane s¹ do produkcji czêœci karoserii samochodowych i stanowi¹ doskona³y materia³ do
wytwarzania lekkich czêœci konstrukcyjnych.
W porównaniu do mieszanek termoplastycz-
nych wzmocnionych w³óknem szklanym, tworzywa z w³óknem wêglowym charakteryzuj¹
siê znacznie wy¿szym modu³em sprê¿ystoœci,
wy¿sz¹ odpornoœci¹ na uderzenie oraz ni¿sz¹
gêstoœci¹. W zwi¹zku z powy¿szym nadaj¹ siê
doskonale do produkcji wewnêtrznych czêœci
samochodowych, dla których wymagana jest
wysoka odpornoœæ na uderzenie. Dr Jan
Hauptmann omówi³ zagadnienie ciêcia laserowego tworzyw polimerowych wzmocnionych
w³óknem oraz jego zastosowanie. Z uwagi na
wysok¹ sztywnoœæ i wytrzyma³oœæ polimerów
wzmocnionych w³óknem (FRP) roœnie ich zastosowanie jako materia³u konstrukcyjnego w
przemyœle samochodowym. Przedstawiona
zosta³a opracowana w Instytucie Fraunhofera
IWS technologia ciêcia laserowego tych materia³ów, bêd¹ca alternatyw¹ do metod konwencjonalnych. Nie wymaga ona u¿ycia si³y, jest
bezkontaktowa, nie wystêpuje zu¿ycie narzêdzi oraz pozwala na wysok¹ elastycznoœæ w
doborze konturu ciêcia. Ze wzglêdu na proces
zdalny metoda ta szczególnie nadaje siê do ciêcia materia³ów FRP.
Drugi dzieñ konferencji rozpoczê³y referaty
z zakresu technologii przetwórstwa tworzyw.
Dwie poranne sesje dotycz¹ce tej tematyki prowadzili dyrektor techniczny firmy Symphony
Environmental Technologies PLC – Michael F.
Stephens z Wielkiej Brytanii oraz dr Krzysztof
Bortel z Instytutu IMPiB.
In¿. Dorothea Schneider omówi³a projekty
realizowane w firmie A&E Produktionstechnik
GmbH z Niemiec dotycz¹ce zastosowania poœrednich p³yt z gor¹cymi kana³ami dla wielosk³adnikowego formowania wtryskowego
oraz odchylonych p³yt z gor¹cymi kana³ami
stosowanymi w standardowych procesach formowania wtryskowego. Przedstawiony zosta³
przegl¹d praktycznych problemów i rozwi¹zañ dotycz¹cych sposobu pracy p³yt w ró¿nych procesach formowania wtryskowego.
Dr Ana Espert z Plastics Technology Centre
AIMPLAS z Hiszpanii przedstawi³a mo¿liwoœci i wyzwania w zakresie obni¿enia skali produkcji wyt³aczania pianek dla produkcyjnego
zak³adu doœwiadczalnego. Uniwersalna linia
do produkcji pilotowej zosta³a uruchomiona w
celu wytwarzania ró¿nych typów pianek o ró¿nej charakterystyce. Opracowane zosta³y nowe
receptury z zastosowaniem nowych œrodków
pomocniczych, poprawiaj¹cych izolacjê termiczn¹, w³aœciwoœci opóŸniaj¹ce palnoœæ oraz
inne parametry. Przeprowadzone by³y badania
wyt³aczania pianek z ró¿nych typów materia³ów polimerowych, w tym tak¿e polimerów
509
nej konstrukcji strefy zgniatania w formie do
wyt³aczania z rozdmuchiwaniem by³a tematem referatu dr in¿. Tomasza Jarugi z Politechniki Czêstochowskiej. Wyt³aczanie z rozdmuchiwaniem jest powszechnie stosowan¹ technologi¹ stosowan¹ do produkcji opakowañ.
W przypadku takiej produkcji istotn¹ spraw¹
jest krótki czas procesu, który mo¿na osi¹gn¹æ
na drodze szybkiego ch³odzenia polimeru, nie
Fot. 3. Dr in¿. Magdalena Stepczyñska (Uniwersytet Kazimierza Wielkiego) wyg³asza referat
biodegradowalnych. Nastêpnie prof. Achim
Frick omówi³ zagadnienie dwusk³adnikowego
formowania wtryskowego obudów ze zintegrowanym uszczelnieniem ruchowym. Dwusk³adnikowe formowanie wtryskowe jest obecnie szeroko stosowan¹ technik¹ dla po³¹czenia
miêkkich i twardych materia³ów. W referacie
przedstawiono formowanie wtryskowe kompozytów ze zintegrowanym uszczelnieniem,
które z jednej strony wymaga wysokiej przyczepnoœci miêdzy dwoma materia³ami, a z
drugiej strony doskona³ych w³aœciwoœci termomechanicznych i trybologicznych materia³u uszczelniaj¹cego, co jest trudne do pogodzenia. Symulacja ch³odzenia tworzywa przy ró¿-
tylko we wg³êbieniach, ale tak¿e w strefie
zgniatania w formie. Zaprojektowanie takiego
obszaru w formie jest bardzo wa¿ne. Prezentowane wyniki symulacji procesu wyt³aczania
z rozdmuchiwaniem zosta³y opracowane przy
zastosowaniu oprogramowania ANSYS Polyflow. Analizowano proces wytwarzania butelek wykonanych z polietylenu o wysokiej gêstoœci. Badano wymianê ciep³a pomiêdzy polimerem oraz form¹ w strefie zgniatania. Uniwersalny model ciœnienia wyjœciowego dla
p³yniêcia stopionego polimeru w wyt³aczarce
œlimakowej zosta³ zaprezentowany przez in¿.
Sophie Pachner z Institute of Polymer Extrusion and Compounding, Johannes Kepler Uni-
510
versity Linz z Austrii. Za pomoc¹ modeli matematycznych mo¿liwe jest okreœlenie zachowania ciœnienia wyjœciowego dla ka¿dej geometrii
œlimaka. W kolejnym referacie in¿. Hans-Jürgen Luger omówi³ badania przeprowadzone
za pomoc¹ reometru w tym samym Instytucie
z Johannes Kepler University Linz, dotycz¹ce
wyd³u¿enia i œcinania tworzyw polipropylenowych wzmocnionych w³óknem szklanym.
Nastêpnie in¿. Stefan Schneidmadel z Technische Universität Ilmenau, Plastics Technology
Department (KTI) z Niemiec przedstawi³ zale¿noœæ miêdzy orientacj¹ w³ókna oraz elektryczn¹ przewodnoœci¹ w³aœciw¹ formowanych czêœci z tworzyw sztucznych. Funkcjonalizacja poprzez dodanie w³ókien przewodz¹cych pr¹d do osnowy termoplastu powoduje transfer elektrycznego ³adunku przez
tworzywo. Parametry formowania wtryskowego wp³ywaj¹ na elektryczn¹ przewodnoœæ
w³aœciw¹. W celu okreœlenia tego wp³ywu
przeprowadzono badania parametrów przetwórstwa oraz weryfikowano je poprzez symulacjê przep³ywu. Przewidywalnoœæ orientacji przep³ywu prowadzi do okreœlenia odpowiednich warunków przetwórstwa. Dr Christoph Burgstaller omówi³ wp³yw przetwórstwa
oraz sk³adu recepturowego na w³aœciwoœci
mieszanek poliamid 6/polietylen. Ró¿ne mieszaniny o ró¿nej zawartoœci PA6, zawieraj¹ce
alkohol etylenowo winylowy (EVAL) oraz
kompatybilizatory by³y wytwarzane na drodze kompaundowania i wyt³aczania wtryskowego. Przeprowadzono badania w³aœciwoœci
mechanicznych i reologicznych oraz okreœlano
morfologiê otrzymanych kompozycji. Stwierdzono, ¿e mo¿liwe jest wp³ywanie na w³aœciwoœci mieszaniny poprzez projekt œlimaka
oraz recepturê mieszaniny. Ponadto stwierdzono, ze sk³ad chemiczny ró¿nych materia³ów
wp³ywa na stopieñ kompatybilizacji mieszaniny.
Kolejne sesje z zakresu maszyn i urz¹dzeñ
do przetwórstwa tworzyw oraz zastosowañ
tworzyw z uwzglêdnieniem aspektów ekologicznych prowadzili: prof. Achim Frick oraz
dr Christoph Burgstaller.
Mgr Roberto Freire Matteucci z firmy Leistritz Extrusionstechnik GmbH z Niemiec w bardzo przekonywuj¹cy i dowcipny sposób
przedstawi³ problem wykrywania usterek linii
wyt³aczania przy produkcji masterbaczy. Pokaza³ na przyk³adach, w jaki sposób mo¿na
zmieniaæ powi¹zane ze sob¹ parametry procesu dla uzyskania wymaganego rezultatu. Nastêpnie mgr in¿. Tad Sasiedzki z firmy ENTEX
Rust & Mitschke GmbH z Niemiec zaprezentowa³ wyt³aczarkê planetarn¹ w procesie wyt³aczania bezpoœredniego. Obecnie wyt³aczarka
planetarna jest stosowana nie tylko w przemyœle tworzyw, ale znajduje tak¿e zastosowanie w szerokiej gamie procesów fizycznych jak
mieszanie, dyspersja i homogenizacja oraz reaktywnych procesach chemicznych jak polimeryzacja oraz dekompozycja np. w procesach
recyklingu. W wyt³aczarce planetarnej nastêpuje wielokrotnie powtarzaj¹ce siê rozwalcowywanie materia³u na cieniutkie warstewki, co
umo¿liwia bardzo efektywne i dok³adne kontrolowanie temperatury materia³u w ca³ej jego
objêtoœci. Wyt³aczanie bezpoœrednie za pomoc¹ tego urz¹dzenia pozwala uproœciæ proces
produkcji i zredukowaæ pewne jego etapy, jak
np. mieszanie wstêpne, suszenie surowca czy
granulacjê. Dziêki procesowi wyt³aczania bezpoœredniego uzyskujemy powa¿ne oszczêdnoœci, zmniejszaj¹c zu¿ycie energii, obni¿aj¹c
koszty produkcji poprzez skrócenie jej czasu,
zdecydowanie poprawiamy jakoœæ produktu,
dziêki redukcji obci¹¿enia termicznego materia³u (jest tylko raz nagrzewany i obci¹¿any
przez si³y œcinaj¹ce wyt³aczarki). Nastêpnie
in¿. Tomasz Krawczak – polski przedstawiciel
firmy Coperion GmbH (Niemcy) z firmy Tekpro Sp. z o.o. przedstawi³ nowe aspekty
w technologii sporz¹dzania mieszanek przy
u¿yciu nowej wyt³aczarki ZSK Mc 18, a in¿. Sylvia Apostol z Johannes Kepler University (Institute of Polymer Extrusion and Compounding) z Austrii zaprezentowa³a badania reologiczne dotycz¹ce p³yniêcia stopu polimerowego, bêd¹cego kluczowym czynnikiem przy
projektowaniu maszyny oraz dla procesu formowania koñcowego produktu. Przeprowa-
dzono pomiary poœlizgu stopionych polimerów przy œciance, który mo¿e spowodowaæ
wiele problemów technologicznych. Zastosowano ró¿ne metody do pomiaru poœlizgu przy
œciance tworzyw PVC i poli(kwasu mlekowego) – PLA, przy u¿yciu ró¿nych reometrów
oraz wyt³aczarek.
Pierwszy referat w bloku tematycznym dotycz¹cym stosowania tworzyw z uwzglêdnieniem aspektów ekologicznych zosta³ wyg³oszony przez dr Jonathan’a Mitchell z firmy
NEXTEK Ltd z Wielkiej Brytanii. Zaprezentowano szybkie automatyczne sortowanie opakowañ z tworzyw sztucznych dla potrzeb recyklingu przy u¿yciu samoœwiec¹cych etykiet,
bêd¹cych podstaw¹ identyfikacji tworzywa.
Technika ta mo¿e byæ stosowana dla opakowañ z PP do kontaktu z ¿ywnoœci¹, dla sortowania butelek na mleko oraz produktów wykonanych z PET. W kolejnym wyst¹pieniu
dr in¿. Tomasz Krystofiak z Uniwersytetu
Przyrodniczego w Poznaniu zreferowa³ badania w³aœciwoœci u¿ytkowych materia³ów opartych na drewnie wykoñczonych foliami PVC
w warunkach przyspieszonego starzenia. Proces klejenia wykonany by³ w warunkach przemys³owych. Badaniu poddawano p³yty HDF
wykoñczone foliami PVC po przyspieszonym
starzeniu termicznym. Badane wykoñczenia
podczas starzenia termicznego wykazywa³y
wysokie parametry dekoracyjne oraz odpornoœæ na zarysowania. Natomiast pod³o¿e charakteryzowa³o siê obni¿on¹ odpornoœci¹ na
ciep³o. Zastosowanie plazmy atmosferycznej
w technologii aktywacji, czyszczenia i powlekania powierzchni tworzyw sztucznych by³o
przedmiotem wyst¹pienia mgr in¿. Marka M.
Bernaciaka, w³aœciciela firmy AMB Bernaciak.
Omówiono technologiê plazmy OpenAir®, stosowanej do aktywacji tworzyw. Plazma jest
czwartym stanem skupienia i jest bardzo aktywna chemicznie. Pozwala na powstawanie
zwi¹zków w atomowych warstwach wierzchnich, które u³atwiaj¹ przyczepnoœæ klejów, uszczelniaczy, lakierów, etykiet, nadruków itp.
Efektami aktywacji plazmowej jest lepsza
przyczepnoœæ, d³ugotrwa³a odpornoœæ kleje-
511
nia, uszczelnienia i powlekania, znakowania
i drukowania na wypraskach. Znacznie poprawia siê estetyka zdobieñ i z³¹cz. Innym zastosowaniem plazmy atmosferycznej jest kontrolowana likwidacja wyp³ywek na brzegach wyprasek. Za pomoc¹ plazmy atmosferycznej
mo¿na aktywowaæ powierzchnie p³askie oraz
trójwymiarowe, a tak¿e rowki i wewnêtrzne
k¹ty wyprasek. Plama atmosferyczna charakteryzuje siê niskimi kosztami eksploatacji przy
jednoczesnej wysokiej efektywnoœci aktywacji.
Umo¿liwia tak¿e usuniêcie cz¹stek organicznych, kurzu i ³adunków elektrostatycznych
z powierzchni tworzyw sztucznych. W kolejnym wyst¹pieniu mgr Luis Roca z AIMPLAS
Plastics Technology Centre z Hiszpanii omówi³
w³ókna naturalne, stanowi¹ce ekologiczn¹ alternatywê dla wzmocnienia tworzyw polimerowych. W œwietle nowych wyzwañ ekologicznych stawianych tworzywom, w³ókna naturalne stanowi¹ wa¿n¹ pozycjê jako œrodki szczególnie do wzmacniana biotworzyw, wzglêdnie
zastêpowania przez nie w³ókien szklanych.
Przy zastosowaniu w³ókien naturalnych mo¿na uzyskaæ dobre w³aœciwoœci mechaniczne
produktów bez zwiêkszenia ich ciê¿aru, co
umo¿liwia ich zastosowanie w przemyœle samochodowym i transporcie. W celu uzyskania
tych parametrów nale¿y zwróciæ uwagê na
w³aœciwy wybór w³ókna, proces wykonania
mieszanek oraz koñcowe przetwórstwo. Poprawa folii polimerowych w aspekcie w³aœciwoœci barierowych przy zastosowaniu nanotechnologii by³a przedmiotem referatu in¿.
Helmut’a Schmid z Fraunhofer Institute ICT.
Folie polimerowe stosowane s¹ na wiele sposobów jako materia³y opakowaniowe. Szczególnie w przypadku opakowañ do kontaktu
z ¿ywnoœci¹, wa¿nymi czynnikami dotycz¹cymi jakoœci wyrobów jest ich zabezpieczenie
przeciwko promieniowaniu UV oraz w³aœciwoœci barierowe zabezpieczaj¹ce przeciw dzia³aniu wody, pary wodnej oraz innych gazów
(np. CO2 i O2). Parametry te musz¹ byæ osi¹gane przy niskiej gruboœci folii. W niektórych
wypadkach mo¿na to osi¹gn¹æ tylko poprzez
otrzymanie folii wielowarstwowej ró¿nych
512
polimerów sklejonych razem dziêki ich specyficznym w³aœciwoœciom. Dalsza poprawa
w³aœciwoœci barierowych oraz przetwórczych,
w szczególnoœci polimerów krystalicznych i
pó³krystalicznych, mo¿e byæ uzyskana na drodze wprowadzenia do uk³adu nanocz¹stek. W
prezentacji podano wybrane przyk³ady zastosowania do tego celu nanotechnologii. Problemy degradacji tlenowej tworzyw polimerowych oraz kontroli cyklu ¿ycia opakowañ
z tworzyw zosta³y zreferowane przez Mi-
Kolejny referat dotycz¹cy œrodków porotwórczych oraz procesu wytwarzania pianek
zosta³ wyg³oszony przez in¿. Brian’a Read –
dyrektora firmy Horizon Plastics Ltd z Kanady. Zosta³y przedstawione podstawy dotycz¹ce niskociœnieniowego formowania tworzyw (pianek konstrukcyjnych) przy u¿yciu
gazu. Technologia ta pozwala na wytwarzanie
du¿ych lekkich czêœci przy zastosowaniu procesu niskociœnieniowego i maszyn o wielu dyszach. Jest ona szeroko stosowana w Ameryce
Fot. 4. Luis Roca (AIMPLAS Plastics Technology Centre, Hiszpania) wyg³asza referat
chael’a F. Stephens. Przedstawione zosta³o zagadnienie degradacji tlenowej odpadów tworzyw, dotycz¹ce g³ównie opakowañ. Degradacja tlenowa prowadzi po odpowiednim czasie
do biodegradacji. Nastêpnie mgr in¿. Barbara
Robak z firmy Synthos S.A. omówi³a syntezê
i zastosowanie niskocz¹steczkowych kopolimerów styrenowo-butadienowych w wytwarzaniu mieszanek gumowych.
Tematyka zastosowania tworzyw by³a kontynuowana w trzecim dniu konferencji. Przewodnicz¹cymi sesji byli w tym dniu pan Helmut Schmid oraz dr hab. in¿. Marek Matlengiewicz.
Pó³nocnej do produkcji palet, sk³adanych pude³ oraz handlowych produktów do czyszczenia. Z uwagi na proces niskociœnieniowy du¿e
czêœci mog¹ byæ wytwarzane przy ni¿szym
za³adunku maszyn, pozwalaj¹c na znacznie
mniej kosztowne oprzyrz¹dowanie, oszczêdnoœæ materia³u oraz zmniejszone zu¿ycie energii. System wielodyszowy pozwala na wytwarzanie czêœci o ró¿nych rozmiarach i ciê¿arze,
co normalnie nie jest mo¿liwe przy zastosowaniu innych technologii formowania tworzyw.
Zagadnienie ³¹czenia tworzyw z uwzglêdnieniem mo¿liwoœci dla szkoleñ i certyfikacji by³o
przedmiotem wyst¹pienia in¿. Jana Zimmer-
mann z Instytutu Spawalnictwa SLV Nord
gGmbH z Niemiec. Wskazano, które przepisy
europejskie bêd¹ stosowane w przysz³oœci
w dziedzinie ³¹czenia tworzyw oraz jakie bêd¹
mo¿liwoœci certyfikacji dla zainteresowanych
firm.
Blok tematyczny dotycz¹cy zagadnieñ badawczo-pomiarowych rozpocz¹³ referat mgr
Jens’a P. Dietrich, który dotyczy³ pomiaru barwy przy sporz¹dzaniu mieszanek barwi¹cych.
Przedstawione pomiary pozwalaj¹ producentom na dok³adne monitorowanie produkcji bez
koniecznoœci stosowania czasoch³onnej procedury wytwarzania tabletek i mierzenia koloru
bezpoœrednio na tabletkach. Nastêpnie in¿. Vibunanthan Muralidharan z Aalen University
(Institute of Polymer Science and Processing)
z Niemiec zreferowa³ badania wp³ywu modyfikacji elastomerów fluorowêglowych na ich
parametry u¿ytkowe przy zastosowaniu analizy termicznej metodami DSC, TGA i DMA.
Producenci elastomerów polegaj¹ w du¿ej
mierze na pomiarach twardoœci przy ocenie
przydatnoœci elastomerów. Stwierdzono, ¿e
metody analizy termicznej w przeciwieñstwie
do metod badañ mechanicznych pozwalaj¹ na
bardziej wnikliw¹ charakterystykê i okreœlenie
przydatnoœci elastomerów. Kolejne dwa wyst¹pienia dr. hab. in¿. Marka Matlengiewicza
dotyczy³y zastosowa nia s pektroskopii
13C NMR do porównania mikrostruktury poliakrylanów propylu oraz badania wp³ywu warunków polimeryzacji na wzrost zawartoœci
struktur syndiotaktycznych w ³añcuchu poli(met)akrylanów.
Ostatni blok tematyczny poœwiêcony projektom badawczym zosta³ zapocz¹tkowany
przez wyst¹pienie prof. Vladyslava A. Voloshynets, w którym omówi³ syntezê polimetakrylanu metylu i kopolimerów metakrylanu
metylu z dimetakrylanem butandiolu-1,4 oraz
badanie ekstrakcji niskocz¹steczkowych organicznych œrodków pomocniczych z syntezowanych polimerów. Nastêpnie przedstawiciel
naukowy firmy SHIM-POL A.M.Borzymowski
– Jan Podgórski zreferowa³ nowoczesne rozwi¹zania firmy Shimadzu w analizie tworzyw
513
sztucznych. Ze wzglêdu na obecnie rozwijaj¹c¹ siê nanotechnologiê oraz tworzywa
wzmocnione w³óknem wêglowym, prelegent
zwróci³ uwagê na koniecznoœæ zaoferowania
przemys³owi specyficznych rozwi¹zañ dotycz¹cych badañ mechanicznych tych materia³ów. Nowoczesne rozwi¹zania firmy obejmuj¹
zastosowanie maszyn Servopulser/Hydroshot
do badania trwa³oœci i odpornoœci na uderzenie tworzyw. Badania wp³ywu kompleksów
typu s oraz µ na mikrostrukturê polibutadienu
podczas polimeryzacji anionowej by³y przedmiotem referatu mgr in¿. Rados³awa Kozaka
z firmy Synthos S.A., a nastêpnie dr in¿. Magdalena Stepczyñska z Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego z Katedry In¿ynierii Materia³owej omówi³a metody sterylizacji materia³ów
biodegradowalnych.
Ponadto w czasie Sesji Plakatowej zaprezentowano 8 plakatów, zwi¹zanych z tematyk¹
konferencji, które pochodzi³y z oœrodków akademickich i instytutów badawczo-rozwojowych z Austrii, Niemiec, Polski i S³owacji. Badanie zachowania ciœnienia na wyjœciu wysokolepkich poliolefin w sekcjach barierowych
œlimaka by³o przedmiotem plakatu prezentowanego przez in¿. Christiana Marschik z Johannes Kepler University, Institute of Polymer
Extrusion and Compounding (Austria), a nowa technologia przygotowania powierzchni
dla trwa³ych pow³ok antyadhezyjnych stosowanych do powlekania form przy przetwórstwie tworzyw by³a przedstawiona na plakacie
przez in¿. Wolfganga Hering z Innovent
e.V.Technologieentwicklung Jena z Niemiec.
Dr Tomasz Krystofiak (Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu) zaprezentowa³ plakat na temat zastosowania klejów silanowo-epoksydowych do oceny przyczepnoœci tworzyw
sztucznych do powierzchni materia³ów
drzewnych. Wprowadzenie dodatków masterbaczy dla wielofunkcyjnych modyfikacji w³ókien polipropylenowych by³o tematem plakatu zaprezentowanego przez in¿. Štefana Krivoš, in¿. Petera Michlik, Vladimira Zimány
i Štefana Klimèo z Research Institute for
Man-Made Fibres, a.s. Svit ze S³owacji. Cztery
514
plakaty by³y zaprezentowane przez przedstawicieli Oddzia³u Farb i Tworzyw Instytutu In¿ynierii Materia³ów Polimerowych i Barwników. Dotyczy³y one przewodz¹cych folii
PE-LD o obni¿onej palnoœci (dr in¿. Edyta Gibas, mgr in¿. Gra¿yna Rymarz), zastosowania
odpadowego PET w syntezie nowych oligomerycznych plastyfikatorów (dr in¿ Ewa Langer,
mgr in¿. Marta Lenartowicz-Klik, dr Krzysztof
Bortel i dr in¿. Sylwia Waœkiewicz z Uniwersytetu Œl¹skiego), nowych ¿ywic epoksydowych
na bazie zasad Schiffa (dr in¿. Sylwia Waœkiewicz, dr in¿. Ewa Langer, mgr in¿. Izabela Gajlewicz, mgr in¿. Marta Lenartowicz-Klik) oraz
analizy poliamidu 6.6. wzmocnionego w³óknem szklanym po starzeniu termicznym
(dr Beata Swinarew, mgr in¿. Gra¿yna Rymarz).
W czasie konferencji zosta³ zaprezentowany
obszerny wachlarz technologii tworzyw polimerowych, obejmuj¹cy najnowsze osi¹gniêcia
z tej dziedziny z uwzglêdnieniem wielu praktycznych aspektów.
Uczestnicy konferencji pozytywnie ocenili
zarówno szeroki jej program, organizacjê, jak
i obecnoœæ polskich i zagranicznych specjalistów bran¿y tworzyw. Na szczególn¹ uwagê
zas³uguje bardzo du¿e zaanga¿owanie uczestników konferencji w jej przebieg merytoryczny, co przejawia³o siê dyskusj¹ po wiêkszoœci
referatów. Optymistycznym akcentem konferencji by³ tak¿e m³ody wiek wielu uczestników
konferencji, w tym równie¿ osób wyg³aszaj¹cych referaty.
W holu przed sal¹ konferencyjn¹ firmy Aplication und Entwicklung Produktionstechnik
GmbH oraz SHIM-POL A.M. Borzymowski
zorganizowa³y swoje stoiska.
Wydaje siê, ¿e konferencja umo¿liwi³a
spe³nienie jednego z podstawowych jej zadañ –
nawi¹zania kontaktów miêdzy specjalistami
i naukowcami z Europy w dziedzinie rozwoju
technologii przetwórstwa tworzyw polimerowych, jak równie¿ wspó³pracy pomiêdzy nauk¹ i przemys³em.
Termin kolejnej XII miêdzynarodowej konferencji z cyklu „Advances in Plastics Technology – APT’17” planowany jest na listopad
2017 r.
515
WSKAZÓWKI DLA AUTORÓW
„PRZETWÓRSTWO TWORZYW” jest czasopismem naukowo-technicznym, publikuj¹cym artyku³y recenzowane z dziedziny szeroko rozumianych zagadnieñ tworzyw polimerowych, ich przetwórstwa i obróbki a tak¿e maszyn, narzêdzi
i oprzyrz¹dowania do przetwórstwa. Czasopismo
zamieszczane równie¿ informacje zwi¹zane z przemys³em tworzyw w aspekcie organizacyjnym, marketingowym, rynkowym oraz ekonomicznym.
Zawartoœæ i treœæ
Do czasopisma mo¿na zg³aszaæ artyku³y, które
s¹ wynikiem oryginalnych prac badawczych i naukowych a tak¿e artyku³y referowane lub przegl¹dowe. Treœci przedstawione w artykule zg³oszonym
do opublikowania w czasopiœmie powinny odpowiadaæ wspó³czesnemu stanowi wiedzy; artyku³
winien byæ zwarty i przejrzysty. Przes³any do opublikowania materia³ powinien byæ oryginalny ze
szczególnym uwzglêdnieniem jasnego i logicznego
uporz¹dkowania, z zachowaniem odpowiedniego
poziomu naukowego po³¹czonego z przystêpnym
przedstawieniem treœci. Nie mo¿e on naruszaæ ustawy o prawie autorskim i przepisów pokrewnych,
ustawy o prawie w³asnoœci przemys³owej a tak¿e
dobrych obyczajów.
Pojêcia i terminy stosowane w publikacji powinny odpowiadaæ standardom poprawnoœci terminologicznej a stosowane jednostki byæ zgodne z uk³adem SI (Système International d’Unités).
Przeznaczony do publikacji artyku³ powinien
sk³adaæ siê z:
• pe³nego imienia i nazwiska Autora (lub Autorów), informacji o miejscu jego (ich) pracy oraz kontaktowego adresu poczty elektronicznej, pierwszy
z wymienionych Autorów traktowany jest jako Autor g³ówny,
• tytu³u w jêzyku polskim oraz w jêzyku angielskim,
• streszczenia w jêzyku polskim i w jêzyku angielskim (nie przekraczaj¹cego 150 s³ów),
• s³ów kluczowych w jêzyku polskim i angielskim (co najmniej 3, nie wiêcej ni¿ 5),
• tekstu artyku³u,
• ilustracji w formie rysunków, schematów, wykresów lub fotografii pod pisanych w jêzyku polskim i angielskim,
• wykazu literatury cytowanej w publikacji.
Wymagania formalne
Autor/Autorzy dostarcza/dostarczaj¹ artyku³ do
Redakcji w formie elektronicznej, przez pocztê elektroniczn¹ lub poprzez pocztê tradycyjn¹ na p³ycie
CD/DVD. W obu przypadkach nale¿y przes³aæ równie¿ imiê i nazwisko Autora oraz jego adres kontaktowy. W przypadku wiêkszej liczby autorów nale¿y
podaæ imiê i nazwisko oraz adres kontaktowy Autora g³ównego.
Tekst artyku³u powinien byæ wykonany w formacie „doc” lub „docx” i napisany czcionk¹ Times
New Roman o rozmiarze 12 na formacie A4 z interlini¹ 1,5. Tekst nale¿y wyjustowaæ czyli wyrównaæ
z lewej i prawej strony przyjmuj¹c marginesy: prawy 1 cm, lewy 3 cm. Objêtoœæ pojedynczego artyku³u nie powinna przekraczaæ 10 stron. Je¿eli artyku³
jest d³u¿szy ni¿ 10 stron dopuszcza siê jego podzia³
na czêœci drukowane w kolejnych zeszytach Przetwórstwa Tworzyw.
Zaleca siê podzia³ artyku³u na czêœci opatrzone
podtytu³ami. Poszczególne akapity nale¿y rozpocz¹æ wciêciem na 1,25 cm.
W tekœcie nie nale¿y stosowaæ podkreœleñ, wyrazów o zwiêkszonej odleg³oœci miêdzy literami (tzw.
„rozstrzelony druk”) ani innej czcionki. Zastosowany w tekœcie skrót lub skrótowiec, je¿eli nie jest
oczywisty, powinien byæ rozwiniêty w nawiasie.
Wzory, równania, ilustracje i tabele umieszcza siê
w tekœcie zgodnie z nastêpuj¹cymi zasadami:
• Wzory matematyczne mo¿na zamieszczaæ z u¿yciem edytora równañ kompatybilnym z formatem
dokumentu (nie dopuszcza siê wstawiania równañ
matematycznych w postaci tzw. „obrazków”), pod
wzorem matematycznym nale¿y ka¿dorazowo podaæ wyjaœnienie zastosowanych symboli.
• Wzory i równania chemiczne zaleca siê wykonywaæ z u¿yciem odpowiedniego edytora kompatybilnego z formatem dokumentu. Zarówno wzory
matematyczne, jak i chemiczne powinny byæ ozna-
516
czane kolejn¹ liczb¹ arabsk¹ w nawiasie okr¹g³ym
z prawej strony wzoru. Dopuszcza siê stosowanie
alfabetu greckiego we wzorach matematycznych
i chemicznych.
• Rysunki, schematy, wykresy oraz fotografie nale¿y
podpisywaæ jako „Rys.” oraz oznaczaæ kolejn¹ liczb¹ arabsk¹. Powinny one byæ w takich rozmiarach
aby by³y czytelne, nie mniejsze ni¿ 300 × 420 pikseli
w formacie „jpg”, „bmp” lub „png”, mog¹ byæ monochromatyczne lub kolorowe w standardzie RGB.
Powinny byæ w tekœcie oznaczone w nawiasach kolejnymi liczbami arabskimi, dodatkowo wyprowadzonymi na lewy margines. Wymagane jest do³¹czenie tych rysunków w postaci osobnych plików
do przes³anego w elektronicznej formie artyku³u.
W przypadku wykresów dopuszcza siê je w formacie kompatybilnym z formatem dokumentu, jak
i w formacie odpowiadaj¹cym rysunkom („jpg”,
„bmp”, „png”). W drugim przypadku nale¿y podaæ
nazwê programu, z u¿yciem którego zosta³y przygotowane.
• Tabele nale¿y podpisywaæ nad nimi jako „Tab.”
wraz z kolejn¹ porz¹dkow¹ liczb¹ arabsk¹.
Na osobnych stronach nale¿y do³¹czyæ do artyku³u spis rysunków i spis tabel z podaniem numerów porz¹dkowych, tytu³ów rysunków i tabel oraz
informacji o ich Ÿródle, je¿eli zosta³y zaczerpniête
z innych Ÿróde³.
Artyku³ zg³oszony do druku powinien byæ zakoñczony ponumerowanym wykazem literatury
wykorzystanej i cytowanej w artykule w kolejnoœci
wystêpowania w tekœcie. Numery przytaczanych
tekstów nale¿y umieœciæ w nawiasach kwadratowych np. [2, 4, 8] lub [3÷9].
Przy cytowaniach z ksi¹¿ek podaæ nale¿y kolejno:
• nazwisko autora (nazwiska autorów), inicja³
imienia (inicja³y imion), a w przypadku pracy zbiorowej nale¿y podaæ nazwisko redaktora, inicja³
imienia, informacjê „Praca zbiorowa pod red. ...”,
• pe³ny tytu³ dzie³a w oryginale (czcionk¹ pochylon¹),
• nazwê wydawnictwa, miejsce i rok wydania,
numer strony (numery stron), na których znajduje
siê cytowana informacja.
W przypadkach cytowania z czasopism nale¿y
podaæ kolejno:
• nazwisko autora g³ównego, inicja³ imienia autora g³ównego, wspó³autorów lub dopisek „i inni”
w przypadku wiêkszej liczby autorów ni¿ trzy,
• tytu³ artyku³u w oryginale (czcionk¹ pochylon¹),
• tytu³ czasopisma i rok wydania, nr woluminu,
nr zeszytu, numery stron, na których znajduje siê
artyku³.
W przypadku cytowania patentu nale¿y podaæ
kolejno:
• nazwisko twórcy (nazwiska wspó³twórców),
inicja³ (inicja³y) imienia (imion),
• s³owo „patent” lub „zg³oszenie patentowe”,
tytu³ patentu w oryginale (czcionk¹ pochylon¹) lub
zg³oszenia patentowego
• kraj oraz numer patentu lub numer zg³oszenia
patentowego, rok zg³oszenia lub udzielenia ochrony.
W przypadku cytowania artyku³u ze stron internetowych nale¿y podaæ kolejno:
• nazwisko autora (nazwiska autorów), inicja³
imienia (inicja³y imion),
• tytu³ artyku³u w oryginale (czcionk¹ pochylon¹),
• adres stron internetowych, na których znajduje siê artyku³, datê (dzieñ, miesi¹c i rok) skorzystania z artyku³u.
O ile to mo¿liwe, wszystkie publikacje winne
byæ opatrzone numerem DOI.
Materia³ów i informacji reklamowych lub o charakterze reklamowym nie nale¿y traktowaæ jako
Ÿróde³ literaturowych.
Uwagi ogólne
Przesy³aj¹c artyku³ do opublikowania Autor
oœwiadcza tym samym, ¿e nie by³ on i nie bêdzie
w tej samej postaci publikowany w innym czasopiœmie.
Autor odpowiada za treœæ merytoryczn¹ zg³oszonego artyku³u oraz za jego oryginalnoœæ. Przesy³aj¹c artyku³ do opublikowania Autor jednoczeœnie
oœwiadcza tym samym, ¿e artyku³ nie narusza praw
autorskich i praw w³asnoœci intelektualnej osób
trzecich. Autor g³ówny oœwiadcza ponadto, ¿e s¹
respektowane prawa wspó³autorów artyku³u.
Ka¿dy artyku³ jest poddawany recenzji i uzyskanie pozytywnej opinii Recenzenta lub Recenzentów
jest niezbêdne do publikowania. Uwagi Recenzenta
s¹ przekazywane autorowi, który jest proszony
o ustosunkowanie siê do nich. Redakcja zastrzega
sobie prawo do opracowañ redakcyjnych nades³anych tekstów, dokonywania skrótów, wprowadzania niezbêdnych zmian terminologicznych, korekty
b³êdów oczywistych, a tak¿e uzupe³niania wykazu
cytowanej literatury.

Numer 6/15 PDF

Transkrypt

Podobne dokumenty

Styczeń 2016