Polmeermaterjalid ja polmeerkomposiitmaterjalid likool

							Polümeermaterjalid ja
polümeerkomposiitmaterjalid
valmistustehnoloogia ja omadused
Renno Veinthal, Jaan Kers
e-post: renno.veinthal@ttu.ee; jaan.kers@ttu.ee
Konstruktsioonimaterjalide jaotus

   Metallid                     Tuntud 105 Mendelejevi
   Keraamilised materjalid       tabeli elemendist on:
   Polümeerid                   81 metallid
   Komposiidid                  6 üleminekumetallid
                                 18 mittemetallid
    Polümeeride olemus ja liigitus
Polümeerid: kõrgmolekulaarsed ühendid (molaarmass jääb vahemikku 2000-2 000 000
   g/mol)
•    Makromolekulid on ülesehitatud madalamolekulaarsetest ainetest- monomeeridest
Plastid: polümeeride baasil valmistatud tehismaterjalid, mille põhikomponendiks on
    polümeer ning mis töötlemisfaasis on plastsed, tavaliselt kõrgendatud temperatuuri
    ja rõhu mõjul
Polümeerkomposiidid (plastkomposiidid): on materjalid, mis koosnevad polümeersest
   maatriksist (sideainest) ning tugevdavast ehk armeerivast lisandist (täiteaine –
   teraline või kiud materjal ).
NB! Kõik plastid on polümeerid aga kõik polümeerid ei pruugi olla plastid
  (kummid, liimid, pinnakattematerjalid)
Polümeeride liigitus

• Päritolu järgi: looduslikud (tselluloos,
  kautšuk), modifitseeritud looduslikud
  (struktuur säilib peale keemilist töötlemist)
  ja sünteetilised (naftast, maagaasist,
  kivisöest)
• Peaahela kuju järgi: lineaarse, hargnenud ja
  ristsillatud ahelaga
• Rakendusomaduste järgi: tarbeplastid,
  konstruktsioonplastid, eriotstarbelised
  plastid
Polümeeride supermolekulaarne struktuur

• Polümeerid ei saa oma supermolekulaarse struktuuri tõttu olla gaasilises
  olekus, sest keemistemperatuur on üldjuhul kõrgem polümeeri
  lagunemistemperatuurist.
• Polümeerid võivad olla ainult vedelas või tahkes agregaatolekus.
• Supermolekulaarse struktuuri põhimõisted on kristallilisus ja amorfsus
• Kristallilisus on kolmedimensionaalne korrastatus atomaarsel tasandil,
  kus aatomid võrepunktidena moodustavad määratud parameetritega
  kristallvõre.
Kristalliinsus
• Polümeerid ei ole perfektselt kristallilised vaid sisaldavad ka amorfset osa.
  Seetõttu tuleks polümeeride puhul kasutada mõisted kristalliinsus
  (poolkristalliline).
• Polümeerid ei ole ka kolmedimensionaalselt isotroopsed, seetõttu on neile
  iseloomulik polümorfism, st et ühesuguse koostise ja konfiguratsiooniga
  polümeerid võivad kristallumisel anda erinevaid kristallmodifikatsioone.
• Plastide mehaanilised omadused sõltuvad suurel määral
  kristallisatsiooniastmest.
Kristalliinne struktuur mõjutab polümeeride omadusi:
• Suureneb ahelate pakkimistihedus, seega ka polümeeri tihedus
• Tõuseb pehmenemistemperatuur
• Väheneb polümeeri läbipaistvus
  Kristalliinsus

Polümeeride kristallisatsiooniastmeid (%):
Polüetüleen PE (lineaarne)         95%
Polütetrafluoroetüleen PTFE (teflon) 88%
Polüpropüleen      PP              80%
Polüoksimetüleen POM               75%
Polüetüleentereftalaat PET         60%
Polüamiid                          50%
Amorfsus

Amorfsus on polümeersete ahelate täiesti juhuslik asetus ruumis, seega tähendab
  maksimaalset ebakorrapärast struktuuri.
• Plast on amorfne kui tema polümeeri makromolekulide paiknemisel ei ole
  korrapärasust: molekulid on üksteisest läbipõimunud.
• Kuuma amorfse plasti jahutamisel muutub ta esmalt vedelikulaadsest ainest
  kummilaadseks ning edasisel jahutamisel klaasilaadseks aineks
Amorfsed plastid: PMMA (pleksiklaas), PS, PVC
Iseloomulik on suur läbipaistvus


Plastide mehaanilisi omadusi kirjeldab hästi deformatsiooni sõltuvus
   temperatuurist konstantse koormuse korral.
Graafiliselt esitatuna nimetatakse neid termomehaanilisteks kõverateks
 Amorfsus

Klaasistumine on amorfse sulapolümeeri    Polümeeride termomehaanilised kõverad
   üleminek tahkesse olekusse.
   Klaasistumistemperatuuril Tg toimub
   üleminek polümeersest klaasiolekust
   kummisesse olekusse või vastupidi.
Sulamistemperatuuril Tm toimub
   üleminek polümeersest klaasiolekust
   sulaolekusse (kristalliinsed polüm.)
Kasutamistemperatuuril on polümeer,
   kas klaasiolekus (PS, PMMA) või
   kummiolekus (elastomeerid) sõltuvalt
   sellest, kas kasutamistempratuur on
   madalam või kõrgem kui Tg.
Polümeeride liigitamine vormimisomaduste järgi
 Termoplastid               Reaktoplastid e.              Elastomeerid
                            Termosetid
 Lineaarsed,                Võrkstruktuuriga,             Lineaarsed, harvalt
 vähehargnenud              ristsillatud makromolekulid   ristsillatud makromolekulid
 makromolekulid

 Toatemperatuuril jäigad    Toatemperatuuril jäigad ja    Toatemperatuuril elastsed
                            tugevad

 Võimalik korduvalt         Võimalik vormida ainult üks   Võimalik vormida ainult
 vormida, viies materjali   kord, mille käigus toimub     üks kord, mille käius
 soojendamisel              molekulide omavaheline        toimub osaline molekulide
 sulaolekusse ja            ristsildumine ja tugeva       omavaheline sildumine ja
 jahutamisel uuesti         struktuuri moodustamine       elastse struktuuri
 tahkestada                                               moodustamine
Polümeeride liigitamine taaskasutuskoodide põhjal
            PET    Polüetüleentereftalaat Gaseeritud joogi pudelid ja ahju
                                          panemiseks mõeldud nõud


            HDPE   Kõrgtihe               Ketšupi, majoneesi, nõudepesuvahendi
                   polüetüleen            jne. pudelid

            PVC    Polüvinüülkloriid      Aknaprofiilid



            LDPE   Madaltihe              Kilekotid
                   Polüetüleen


            PP     Polüpropeen            Margariini topsid, mikrolaineahju nõud



            PS     Polüstüreen            Jogurtitopsid, plastmassist söögiriistad,
                                          kaitsepakendid elektroonikaseadmetele

            MUU                           Kõik teised plastikud, mis ei kuulu
                                          juba nimetatud kuude rühma. Näiteks
                                          melamiin, mida tihti kasutatakse
                                          plastiktaldrikute ja -topside
                                          valmistamisel
Plastide töötlejad ja plastide kasutamine
• Plaste tootvad firmad tegelevad ainult plastide
  tootmisega toorainest, mis moodustab ainult ühe osa
  tootmisest.
• Plastide töötlejad – toodavad plastist tooteid kuid
  üldiselt plastide toormaterjali – polümeere ei tooda.
• Euroopas ca. 25 000 firmat, 1 milj. Töötajat, 85%
  firmadest on alla 100 töötajaga
• Plastitoodang on kasvanud viimastel aastatel 4%
Plastide kasutamine

Plastide rakendusalad:   Plastide kasutamine
  Pakend 40%              PE 35%
  Ehitus 17%              PP 20%
  Autotööstus 10%         PVC 18%
  Elektroonika 6%
  Põllumajandus 4%      Termoplastid 90%
  Muud 23%              Reaktoplastid 10%
Standardid
   ISO 1043    Plastid - Tähised ja termini-lühendid.
   ISO 1043-1 Osa 1: Polümeerid ja nende eri-
    omadused.
   ISO 1043-2 Osa 2: Täidised ja sarrused.
   EVS-EN ISO 1043-3 Osa 3: Plastifikaatorid.
   EVS-EN ISO 1043-4 Osa 4: Leegiaeglustid.
   ISO 11469 Plastid – Identifitseerimine ja plasttoodete
    markeerimine.
   ISO 1629 Kautšukid ja lateksid – Nomenklatuur
Lühendid (vt ka www.plast.ee)
   ABS- akrüülonitriilbutadieenstüreenplast
   ASA- akrüülnitriilstüreenakrülaatplast
   EP- epoksüvaik või –plast
   E/P van. EPM- eteenpropeenplast
   ETFE- eteentetrafluoreteenplast
   EVAC van. EVA- eteenvinüülatsetaatplast
   LCP- vedelkristallpolümeer
   MF- melamiinformaldehüüdvaik
   PA
      PA6
      PA66 polüamiid,
Lühendid
   PAI- polüamiidimiid
   PC- polükarbonaat
   PE- polüeteen
   PF -fenoolformaldehüüdvaik
   PE-HD van. HDPE, PEH polüeteen; kõrgtihe
   PE-HMW van. HMWPEpolüeteen; kõrge
    molekulkaaluga
   PE-LLD van. LLDPEpolüeteen; lineaarne madaltihe
   PEEK polüeetereeterketoon
Lühendid
   PI polüimiid
   POM polüoksümeteen, polüatsetaal,
    polüformaldehüüd
   PP- polüpropeen
   PS- polüstüreen
    PS-E van. EPS polüstüreen; vahustatav
    PS-HI van. HIPS polüstüreen; löögikindel
   PVC- polüvinüülkloriid
Lühendid


   SI- silikoonplast
   UF- karbamiidformaldehüüdvaik
   UP- küllastamata polüestervaik
Liigitus lõppomaduste ja otstarbe järgi


   Tarbeplastid:                    Konstruktsiooniplastid:
       Polüetüleen (PE)                 Polükarbonaat (PC)
       Polüpropüleen (PP)               Polüamiid (PA)
       Polüvinüülkloriid (PVC)          Polüatsetaal (POM)
       Polüstüreen (PS)                 Polüetüleentereftalaat
       Fenoolformaldehüüdvai             (PETP)
        k (PF)                           Polümetüülmetakrülaat
                                          (PMMA),
                                         Epoksüvaik (EP)
Olulised talitlusomadused

   Mehaanilised                     Füüsikalised
       Vastupanu                        Sooja-/külmakindlus
        mehaanilistele mõjudele          Soojusjuhtivus
        (tõmme, surve, paine)            Soojuspaisumine
       Kõvadus                      Keemiline vastupidavus
       Hõõrdumine,                  Sanitaar-hügieenilised
        kulumiskindlus
   Optilised                         omadused
       Läbipaistvus
       Valguse neeldumine/
        peegeldumine
Põhiliste termoplastide omadused
Plasti liik          Tihedus Rm, MPa E, GPa     A%        AU, J/m2
                     Kg/m3
Polüetüleen
HDPE                 960     22…38   0,4…1,4    20…1300   80…100
LDPE                 920     1…16    0,1…0,3    90…650
Polüpropüleen        905     27…40   0,5…1,9    30…200    2…12
(PP)
Polüvinüülkloriid
(PVC)
plastifitseerimata   1470    24…62   2,4…4,1    2…40      2…100
(UPVC)
Plastifitseeritud    1375    7…56    0,01…0,4   200…450
(PPVC)
Põhiliste termoplastide omadused
Plasti liik        Tihedus Rm, MPa E, GPa     A%         AU, J/m2
                   kg/m3
Polüstüreen (PS)   1070    35…84    2,8…3,5   1…4,5      1,3…3,4
Akrüülplastid      1100    50…75    2,7…3,5   5…8        -
(PMMA)
Polükarbonaat      1200    59…70    2,2…2,4   50…120     65…90
(PC)
Polüamiidid (PA)
- PA 6             1100    40…90    1,9…3,3   40…150     3,2…5,5
- PA 11            1050    40…55    1,2       100…350    40…70
- PA 12            1020    49…65    1,1…1,4   120….350   64…100
Polüatsetaal       1400    62….80   2,9…3,3   25…60      70…120
(POM)
Põhiliste termoreaktiivide omadused


Plasti liik            Tihedus Rm, MPa   E, GPa A%      AU,
                       kg/m3                            J/m2
Epoksüplastid (EP)     1850   60         3…4    4       8…10
Fenoplastid (PF)       1275   35…55      165    5,2…7   1…1,5

Aminoplastid
   -Karbamiid-         1550   40…90      7…10   0,5…1,0 -
   formaldehüüd (UF)
   -melamiin-          1550   41…70      7…11   0,5…1,0 -
   formaldehüüd (MF)
Termoplastid
Polüetüleen (PE)

   Polüetüleeni omadused ja kasutusvaldkonnad võivad
    erineda suurtes piirides
   HDPE - lineaarne polümeer.
       Madalatel temperatuuridel hea löögisitkus,
       suurepärane keemiline vastupanu,
       tundlik UV kiirgusele
   LDPE - ulatuslikult hargnenud ahelaga polümeer
       Madalatel temperatuuridel hea löögisitkus,
       väike kõvadus ja tugevus,
       suur keemiline inertsus,
       suurepärane dielektrik
Termoplastid
Polüetüleen (PE)
   LLDPE - lineaarne madaltihe
    PE (korrapärase struktuuriga)
      Kõrgem tõmbetugevus,
      Kõrgem löögisitkus,
      Parem sulavoolavus kui
       LDPE
   UHMWPE – ülikõrge
    molekulmassiga PE
      Suur kõvadus ja tugevus,
      suur keemiline inertsus,
      Vastupidav kriimustustele
       ja abrasiivkulumisele
      Suur sitkus
      Ei ole sulatöödeldav;
       töödeldakse kummiolekus
Termoplastid
Polüpropüleen (PP)

   Kõrgkristalne polümeer (nagu
    PE)
   Võib olla nii termoplast kui ka
    elastomeer (sõltub
    polümeeriahela külgrühma
    paiknemisest)
   Suurema kõvadusega kui
    HDPE
   Tihedus sarnane LDPE
   Hea keemiline vastupanu,
    kõrge väsimustugevus
   Madalal temperatuuril haprub
   Väga tundlik UV-kiirgusele!
   Koostisse peavad kuuluma
    antioksüdandid ja UV filtrid
Termoplastid
Polüvinüülkloriid (PVC)

   Odav termoplast
   Hea keemiline vastupanu
    hapetele ja leelistele
   Cl aatomid muudavad
    polümeeri molekulid
    polaarseteks-> tõmbejõud
    molekulide vahel tõstavad
    kõvadust ja jäikust
   Termiliselt väga ebastabiilne
   Kompaundis peavad olema
    stabilisaatorid
    Termoplastid
    Fluorosüsinikpolümeerid

   PTFE- Polütetrafluoretüleen
   PVDF- polüvinüülideenfluoriid

Iseloomustab:
  Kõrge termopüsivus (kuni 350 ºC)
  Keemiliselt inertne
  Head antifriktsioonomadused
  Omaduste tõstmiseks erilisandid:
   klaaskiud, pronkspulber, grafiit
Termoplastid
Polüstüreen (PS)


   PS- polüstüreen
   ABS- akrüülnitriil-
    butadieen-stüreen
   SAN- stüreenakrüülnitriil

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

   ABS- akrüülnitriidist, butadieenist ja stüreenist
    koosnev kopolümeer
   Iseloomustavad:
       Head mehaanilised omadused
       Kõrge löögisitkus
       Hea mõõtmetepüsivus
       Keemiliselt vastupidav hapetes, leelistes,
        lahustites
       Kergesti vormitav
Termoplastid
Akrüülplast (PMMA)

   Toatemperatuuril amorfne kuni
    klaasistumistemperatuurini
    Tk=110ºC
   Kõva, jäik, kõrge löögisitkusega
   Hea läbipaistvus (pleksiklaas)
   Inertne majapidamis-
    kemikaalidele
   Ei kannata orgaanilisi lahusteid
Termoreaktiivid


Epoksüüdvaigud
   Elektriskeemidel elektroonika komponentide
    fikseerimiseks;
   Hammasrattad;
   Adhesiividena.
Termoreaktiivid
Fenoolvaigud
   Piljardipallid;
   Adhesiividena (laastplaadid, friktsioonmaterjalid);
   Käepidemed;
   Elektrilised isolaatorid;
   Hammasrattad (vähekoormatud);
   Laagrid;
   Vahustatud kujul plaaditüüpi ehitusmaterjalina.
Termoreaktiivid

Elastomeerid
   Rehvid;
   Voolikud (butüül kummi, isopreen);
   Tihendid (akrülaat hea õlikindlus) ;
   Vibrosummutid;
   Elektrilised isolaatorid (bütuul, isopreen);
   Jalatsite tallad (etüleen-propüleen);
   Mänguasjad (looduslik kummi, madal UV- ja õlikindlus);
   Jne.
Plastide töötlemise põhiprotsessid
Termoplastide töötlemise põhiprotsessid:
 Survevalu
 Ekstrusioon
 Termovormimine
 Rotovormimine

Põhiprotsesse võib jaotada:
 Primaarsed – toote lõplik vormimine toimub ühe
  protsessina
 Sekundaarsed – toote vormimine toimub pooltootest
    Survevalu protsess
    Survevalu teostamiseks on vaja plast muuta sisestatud tahkest olekust (tavaliselt
    pelletite või pulbri vormis) töödeldavasse sulaolekusse.
•    sisestatud materjali plastifitseerimine pöörleva teo abil (samm 1)
•    peale vormi sulgemist järgneb plastifitseeritud materjali surumine vormi läbi teo
     edasi liikumise (samm 2),
•    surve hoidmine ja detaili jahutamine vormis (samm 3)
•    teo tagasiliikumine ja uus tsükkel(samm 4)
•    viimane protsessi samm on vormi avamine ja detaili väljutamine vormist (samm 5).
Survevalu masina komponendid
    Sõltumata töödeldavast materjalist, koosneb survevalu masin järgmistest
    komponentidest:
•   Masina raam toetab sisestusüksust ja sulgemisüksust (vormi avamine ja
    sulgemine tootmistsüklis)
•   Survevalu tsükli jada kontrollitakse kontrollsüsteemi poolt
•   Vormitud detaili jahutamisel, peab vormitud segu olema jahutatud enne
    vormist väljavõttu (temperatuuri kontrollerid).
  Survevalu eelised:
• Võimalus valmistada avatud anumaid.
• Valudetaili omahind on madal tingituna masstootmisest;
• Valmistoode enamasti ei vaja järeltöötlust, kui siis
  minimaalselt
• Protsessi automatiseeritus;
• Suur tootlikkus – ööpäevas 5000 – 10 000 detaili;
• Vormide pikk tööiga (10 000 000 tsüklit);
• Lühike tootmistsükkel;
• Võimalik reguleerida tootmistsüklit ja suurendada toodangut.
 3. Plastide töötlemise põhiprotsessid


Survevalu puudused:

• Vormide kõrge hind, tingituna keerulisest      ehitusest        ning
  pinnakvaliteedist;
• Kallid seadmed, keeruline seadistus;
• Keerulise kuju ja suurte mõõtude suhtega       detaile     ei   saa
  valmistada;
• Teisest materjalist lisade sissevormimine on keeruline ja kallis;
• Vormi ümbertegemine on kulukas
    3. Plastide töötlemise põhiprotsessid



Ekstrusioon
•      Ekstrusioon on pooltoodete nagu toru, profiili või lehe
       pidevtootmine plastist.
•      Lisaks teistele komponentidele, sisaldub
       ekstrusioonsüsteemis: ekstruuder, ekstrusioonipea,
       kalibreerimis/jahutus osa, ajam, lõikemehhanism.
•      Ekstruuderi kuumas silindris (140 – 240 °C) muudetakse
       plastikud pöörleva teo toimel plastseks
•      Plastne segu surutakse läbi vormiva kanali
       (ekstrusioonipea ehk suulise) ja seejärel toode
       jahutatakse.
Ekstrusioon-puhumisvormimine
Ekstrusioon puhumisvormimisel toimub kaks protsessi paralleelselt:
 vormitooriku ekstrusioon
 ekstrudeeritud vormitooriku puhumine õhu abil
   soovitud tooteks
Venitus-puhumisvormimine
   Venitus puhumisvormimine on erivariatsioon
                                                  Kilede tootmine
    puhumisvormimisest.
   Kasutatav efekt – sarnane nagu kile puhul –
    venitus
    ligilähedal klaasistumis või kristalliitide
    sulamistemperatuurile
   Sellel teel tõstetakse mehaanilisi omadusi
    märgatavalt.
   Sellel protsessil ei venitata vormitoorikut
    mitte ainult radiaalselt (nagu ekstrusioon
    puhumisvormimisel) vaid ka pikisuunaliselt.
3. Plastide töötlemise põhiprotsessid



Venitus-puhumisvormimine
      PET plastpudelite tootmine
    3. Plastide töötlemise põhiprotsessid




    Termovormimine (pneumo- ja vaakumvormimine)
    Lehtmaterjlide korral kasutatakse üle- või alarõhu abil
     vormimist, vastavalt pneumo- või vaakumvormimist.
    Termoplastid soojendatakse temperatuurini 100 – 200
     °C ja surutakse (rõhk kuni 2,5 MPa) või tekitatakse
     vaakumi abil alarõhk, mille abil surutakse leht vastu vormi, mille kuju ta jahtudes
     omandab.
    Pneumovormimine võimaldab võrreldes
    vaakumvormimisega valmistada sügavamaid ja suurema seinapaksusega tooteid.
3. Plastide töötlemise põhiprotsessid




Termovormimine (pneumo- ja vaakumvormimine)
                       Vaakumvormimine matriitsi abil
Rotovormimine
Rotatsioonvalu korral surutakse pulbriline plast tsentrifugaaljõu mõjul
vastu kuuma vormi, jahtudes omandab sulanud materjal vormi kuju.
Nii saab vormida suuri ja keeruka kujuga esemeid.

Rotovormimise meetodil valmistatavad plasttooted:

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

   Rotovalu tsükkel:

a) laadimine,
b) kuumutamine,
c) jahutamine
d) vormist väljavõtmine
Plastmaatrikskomposiitmaterjalid (PMKM)
EELISED:                                  PUUDUSED:
   suur eritugevus,                         suhteliselt väike jäikus,
   vastupanu keemiliselt                    madal soojus- ja kiirguspüsivus,
    agressiivsetele keskkondadele,           hügroskoopsus,
   väike soojus- ja elektrijuhtivus,        füüsikalis-mehaaniliste omaduste
    hea raadiolainete läbitavus;              muutumine vananedes ja
   tehnoloogilisus – madalad                 keskkonnategurite mõjul.
    temperatuurid ja väiksed surved
    tootmisel;
   valmistamisviiside paljusus
                                        Jäikuse suurendamiseks kasutatakse
                                        suure jäikusega armatuuriliike nagu
                                        suure elastsusmooduliga klaaskiud,
                                        süsinikkiud, boorkiud,
                                        ränikarbiidkiud.
4. Polümeerkomposiitide olemus ja liigitus




Polümeerkomposiitide armeerimise skeemid




a) pidevarmeerimine, b) diskreetne armeerimine,
c) dispersioonarmeerimine d) kihtarmeerimine
Polümeerkomposiittoodete valmistamise
tehnoloogiad
   Käsitsi lamineerimine (hand-lay-up)
   Vormimine vaakumkotis (Vacuum bag
    moulding),
   Injektsioonvormimine
   Pihustamismeetod (spray-up)
   Kerimine ehk mähkimine (filament winding)
   Pultrusioon
Käsitsi lamineerimine
Käsitsi lamineerimisel (hand-lay-up) kasutatakse ühepoolseid vorme,
sobilik suurte mõõtmetega toodete (vannid, basseinid, paadid)
väikeseeria tootmiseks, kõvenemine toimub ruumitemperatuuril
Pihustamismeetod
Pihustamismeetodi (spray-up), puhul pihustatakse
sideaine ja kiudude segu vormile.
Vormimine vaakumkoti abil
Vormimine vaakumkotis (Vacuum bag moulding), mille korral
käsitsi asetatud materjalikihid (klaaskiudmatt, kärgpaneelid, jt)
surutakse kokku elastse diafragma või vaakumkoti abil, kasutades
ülerõhku või vaakumit. Üheks variandiks on ka vormimine
autoklaavis, kus kasutatavad kõrgendatud temperatuurid
kiirendavad toote kõvenemist.
Vormimine vaakumkoti abil
Injektorvormimine (RTM)
Injektorvormimine erineb vaakumvormimisest selle poolest,
et kõvendiga segatud vaigu vormiviimiseks kasutatakse alarõhu
asemel ülerõhku (kuni 20 bar),millega surutakse vaik vormi.
Vormist õhu välja saamiseks kasutatakse õhutus kanalit.
Vormimise skeemid: otsepressimine (a), valupressimine
(b), survevalu (c)




   1 – tempel,
   2 – valuvorm,
   3 – punker,
   4 – valusõlm
Kerimine ehk mähkimine
Kerimine ehk mähkimine (filament winding), tehnoloogilisim
meetod tsisternide ja mahutite valmistamiseks. Reeglina
kasutatakse ringja või ovaalse ristlõikega toodete valmistamiseks.
Mähkimistehnoloogia ja tooted




Kevlariga    CNC-            Süsinikkiud-
armeeritud   mähkimismasin   epoksüvaigust
surveanum                    toru
Klaaskiudarmatuuriga mähitud torude
mehaanilised omadused
Mähitud komposiitide
rakendused
Märg survevormimine

                    Suhteliselt lihtne vorm,
                     madalad rõhud;
                    Suhteliselt pikk valmistus-
                     tsükkel;
                    Sobib lihtsamate detailide
                     valmistamiseks, kuni
                     mõnituhat tk. seerias;
                    Polüestervaik (külm või kuni
                     150 ºC)
                    Kõvenemisaeg 5-15 min
BMC ja SMC protsess




   BMC pooltoode on tainjas mass;
   SMC pooltooteks painduv leht paksusega kuni mõni mm;
   Rõhk: SMC- 5-10 MPa, BMC- 10-15 MPa;
   Tsükli pikkus 30-150 s;
   SMC reeglina suurseeriatootmises.
SMC ja BMC materjali koostis
Tooraine               Low-profile   Standard
                         SMC           BMC
Vaik                    20-27%         20%
Klaaskiud               25-30%         15%
Kaltsiumkarbonaat       40-50%         54%
Kahanemst reg. manus                   9%
Muud                      3-5%         2%
Survevalu protsess
                         Survevalu teostamiseks on vaja
                         plast muuta sisestatud tahkest
                         olekust (tavaliselt pelletite või
                         pulbri   vormis) töödeldavasse
                         sulaolekusse.
                     •   Sisestatud                 materjali
                         plastifitseerimine pöörleva teo abil
                         (samm 1)
                     •   peale vormi sulgemist järgneb
                         plastifitseeritud materjali surumine
                         vormi läbi teo edasi liikumise
                         (samm 2),
                     •   surve    hoidmine    ja   detaili
                         jahutamine vormis (samm 3)
                     •   teo   tagasiliikumine     ja    uus
                         tsükkel(samm 4)
                     •   viimane protsessi samm on vormi
                         avamine ja detaili väljutamine
                         vormist (samm 5).
Survevaluvorm
Pultrusiooniprotsess
•   Põhiprotsess seisneb pikkade kiudude tõmbamises läbi
•   (pull trough-> pultrusioon):
•   plastiga täidetud vanni (vaik+kõvendi)->
•   läbi tõmbesilma, milles antakse tootele kuju ja eemaldatakse
    liigne vaik->
•   tõmbesilma, milles antakse lõplik ristlõikekuju ning
    pinnaviimistlus->
•   Tõmmatud detaili jahutamine suruõhuga või veega
•   Tõmbekiirus 0-5...2 m/min
•   Tõmbesilm on reeglina pikkusega 500...1200 mm pikk, sisaldab
    tsoone eri temperatuuriga
Pultrusiooniprotsess
Pultrusiooniprotsessis kasutatavad materjalid

Armatuur:
   E-klaas (punutud kiud, matt) eeliseks odavus, Rm- 3450 MPa,
    E-moodul- 70 GPa, suhteline pikenemine 3…4%, varieeritakse
    kiu läbimõõtu, optimeeritakse pinnakatte abil nakkeomadusi
   S-klaas (punutud kiud, matt), vastutusrikkad konstruktsioonid,
    Rm- 4600 MPa, E-moodul: 85 GPa
   Süsinikkiud Rm- 2050-5500 MPa, E-moodul: 210…830 GPa,
    suhteline pikenemine 0,5…1,5%. Eeliseks madal tihedus
    (ρ=1,8 g/cm3)
   Orgaanilised kiud- kasutatakse suure sitkusega KM
    valmistamiseks Rm- 2750 MPa, E-moodul: 130 GPa, suhteline
    pikenemine 4%
   Polüesterkiud- kasutatakse klaaskiu asendajana juhul kui
    vajalik on sitkus ja löögikindlus kuid suur tõmbe- ja
    paindetugevus pole vajalikud
Pultrusiooniprotsessis kasutatavad
materjalid

   Maatriks:
   Küllastamata polüestervaik- kõveneb kiiresti- mitmesugused lisamanused
   Vinüül-estrid- kõrgemad meh. omadused, talub kõrgemaid temperatuure,
    75% kallim kui polüester, paremad sitkusnäitajad
   Epoksüvaigud- eelmistest kallimad, paremate meh. Omadustega, max
    temperatuur kuni 150ºC , kõvenemisprotsss aeglasem kui teistel,
    pultrusiooniprotsessiks seetõttu vähemsobiv
   Teised reaktoplastid - metüül-metakrülaat (suurem leegikindlus, hea
    tehnoloogilisus) ja fenoolvaigud
   Termoplastid:
   Täitematerjalid (fillerid)- kaltsium karbonaat, alumiinium-silikaat
    Termovormimine (pneumo- ja vaakumvormimine)

   Lehtmaterjlide korral kasutatakse üle- või alarõhu abil
    vormimist, vastavalt pneumo- või vaakumvormimist.

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

   Pneumovormimine võimaldab võrreldes
    vaakumvormimisega valmistada sügavamaid ja suurema
    seinapaksusega tooteid.
Erinevate meetoditega valmistatud PMKM
tehnilis-majanduslikud näitajad

                      Seadmete   Tootlikkus   Tugevus      Vormija       Toote      Toote
 Vormimise viis       maksumus                          kvalifikatsioon maksumus    homo-
                                                                                   geensus
Käsitsivormimine         1           3           3           10            9          1
Vaakumvormimine          2           2           4           10            9          3
Autoklaavis elastse
kotiga vormimine          3          1           6            6            7          4
Pihustusvormimine         4          4           3           10            8          1
Riide mähkimine           6          6          10            2            4          9
Pultrusioon               7          9           9            2            2         10
Lehtstantsimine          10          8           7            4            9         10
Vaigu
sissepritsimine           3           2          3            7            7          8
Survevalu                10          10          6            2           10         10