Novosti_Materiali:Layout 1.qxd

Transkripcija

1 Novosti pri materialih Srečanje plastičarjev 2008 Lipica, 30 in 31. maj 2008 Janez Navodnik

2 POLIOLEFINI Proizvodnja PE bo v 5 letih naras la za 5 mio ton, ven dar bo ve~ina pro iz vod nje iz Srednjega Vzhoda (9 mio t), najve~ji porab nik pa bo Kitajska. Najve~ji del pove~anja pro iz vod nje, 33 %, bo {el v Saudsko Arabijo, 29 % pa v Iran (slika 7). PP bo zav ze mal kar 24 % pora be pla - sti ke, od tega 38 % za briz ga nje. Navajamo nekaj primerov. BOPP-foli je (slika 9) so kljub upo ra bi stan dard ne ga PP zara di zahtev ne ga dvo os ne ga raz te za nja in napa re va nja HT izde lek z 11 % rast jo pri 4 mio t pora be. Ve~ina pri rast ka je na ra~un azij ske ga in evrop ske ga vzho da. Kompozit PP z vlak ni PP lahko tek mu je s kom po zi ti s ste klom v togo sti in obra bni odpor no sti pri za tret ji no manj{i te`i (Azdel, Propex). Posebej inter esan ten je za ter mo for mi ra nje zara di niz kih pri ti skov in tem pe ra tur pod 180 o C, npr. za stene kami o nov, pa tudi za izdel ke za {port in dom. Podoben kom po zit na osno vi PEI je ognje sta bi len in pri me ren za pro iz vod njo vla kov. Najnovej{a je upo ra ba PP za pre for me po PET-postop ku. Oblikovan tek stil MFT (Moldable Fabric Technology) je nov tek - stil ni mate ri al iz pre{anih viso ko trd nih PP-vla ken. Z viso ko o ri en ti - ra ni mi vlak ni iz sicer cene ne ga PP (firma Milliken) so dobi li mate ri al, ki je % la`ji od PP, HDPE in druge pla sti ke, hkrati pa je 2-15-krat bolj `ilav od osta lih poli me rov, kom po zi tov, jekla ali alu mi - ni ja in sicer pri tem pe ra tu rah vse od -40 o C do 110 o C. Plo{~e se pre{ajo pri tem pe ra tu ri 140 o C v Al orod jih, mate ri al je lahko lami - ni ran z Al ali ter mo pla sti~no foli jo in dru gi mi mate ri a li. Cena je podo - bna kot pri PP s ste kle ni mi vlak ni. Material je pri me ren za vozi la, plo vi la, {port ne izdel ke, za{~ito, itd. (slike 10-13). Svetovna poraba plastike bo presegla 300 mio ton Slika 7: Pove~ana poraba PE na Kitajskem in v Indiji Slika 8: Rast PP v svetu Slika 9: 11 % letna rast pri 4 mio ton porabe BOPP folij Slika 10: Plo{~e MFT so tkane iz PP vlaken in se preoblikujejo z vro~im pre{anjem. Slika 11: Udarna `ilavost MFT (Gardner) Slika 12: Primerjava trdnosti MFT z drugimi materiali Slika 13: Lastnosti MFT HDPE-rezervoar z minimalno difuzijo hlapov je pihan iz 6-ih slojev na 100-tonski dvopostajni pihalki kapacitete 700 kg/h. Pri napolnjenosti 2/3 mora zdr`ati padec iz stolpa pri -40 o C, prav tako pa tudi 2 minuti v ognju. 1

3 Hkratno formiranje in polnjenje embala`e (FFS) je sedaj mogo~e tudi v prozorni visokokristalini~ni PP-foliji (Clyrel), kar omogo~ajo novi metalocenski PP z izbolj{animi lastnostmi. Doslej je bila to domena PET in PS. pacitete 700 kg/h. Pri napolnjenosti 2/3 mora zdr`ati padec iz stolpa pri -40 o C, prav tako pa tudi 2 minuti v ognju. Bistveno izbolj{ane lastnosti novih PP za esktrudiranje (Basell) v primerjavi s standardnim visokokristalini~nim PP Metalocenski tipi PP kot tankostenske alternative PS in PET Plasti~ni papir iz BOPP je prevle~en s slojem gline (Fasson). Tako je po njem mogo~e pisati z vsemi pisali, mehansko pa se pritrjuje s posebej razvito pripravo tudi na vse vrste mastnih in vla`nih `ivil. Metalocenski PP kot lepilo imajo to~no dolo~eno strukturo, definirano s katalizatorjem. Uporabni so tudi za lepila (hot-melt), saj lahko prirejajo viskoznost, hitrost vezave, kompatibilnost z razli~no polarnimi podlagami, uporabni so do -45 o C in vsebujejo minimalno koli~ino topil, sl. 4 (Clariant). Sl. 4: Vsebnost VOC Etiketiranje z BOPPpapirjem Nov PP random kopolimer (Borclear RB709CF) je idealen za dihajo~e pihane folije za testenine in za etikete. Izbolj{ana je transparentnost, trdnost folije, hitrost ter zanesljivost varjenja in oprijemljivost barv. Hibridna tehnologija prebrizgavanja izsekanih plo~evin, npr. s PP, odpira nove mo`nosti uporabe PP za nosilne dele. Spoj omogo~ijo novi adhezivi za nizkoenergetske povr{ine (LESA, Dow). Dolgovlaknati LGF/PP kompaundi so uporabni tudi za nosilne elemente, npr. sprednjo steno, module vrat in armaturne plo{~e. Novost so masterba~i s 60 % dolgih vlaken (Dow, Techno C.). Pogosto se uporablja postopek zabrizgavanja (IMD) ali lakiranja, ki pa za kompaunde do 10 % vlaken ni potrebno (sl. 6). Sl. 6: Dolgovlaknati PP za vrata BMW Mini Penjenje z direktnim uvajanjem du{ika, CO 2, pentana in butana pod pritiskom v talino je mogo~e izbolj{ati z nukleantom, ki povzro~i nastajanje mikropor (Bergen). Nukleirna sredstva so pomembna tudi za pihanje PE-folij. Po izku{njah s PP so razvili tudi nukleant za PE (Hyperform), ki v pihanih folijah LLDPE pove~a gladkost in sijaj za dvakrat ter zmanj{a motnost za 40 %. Udarna `ilavost ostane konstantna, za 30 % pa se pove~a natezna trdnost in za 20 % E-modul. Ker se ~as kristalizacije razpolovi, se lahko pove~a tudi hitrost ekstrudiranja za 7 %, proizvodni stro{ek se zmanj{a zaradi hitrosti in tanj{e folije. Z nukleanti so mo~no izbolj{ali transparentnost PP. Za medicino je Borealis razvil Bormed TD, t. j. tip, ki ga lahko sterilizirajo s paro Sl. 7: PP-vre~ka za sterilizacijo pri 121 o C 2

4 pri 121 o C, varijo pri o C, v koestrudiranem filmu pa je celo dosegljivo tehnolo{ko okno za varjenje v razponu 35 o C (sl. 7). Borealis je razvil tudi PP-folijo za silikoniziranje kot cenej{o in trdnej{o alternativo papirju za samolepne etikete. PS je ekolo{ko najprijaznej{i po analizi `ivljenjskega cikla (LCA), ki ovrednoti vpliv od surovin do odpadkov. Surovina predstavlja 0,2 % porabljene nafte in {e to kot stranski produkt. Lahko ga do 20-krat recikliramo brez {kode. Kjer je sortiranje in ~i{~enje odpadkov neekonomi~no, slu`i kot gorivo, energetsko enakovredno plinu za proizvodnjo elektrike ali toplarne. Za enoletno osvetljevanje sobe potrebujemo 52 kg PS. Jogurtni lon~ek je 15-krat la`ji od neplasti~nih posod in zavzema le 4 % produkta. CO 2 emisija polistirena je 7-krat manj{a kot pri neplasti~nih materialih. S penjenjem zni`amo te`o za faktor 35; EPS embala`a je 2-krat la`ja od plasti~ne in 3-krat la`ja od drugih materialov, na primer za pakiranje mesa. Uporaba neplasti~ne embala`e namesto plasti~ne bi v EU zahtevala 10 novih elektrarn kapacitete 1500 MW (Plastics Europe). V talini polimeriziran PS z enako dolgimi molekulami ima visoko trdnost in omogo~a za 45 % manj{o porabo materiala. SRIC je razvil anionsko polimerizacijo, ki jo inicira z vezavo n-butil litija na stiren. Reakcija je za 6 potenc hitrej{a od obi~ajne prosto-radikalne reakcije, razvija toploto, ki jo je bilo doslej nemogo~e kontrolirati. Zdaj dodajajo recikliran PS in dobijo talino pri 240 o C s hkratnim odstranjevanjem hlapnih ne~isto~, odpravljena je tudi tendenca tvorbe gelov. Talina gre direktno na ekstruder. Investicija 32,5 milijonov dolarjev je za 28 % cenej{a kot za opremo za prosto radikalno polimerizacijo, manj{i so tudi proizvodni stro{ki, pribli`no za 0,8 $/kg. Udarna `ilavost; trd in steklu podoben termoplast lahko naredimo bolj udarno `ilav z dodatkom sredstev za meh~anje. ^e je meh~alo nizkomolekularno, kot npr. dioktilftalat, naraste udarna `ilavost na ra~un togosti, ki lahko drasti~no pade. ^e pa trd termoplast pome{amo z visoko molekularnim aditivom, lahko dobimo sistem z visoko udarno `ilavostjo v kombinaciji z visoko togostjo. Tak{en primer je udarno `ilav polistiren (HIPS), ki sestoji iz kontinuirne polistirenske faze, v kateri je dispergirana gumijasta faza v obliki delcev velikosti 2-6 mikronov. Gumijasti dele` v me{anici je od 5-15 %. 3

5 POLIESTRI PET, PBT Gre za nasi~ene termoplaste, za razliko od nenasi~enih poliestrov UP, ki so duroplasti~ne smole (sl. 1). 65 % PET se uporablja za vlakna, 5 % za folije in 30 % za plastenke, le majhen del pa za brizganje oja~anih kompaundov, vsega 10 mio ton. Odlika PBT sta togost in dimenzijska stabilnost, hiba pa razgradnja na 240 o C z nastajanjem CO, CO 2 in butena. PET-kompaundi imajo 20 % vi{jo temperaturno-oblikovno stabilnost (sl. 2). Oja~ana poliestra imata podobne lastnosti (PBT, PET): trdnost 145 oziroma 190 MPa, E-modul oba 15 GPa, HDT 210 o C oziroma 230 o C, `ilavost 75 in 60 kj/m 2 (z zarezo 14 oz. 11), skr~ek 0,8 pre~no in 0,3 oziroma 0,2 v smer te~enja. PBT se navla`i v 120-ih, PET pa `e v 10-ih minutah do zgornje dovoljene vlage (0,04 oz. 0,02 %). Oba moramo su{iti 4 ure v suhem zraku pri 120 o C. Pri prekora~itvi zadr`evalnega ~asa v cilindru je kriti~nih `e par minut. Brizgalna temperatura je do 270 o C za PBT oz. 300 o C za PET, ~as kristalizacije zna{a 4 oz. 3 mm/s. Temperatura orodja o C za PBT in o C za PET. Priporo~ljivo je {e kondicioniranje. Vro~i kanali morajo biti brez zadr`evanja materiala in z malo temperaturno razliko, ki zna{a 20 o C. Potro{nik PBT je avtoindustrija 45 % (ogledala, kljuke) in EE 40 % (konektorji, tudi na vibracijah in pri 150 o C, izjemoma 165 o C). Oja~ani PET se uporablja za lu~i, ohi{ja motorjev, stikal, tuljave, ro~aje posod in likalnikov. Ve~ina PET se uporabi za embala`o, 40 % pija~ gre v PET. Brizganje predform za naknadno napihovanje je ena produktivnej{ih tehnologij, stanje tehnike je 216-gnezdno orodje (Husky) za 650-tonsko brizgalko (sl. 3). Barierne lastnosti za CO 2 in O 2 so poseben izziv. Pivo lahko izgubi 10 %, gazirane pija~e 17,5 % CO 2. Z notranjim naparevanjem SiO x izgubimo do 9 % CO 2 v {estih mesecih, z ve~plastnimi plastenkami pa pove~amo trajnost do 9 mesecev. Obi~ajno uporabimo poliester PEN ali pa PA za vmesni sloj ali tudi za blend. U~inkovit je delnoaromatski PA MXD6, ki hkrati reagira s kisikom in deluje kot absorber. Tudi na podro~ju poliestrov neprestano nastajajo novi tipi, npr. PBT s 6-krat manj{im skr~kom 0,2 % (Radici P.), ki so hkrati samogasni (sl. 4). Sl. 1: Proizvajalci PBT in PET Sl. 2: Predelava vla`nih poliestrov razpolovi `ilavost Samooja~ani PET (srpet) ima 5-krat ve~jo trdnost in togost kot kompoziti. Plo{~e izdelajo tako, da prekri`ane unidirekcionalne pramene PET-vlaken impregnirajo s PET-matriko. Podoben sistem s srpp s termoformiranimi 2,5 mm debelimi plo{~ami je uporabljen za karoserijo Lotus in zaradi 57-odstotnega prihranka te`e tudi cenovno konkurira. srpp je do 6-krat trdnej{i od klasi~nega PP. Samooja~an PP (srpp) za karoserijo avtomobila Lotus Elise Sl. 3: 216-gnezdno orodje Sl. 4: Novi PBT z minimalnim skr~kom Folije iz PET za umetno hrano pri infuziji se lahko uporabljajo bodisi pri doziranju hrane v `elodec ali v kri. Hrana ima vse sestavine, vklju~no z vitamini, in je ob~utljiva na O 2, UV-`arke, visoke temperature in na mnoge snovi, ki ne smejo migrirati v hrano. Najpogosteje se uporabljajo barierne, ve~slojne folije z EVOH, tudi PVC, PE/PP itd. Tuborg v PET-bombah; na voljo je tudi sod s plasti~nimi dozirnimi ventili. 4

6 Zaradi mo`nosti vnosa Al-ionov v hrano se izogibajo bariernih folij z Al. Na trgu so tudi tridelne vre~ke PE/PP za sterilizacijo s paro. V lo~enih prostorih so ogljikovi hidrati, aminokisline in lipidi. Tipi PET za medicino so popolnoma biokompatibilni in primerni za umetno hrano, tako enteralno v prebavni trakt kot parenteralno neposredno v `ile. Namesto sterilizacije s paro pri 121 o C se uporablja sterilizacija z γ-`arki 26 kgy, najve~krat v plastenkah 0,5 l (Krones). Za popolno embala`o pa bo potrebno dodati re{itve za UV- in O 2 - bariere. Trajni plasti~ni tiskarski papir iz PET-folije, prevle~ene s kromogenim pigmentom, je mogo~e v tiskalniku s 300 dpi in kapaciteto 12 strani/min do petstokrat ponovno natisniti. Pigment je pri 180 o C, dose`enih z laserjem, ~rn, pri ponovnem segrevanju na 130 do 170 o C spet pobeli. Papir je tudi ~udovita ekolo{ka re{itev, ni materiala ne topil, za 1000 listov je emisija CO 2 1 kg, za papir pa 6,5 kg. TPE-bariere (GLS) za embala`o hrane in zdravil so novost. Uporabne so za brizganje in pihanje od trdote 40 do 90 ShoreA in O 2- prepustnostjo do (tudi ) cc.mil/m 2.dan.atm. Prepustnost naraste iz 2,3 na 3,8 g/m 2.dan. Materiali bodo lahko pove~ali trajnost `ivil 3 5-krat. Cena je nekaj vi{ja od tri- ali petslojnih PE-folij. Printer firme Toshiba (B-SX8R) za tisk na trajni plasti~ni papir iz PET-folije U~inkovit barierni nanos (Oxyplete) kar 30-krat pove~a neprepustnost PET-plastenk za kisik. Dvoslojni nanos zunaj plastenk PET ali PP izvedemo z brizganjem ali omakanjem ter su{enjem po predhodni povr{inski obdelavi s fluoriranjem, plazmo ali korono. Oslojevanje je enako u~inkovito in cenej{e od ve~slojnih re{itev z EVOH ali PA6. Dvoslojni zunanji barierni sloj (Smartcoat, Sipa) ustreza zahtevam za pivo, prepustnost zna{a 1 ppm O 2 in izgube CO 2 pod 15 %, hkrati omogo~a proizvodnjo plastenk na uro. Nana{a se s potapljanjem in centrifugiranjem ter nato su{enjem v IR in UV-utrjevanjem. Bariera O 2 je dvanajstkrat, bariera CO 2 pa {tirikrat vi{ja kot pri dosedanjih re{itvah. Mo`no je vro~e, asepti~no, pasterizacijsko ali ultra-~isto polnjenje. CBT (cikli~ni buti len te ref ta lat) je nov ter mo plast z ultra niz ko viskoz nost jo. Firma Cyclics je pri~ela z pro iz vod njo 3 tt CBT z raz grad njo PBT v oli go me re s tali{~em 170 o C. Je {e pre cej drag (10-15 EUR/kg), ven dar pa ima izjem ne last no sti. Lahko zapol ni mo najve~je izdel ke, kot npr. kom po zit no vetr ni co. Sta - bi len je pri 140 o C, obra bno odpo rnej{i, upo rab lja pa se za rezer vo ar - je za gori vo, za plo vi la, avto mo bil ske dele, kot osno va za master batc he, tudi za roto posto pek. Velika omo~lji vost omogo~a upo - ra bo nano glin, nano cev~ic in super fi nih pol nil. Firma gradi nove 50 tt kapa ci te te za cikli~en PBT in cikli~en PET. Novi tipi PET omogo~ajo ni`je te`e pla stenk, vro~e pol nje nje in ve~jo bari e ro za kisik in CO 2. Tako tehta 0,5-litrska pla sten ka le 12 g, izde lu je jo pa `e orod ja za 192 gnezd. Za vro~e pol nje nje pri 89 o C upo - rab lja jo poseb ne obli ke, ki zadr`ijo nasta ja nje vaku u ma po ohla ja nju (slika 14, 15). Nekatere firme upo rab lja jo dvo sto penj ski posto pek za kri - sta li za ci jo in s tem sta bi li za ci jo ode be lje ne ga vratu pla sten ke pri vro~em pol nje nju, trend pa je opu{~anje kri sta li za ci je. Visokotemperaturni PCT (policikloheksilen-dimetilentereftalat, Thermx DuPont) zdr`i zado stno tem pe ra tu ro, da se lahko upo - rab lja kot peka~ (slika 16). Slika 14: Poraba PET - 9 mio ton, rast preko 10 % vsaj {e 10 let Slika 16: Peka~ iz PCT Thermx (DuPont) Slika 15: Oja~ana PET plastenka za vro~e polnjenje ~aja 5

7 PBT (polibutilentereftalat) se zdaj lahko uporablja tudi kot teko~a smola za prepajanje npr. karbonske tkanine. Uporabi se CBT (cikli~ni butadien) v polpolimerizirani oligomerni obliki. Segret na 180 o C postane popolnoma teko~, z viskoznostjo 10 MPas in kot tak prepaja vlakna prav tako kot UP- ali EP-smole, zato je primeren za injekcijske postopke RTM, RI, itd. Prednost PBT-kompozitov je mo`nost zmeh~anja in termoplasti~nega preoblikovanja ter recikliranja. V izdelavi je trup ~olna in 13 metrov dolg del kamiona (sl. 19). PBT ne prebija v posami~nih lastnostih, vendar kombinacija lastnosti, na primer visoka te~ljivost za 1,35 m dolge karoserijske elemente kamionov in in-line lakiranje pri 150 o C, daje prednost PBT pred konkuren~nimi PA6, PBT/PET, PC-ASA, PBT-ASA in PBT- ABS. V primerjavi z doslej uporabljanim SMC-kompozitom je bil dose`en 32 %-ni prihranek na te`i in 45 %-ni na stro{kih (sl. 20). PBT (Xenoy) je po novem tudi barierni material za rezervoarje in razvode bencina, predvsem v manj{ih motorjih. Nove direktive CARB in EPA bodo v letih zmanj{ale prepustno mejo na 1,5 g/m 2 /dan. S pihanimi ali brizganimi in varjenimi rezervoarji dosegajo 0,38 g brez dodatnih povr{inskih obdelav ali dodatkov. V ZDA prodajo 15 mio malih motor~kov, npr. za kosilnice, Sl. 21: Pihan bencinski rezervoar iz PBT za sani, itd. (sl. 21). Sl. 19: Komponente za PBT-kompozit Sl. 20: Karoserije kamionov iz PBT (Crastin) PC, POM PC bo najhitreje rasto~i in`enirski termoplast. Razvoj gre v smer neob~utljivih in UV-stabilnih povr{in za avtomobilske {ipe in gradbeni{ke zasteklitve. Novost je npr. 4-prekatna plo{~a debeline 8 mm, ki tehta le 1,6 kg/m 2 in ima toplotno prevodnost le 2,76 W/m 2 K ter s tem 25 %-ni energetski prihranek pred dosedanjimi plo{~ami. S selektivno refleksijo oz. prepustnostjo v slojih uravnavajo prepustnost svetlobnih oz. toplotnih `arkov, npr. za bazene (sl. 16). Polikarbonat PC se z raz vo jem briz gal ne ga sti ska nja in oslo je va nja pospe{eno upo rab lja tako za avto mo bil ske {ipe kot tudi za pro zor ne stre he (slika 17, 18). Zasteklitev pri hra ni 50 % te`e, plaz ma oslo je va nje v debe li ni 2 μ pa zago tav lja odpor nost na UV `arke in pra ske 10 let (Exatec). V zaste klit - ve hkra ti vgra ju je jo ante ne, solar ne celi - ce in pre vod ni sloj za pre pre~eva nje zmr - zo va nja. Daimler C. pla ni ra 5 mio zaste - kli tev do leta PC {ipa je le 1,25 mm debe la, v njo pa inte gri ra jo tudi sve ti - Slika 17: Opel Zafira s transparentno streho lo. PC foli je s pro zor nim UV lakom se vse ve~ upo rab lja jo (poleg PP) za vla ga nje v orod je name sto laka. Fokusirne le~e iz PC in LED-diode tudi za reflektorje bodo zaradi var~nosti, trajnosti in cene kmalu nadomestile `arnice. PC ima z 10 mm debelimi stenami le~ pred PMMA ve~ prednosti: uporaba do 130 o C, ni`ja te`a, `ilavost, ve~ja toplotna prevodnost in zato bistveno kraj{i ciklus brizganja, ki traja do ve~ minut (Bayer MS). Sl. 16: 25 %-ni prihranek z novimi prekatnimi PC-plo{~ami Slika 18: Razvoj PC zasteklitev avtomobilov 6

8 PC/ABS, obarvan v masi,za prednjo steno BMW T. (Lanxess) in za "online" lakiran blatnik (Vicat 116 o C). Kar 44 delov v Mercedesu S je brizganih po postopku IMD s PC-folijo s trdo prevleko. Svetle~e tablice so razvili iz brizganega okvira iz PC/ABS z vgrajeno LED-diodo, plo{~e debeline 2 mm iz PC in krovnega laminata iz PC/3M. Reflektivna folija svetlobo enakomerno razpr{i preko {tevilke. POM zdaj tudi v notranjost avtomobila POM je od DuPontovega patenta iz leta 1956 vodilni material na podro~ju povratne elasti~nosti, drsnih lastnosti in `ilavosti pri zelo nizkih temperaturah. Primeren je torej za zobnike, zasko~ne elasti~ne spoje, za samorezne vijake, sponke, mehanizme v avtomobilu in tudi rezervoarju, za transportne trakove, tudi v `ivilski industriji. Zlahka ga varimo rotacijsko, vibracijsko ali ultrazvo~no. Za lepila in barve ima slab oprijem. Kar 60 % ga porabi avtoindustrija, ostalo pa druge industrije, 40 % se ga predela v Evropi in na Bli`njem Vzhodu, po 30 % pa v Ameriki in Aziji. POM za precizne gibljive dele Vodilo za vijak motorja ~olna Prevodni POM je `ilav in kemijsko stabilen od -40 do 80 o C. Vse hitrej{i pretok goriv ustvarja elektrostati~ni naboj, zato se zahteva vse vi{ja elektroprevodnost materialov (Ticona). Gorivni sistem (POM, Hostaform EC) POLIAMIDI Sl. 1: Evropska poraba poliamidov glede na postopek in kon~no uporabo (AMI 2007) Sl. 2: Poraba plastike na podro~ju motornih akusti~nih sistemov PA za viso ke tem pe ra tu re izpo dri va jo druge mate ri a le iz avto - mo bil ske ga motor ja, tem pe ra tur no obstoj nost, `ila vost in obra bno ter kemij sko odpor nost pa jim pove~ujejo z vlak ni, PTFE in sili ko - ni. Kolektorji za vse sa va nje zraka imajo z 2K postop kom vgra je ne lopu te. PA za traj no upo ra bo pri 200 o C omogo~a izde la vo olj ne ga modu la v die sel motor jih z vgra je ni mi sen zor ji in ven ti li. Evropski trg PA je v zadnjih treh letih rastel s 3,7 %, v nadaljnjih {tirih letih bo rast 3,4 %, rast BDP je le 2,2 %. Porabilo se je ton, do leta 2010 bo poraba 1 mio ton. Najve~ja poraba je v avtomobilski industriji z zamenjavanjem kovin, tudi s hibridno tehnologijo, rast je tu 4 %, v EE-industriji pa le 2,5 %. V obeh industrijah in v embala`i je mo~na koncentracija firm, 100 firm predela 32 % PA (sl. 1). Najpomembnej{i del porabe so motorni akusti~ni sistemi (MAS), ki sestavljajo glavnino avtomobilskega motorja, npr. vodila zraka in du{ilci, pokrovi cilindrov, stikala, pedali, aktuatorji, ventili itd. Glavni material je tu PA66 (sl. 2), v glavnem polnjen s steklenimi vlakni in polnili. Slika 3: Pregled poliamidov Lastnosti poliamidov Delimo jih v snovne lastnosti, kot so stekli{~e, tali{~e kristalitov, kemijska obstojnost in navzemanje vlage. Druga skupina so mehanske lastnosti, ki jih izbolj{ujemo z dodatki, npr. trdnost, oblikovna stabilnost, staranje, gorljivost, in zvo~na izolacija. Tretja skupina so predelovalne lastnosti, kot so 7

9 Sl. 9: Plasti~en sklop pedala Sl. 11: Oljna cev iz PA66 pri 140 o C, laserski zvar, nabrizgana EA-guma Sl. 12: Airbag: visokoteko~ PA6 (Akulon Ultraflow) Sl. 13a: Krogli~ni le`aj s samomazalnim PA66, toleranca 2,5 μm (Torque T.) Sl. 14: Zobnik iz PA4.6, odpornost o C (DSM) viskoznost, sposobnost varjenja, toplotna kapaciteta in zvijanje (sl. 3). Najpomembnej{a lastnost je trajno zadr`ana `ilavost in modul pri visokih temperaturah do 160 o C, kjer ima bistveno prednost PA6T. Oblikovno stabilnost lahko podvojimo z dodatkom steklenih vlaken. Nara{~a dele` dolgih vlaken, ki dajejo ve~ji modul, hkrati pa celo manj{o obrabo pol`a, saj so za obrabo odgovorni ostri robovi na koncu vlaken. Pri delnoaromatskih PA je va`na ekstremno visoka temperatura orodij (150 o C), pri ni`jih temperaturah namre~ hitra kristalizacija povzro~i nehomogeno povr{ino in celo poroznost, kar sicer lahko omilimo z blendi z alifatskimi PA, vendar na {kodo toplotne stabilnosti. Vse kompleksnej{i plasti~ni deli v motorju zahtevajo pogosto varjenje, najve~krat ultrazvo~no ali s trenjem. ^isti poliamidi se odli~no varijo, vlakna pri oja~anih pa se postavijo pre~no, tako da je mogo~e dose~i le trdnost neoja~anega PA, kar je npr. pri 30 % oja~itve le {e polovica trdnosti. Termi~na razgradnja je hitrej{a na zvaru kot na kompaktnem delu. Deli kot du{ilec zvoka morajo pri visoki temperaturi prena{ati udarce pritiska do 2,5 bara z visoko frekvenco. Pri tovrstnem testiranju se zaradi bistveno ve~je razteznosti bolje obnese alifatski PA66, saj prenese 5-krat ve~ ( ) obremenitev kot enako oja~an PA6T. Dekorativni in akusti~ni pokrovi so ve~inoma iz PA6 z 10 % vlaken in 20 % polnil, ki zaradi enakomernih skr~kov (izotropni) dr`ijo obliko. Novost so ekstremno teko~i tipi, pri katerih lahko zmanj{amo brizgalni pritisk do 40 %. Za glave cilindrov se uporablja skoraj izklju~no PA66, npr. s 24 % vlaken in 16 % polnil, ki je stabilen na motorna olja tudi do 150 o PA66 se po 3000 urah v olju zmanj{a na polovico. Iz istega materiala je sklop pedala z izjemo pedala za zavoro, ki {e nima certifikatov. Test pri 80 o C in 2,5 kn povzro~i poves za 15 mm (sl. 9). Razviti so tudi visokoteko~i PA za pokrove motorjev (Radilon S), ki se jim pri 3000 urah na 130 o C lastnosti zmanj{ajo na polovico, sicer pa imajo le 5 10 % slab{e lastnosti, trdnost 70 N/m 2, raztezek 40 % in `ilavost 5 J/m. Gre za dodatke `ilavostnih modifikatorjev, gladil in polnil. Visokooja~ani PA lahko nadomestijo tla~no lite barvne kovine in tudi jekleno plo~evino. Polnila kroglaste ali plo{~aste strukture do 10 μm dodajamo do 40 %, in sicer za zni`anje cene in zvi{anje modula, toplotne stabilnosti in izbolj{anja povr{ine, pove~ana prevodnost tudi skraj{a ciklus. Najpogostej{a polnila so kreda in plo{~ati silikatni delci talka, ki ne povzro~ijo obrabe, pove~ajo pa mehanske lastnosti, razen `ilavosti. Kratka steklena vlakna premera 5 25 μm in dol`ine do 0,3 mm se dodajajo do 60 % ter mo~no izbolj{ajo mehanske lastnosti, pogosto celo 40 % vlaken podvoji trdnost do 200 MPa in izbolj{a modul iz 3 na celo 20 GPa, seveda na {kodo raztegljivosti. Podoben u~inek dose`emo z aramidnimi, karbonskimi in celo naravnimi vlakni. Dolga vlakna dol`ine do 10 mm in unidirekcionalna vlakna do vsebnosti 60 % omogo~ajo doseganje modula preko 20 GPa, mo~no pa nara{~a odpornost proti hladnemu te~enju in utrujanju ter sposobnost absorpcije energije. Ti kompaundi lahko v celoti nadomestijo liti Al, npr. za pedalni blok. Novorazviti PA imajo vedno bolj{e mehanske lastnosti. TechnoCompound PA6 in PA66 imata 70 % vi{jo zarezno `ilavost in 10 % vi{jo trdnost. Nove so tudi dodatne re{itve, npr. 2K-nabrizgavanje etilen-akrilat kav~uka (Vamac, Du Pont) in lasersko varenje iz dveh polovic (sl. 11). Pokrov cevi je iz laserskotransparentnega materiala. Novi so visokoteko~i tipi, npr. Akulon PA6, Stanyl PA46 (DSM). 80 % pove~ana teko~nost lahko zmanj{a ciklus do 25 % in hkrati omogo~i 60-odstotno polnjenje s steklenimi vlakni (sl. 12). Euronil je razen visokoteko~ih PA razvil tudi tribolo{ke tipe z in brez PTFE z mo~no izbolj{animi drsnimi lastnostmi (sl. 13a). Pri PA46 (Stanyl) so dosegli rekordno kristalini~nost 80 % in zato za 150 % ve~ji E-modul od drugih PA in PPA pri o C. Nizka vodovpojnost in lezenje ter visoka obrabna odpornost dajeta idealen material za zobnike. Za nove tipe uporabljajo tudi nanokompozite, naravna vlakna itd. (sl. 14, 16, 17, 19) Z delnoaromatskim PA MXD6, oja~anim do 60 %, dose`emo upogibno trdnost do 400 MPA in modul 24 GPa ter tolerance tudi pod 0,05 %. Dobra teko~nost, npr. 7,6 cm pri steni 0,5 mm, omogo~a uporabo za precizne visokotemperaturne izdelke, npr. v medicini (sl. 20). Transparentni amorfni PA (npr. Grilamid TR 60) imajo zaradi strukture polimera lastnosti HT-plastov. Asimetri~na veriga ote`uje ali celo prepre~uje kristalizacijo. Tako poznamo transparentne homo- in kopoliamide z razli~nimi lastnostmi glede na izhodne diamine in dikarboksilne kisline. Zdru`ujejo najbolj{e lastnosti PA12 in 8

10 amorfnih termoplastov, npr. izredno odpornost na menjajo~e upogibanje. Uporaba aromatskih ali cikloalifatskih monomerov dvigne stekli{~e na 190 o C (TR 60) ali celo 200 o C (TR 70), mehanske lastnosti pa se skoraj do stekli{~a ne menjajo. Termi~na stabilnost je primerljiva s sulfoni in HT-PC. Dalj{e verige povzro~ajo slab{o vpojnost vode in ve~jo UV-stabilnost. Novi tipi so dovoljeni za uporabo v medicini in za `ivila (trajna sterilizacija s paro pri 134 o C ali etilenoksidom oz. γ-`arki 205 MR). Modificiranje s kristalini~nimi materiali povzro~i mikrokristalini~nost, ki mo~no dvigne kemijsko obstojnost pri polni transparentnosti, npr. za medicinske merilne aparate in posode. Udarna `ilavost pri nizkih temperaturah je bistveno ve~ja kot pri PSU in HT-PC. Obstojnost na mikrovalove omogo~a uporabo za stekleni~ke za dojen~ke po tehnologiji razteznega injekcijskega pihanja (ISBM). Razlika v vzdol`nem in pre~nem skr~ku je manj{a kot pri PSU, ni`ja predelovalna temperatura omogo~a kraj{e cikluse in ni`jo te`o. Dobro se pripajajo elastomeri, kar je uporabno npr. za za{~itne maske. Krogelna trdota 130 MPa je za 15 MPa vi{ja kot pri HT-PC, ve~ja je tudi obstojnost na napetostne razpoke. Z dodatkom laserskih aditivov je mogo~e po materialu pisati. Obenem je cenej{i od vseh HT-plastov (sl. 21a). Transparentni PA so la`ji od drugih, kakor tudi od PC in PSU (1,06 g/cm 3 ), in kemijsko obstojni z izjemo kislin. Transparentnost (92 %) je ve~ja kot pri PSU in PC-HT, manj{i je tudi lomni koli~nik (1,54). Prozoren, s steklom oja~an PA6, visoko viskozen, je primeren tudi za pihanje in termoformiranje (Nycoa). Razvili so tudi prozoren PA, primeren za pihanje, ki zdr`i visoke temperature in je odporen na goriva, olje itd. (sl. 22). Iz PA6 in PA66 so razvili tudi tipe za tehnologijo penjenja MuCell za debelostenske dele motorja, sprednje stene itd. (Technyl XCell). Pri 10 % zmanj{ani specifi~ni te`i so modul, trdnost in `ilavost neznatno zmanj{ani, zado{~a pa manj{i brizgalni pritisk; manj je zvijanja, notranjih napetosti in hitrej{e brizganje. Material omogo~a za 30 % ve~jo produktivnost. PA namesto Mg za airbag ohi{je za Audi Q7 so s pomo~jo visokohitrostnih dinamometrov in integrativne simulacije nadomestili Mg s PA6 s 50 % steklenih vlaken in `ilavostnim dodatkom (BASF). Profil iz PA 50GF za Passat, brizgan z WIT, je dolg 2 m in tehta 1,5 kg, zamenjal pa je dosedanji jeklen profil (sl. 26). Tehnologija WIT je omogo~ila enakomerne stene in kratek ciklus (PME). PA46 kot vlakna in barierni filmi je nova uporaba visokotemperaturno obstojnega poliamida (Stanyl PA46). Ekstrudirajo ga v niti in monofile debeline 0,2 do 1 mm, npr. za ekstremno obstojne {~etke, folije in tkanine, kjer zamenjuje dra`je PPS, PEEK, aramide in fluoroplaste. Barierna enoslojna nanokompozitna folija iz PA6 in 5 % nanogline (Süd-Chemie) je nadomestila 5-slojno folijo PA66/PA6/PE. Mehanske lastnosti so enake. Prepustnost O 2 je s tem padla iz 28 na 15 cm 3 /m 2 /dan. Za samogasne folije uporabljajo drug nanomaterial; slojevit dvojni hidroksid LDH (layered double hydroxides), ki materialu za 52 % zmanj{a gorilno energijo (PHRR - peak heat release rate). S PBT-kompaundi so dosegli 40-odstotno zmanj{anje energije. Endotermna razgradnja hidroksida namre~ daje kerami~ne ostanke in ve`e izgorevalne pline. Pena iz PA6, termostabilna pri 210 o C, visoko izolativna, je nov proizvod, ki je na razpolago v plo{~ah in drugih oblikah, spaja pa se z lepljenjem ali varjenjem. Primerna je za vro~e izolacije in embaliranje {e vro~ih izdelkov (Dimer). Novi visokomodulni kompaundi s karbonskimi vlakni v PA ali PPA, PPS in PEEK zdaj dosegajo trdnost 0,3 GPas in togost 50 GPas (doslej 0,2 oz. 15 GPas, Ultra-Stiff, Lati). Sl. 16: Tesnila iz PA4.6 zdr`ijo trajno temperaturo 200 o C, temperaturne konice do 250 o C. Sl. 17: Kolektor iz PA4.6 zmanj{a te`o za 50 %. Sl. 19: Profil za pomi~ne rolete v BMW Mini iz PA66 s 25 % st. vlaken Sl. 21a: Uporaba visokotemperaturnega PA za za{~itne maske in otro{ke plastenke Sl. 20: PA MXD6 primerjava s kompaundi in kovinami Sl. 22: Transparenten pihan PA je kemijsko in temperaturno odporen. 9

11 FLUOROPLASTI Fluortermoplast, modificiran PTFE (Moldlon), je mo`no brizgati in ekstrudirati, kar za znani "Teflon" ne velja. Ohranja pa prese`no odpornost na temperaturo in kemikalije ter drsne lastnosti. Ima 4-krat manj{e hladno te~enje kot klasi~ni PTFE in je od vseh visokopolnjenih F-kompaundov najodpornej{i na tlak in obrabo (E. Klinger). Termoplasti~en PTFE ima manj{o obrabo kot vsi polnjeni kompaundi. Brizganje je `e pri kosih cenej{e od frezanja. Streha iz ETFE-folije: m 2 strehe v Düsseldorfu iz ETFEfolije ima visoko zvo~no in toplotno izolativnost 0,75 W/m 2 K (Dyneon). Stadion za pekin{ko olimpiado: m 2 je pokritih s stekleno mre`o, prekrito s PTFE, predvsem zaradi akustike. Mnogo se uporabljajo tudi poliestrske mre`e, prevle~ene s PVC, in prednapete tkanine iz EFTE. Stadion ima sede`ev, porabljenih je tudi m 2 PC-plo{~. Modificiran PTFE z dodatkom PPVE (perfluorpropilvinil eter) ima ni`jo molekularno te`o, velikosti zrnc 240 μ, omogo~a lahko te~enje, ima bolj homogene kristalite in strukturo brez por, s ~imer je prepustnost za pline 2-krat manj{a, zmanj{ano je tudi hladno te~enje in utrujanje, izbolj{ana pa ognjeodpornost. Z izostati~nim pre{anjem se oblikuje v prozorne oz. prosojne plo{~e, cevi in tudi izdelke. PMMA Neonakrilat (Acrilex) je ena redkej{ih novosti pri PMMA. Gre za prosojne ekstrudirane lite plo{~e z mo~no flourescen~nimi pigmenti, ki zadaj osvetljeni imitirajo neonska svetila razli~nih barv (sl. 15). Sicer so akrilati, PMMA-polimetilmetakrilat (sl. 14), med najstarej{imi termoplasti, katerih 35 % porabi gradbeni{tvo, 25 % razsvetljava in 20 % vozila. Proizvajalcev je razmeroma mnogo (Plexiglas, Diakon, Lucite, Oroglas, Perspex, Altuglas, Lucryl). Tri prese`ne lastnosti akrilatov med polimeri so trdota, lastna UVstabilnost in transparentnost (92 %), kar preka{a celo steklo, slabost pa so nizka udarna `ilavost (18 oz. z zarezo 2 kj/m 2 ), skromna oblikovna stabilnost do 60 o C in neodpornost na estre, etre, alkohole, aromate... Visoka je natezna trdnost (do 80 MPa) in modul (do 3,5 GPa), majhni skr~ki (0,2 0,6 %) in togost, ki ote`ava snemanje iz orodja (kot 2 o ). Te`ka te~ljivost pa zahteva visok brizgalni in protipritisk (do 300 barov) in kljub temu, da je material amorfen, razmeroma vro~e orodje do 90 o C, ~eprav se material brizga le pri pribli`no 240 o C. Poleg plo{~, tudi ve~prekatnih, so najbolj znane uporabe LCD-zasloni in lu~i, tudi zadnje lu~i avtomobilov. Sl. 14: Kemi~na sestava PPMA Sl. 15: Fluorescentne barve novih akrilnih plo{~ 10

12 LSR (Wacker, Dow), teko~i silikon, se zelo hitro uvejavlja v 2K-kombinacijah s PBT, PA6, PA12 in visokotemperaturnim PC v avtoindustriji, medicini in sanitarni tehniki ter gospodinjstvu. Poleg temperaturne odpornosti in trajne povratne elasti~nosti, zna~ilne za gume, je dovoljen za medicinske in Sl. 26: Penjeni silikon, podstavek te`e 41 g, ciklus 55 s (Arburg) prehrambene namene, Sl. 25: Uspe{en 2K-tu{ (PBT-LSR, Engel) poljubno obarvan in ima visok oprijem na termoplaste, dovoljuje pa kratke cikuse. Zahteva ogrevana orodja in za prebrizgavanje tolerance 50 μ (sl. 25). Penjeni LSR (Dow) za tesnila, proizveden s postopkom Optifoam z vme{avanjem superkriti~nega CO 2, omogo~a do 40 % ni`jo te`o in 30 % mehkej{i silikon, uporaben predvsem za tesnila (sl. 26). Barierna pla sti ka Za pre pre~eva nje izha ja nja arome, ben ci na ali pre ho da pli nov je naj po memb nej{i mate ri al EVOH (eti len vi ni lal ko hol). Cena je 5-6 EUR/kg, pro iz va ja ta pa ga le japon ski firmi Kuraray (81 tt) in Nippon (nov pogon 15 tt). Letna rast je 10 %. Problemi so pred vsem teh no lo{ki, npr. slabo te~enje ter slab opri jem na druge mate ri a le. Potrebnih je naj manj 5 slo jev (slika 23). Te`ko reci kli ra nje: razvijajo tipe brez teh pro ble mov, pri mer ne tudi za raz tez no foli jo, za ter mo for mi ra nje, za PET pla sten ke in za zame nja vo PA. Konkurenca EVOH je PVdC (poli vi ni li den klo rid), ki je cenej{i, Slika 23: Struktura emba la`e za hrano, sloj C je EVOH ven dar podo bno kot PVC v emba la`i nepo pu la ren. LCP je dobra bari e ra, ven dar zelo drag in rumen kast ter slabo pro zo ren. Drag je tudi ciklo o le fin COC. HT poli me ri HT poli me ri, npr. PEEK s C vlak ni, nado me{~ajo jeklo v eks trem nih pogo - jih. Bat hidrav li~nega ven ti la (slika 24) ima zado stno tla~no trd nost, odpor nost proti te~enju in obra bi, da tesni pri barih {e po 10 mili jo nih gibov in to brez ela sto mer ne ga tes ni la, ki je potre ben za jekle ne bate. Izguba tlaka je za 20 % manj{a, ni`ja je tudi cena. Ekstremne tole ran ce dose ga - mo namre~ z briz ga njem brez obde la ve. Avtomobil je razstavni salon skoraj vseh tipov plastike (slika 25). HT kom pa un di imajo last no sti, ki jih z dru gi mi mate ri a li ni mogo~e dose~i, npr. viso ka obra bna odpor nost in `ila vost pri niz - kem tre nju in te`i. Za viso ke obre me nit ve in obra be obi~ajni kom pa un di s samo - ma zil ni mi dodat ki ne zado{~ajo. Firma Lati je zato raz vi la kom pa - un de z eks trem no nizko obra bo in tre njem. Tribokompaundi na osno vi PA6, PA66, POM, PPS, PPA in PEEK so oja~ani z 20 % ara - mid nih vla ken. Po potre bi se doda ja {e pol ni lo PFTE ali druga tri - bo lo{ka pol ni la. Aramidna vlak na so meh kej{a, bolj `ilava in trd nej{a od dru gih ter daje jo glad ko neob ra bno povr{ino z niz kim tre njem. Za roti ra jo~e ali osci li ra jo~e dele v kon tak tu s kovinami, ki se mnogo hitre - je obra bi jo in pov zro~ajo vibra ci je, so ti kom pa un di ide a len mate ri al (slika 26). Tudi v kom bi na ci ji z viso ko obra bni mi Cu, Al ali bron zo so npr. zob ni ki iz tri bo kom pa un da zelo traj ni in tihi. Zamenjava kera mi ke: Firmi Polyplastics in Otsuka Chemical iz Japonske sta raz vi li nekaj novih tipov ter mo pla sti~nih kom pa un dov, od kate rih bazi ra ta dva na teko~ekri stal nih polimerih in dva na polifenilensulfidu. Gre za mate ri a le s trgov skim nazi vom Freqtis, ki imajo viso ko die lek tri~no kon stan to in bi lahko v kva li tet nih elek tron skih kom - po nen tah, ki se upo rab lja jo pri viso kih frek ven cah (mikro va lov ne Slika 24: Brizgan hidravli~ni bat iz PEEK za 350 barov ne rabi tesnila Slika 25: Dele`i plastov v BMW 5 Slika 26: Tribolo{ki kom pa und PA66/ara - mid 15 % (Lati) 11

13 pe~ice), nado me{~ali kera mi ko. Keramika ima viso ko die lek tri~no kon stan to, ven dar jo je zara di skr~ka te`ko obli ko va ti, {e pose bej v izdel ke s tan ki mi ste na mi. Potreba po tak{nih izdel kih z rast jo novih tele ko mu ni ka cij skih teh - no lo gij mo~no nara{~a. Prvi komer ci al ni izdel ki bodo majh ne ante - ne za celi~ne tele fo ne in brez vr vi~ne LAN ter konek tor ji na viso ko frek ven~nih tele ko mu ni ka cij skih napra vah. Za pro iz va jal ce kom po nent za elek tron ske napra ve in tele ko mu - ni ka cij sko opre mo je pri mer na nova Cycoloy EF teh no lo gi ja (in`enir ska pol ni la) firme GE. Gre za PC/ABS blen de z novi mi kovin ski mi pol ni li. Le-ti daje jo briz ga nim izdel kom, kot so npr. ohi{ja pre nos nih ra~una lni kov, kovin ski efekt, ki je dovolj atrak ti ven, da niso potreb ne dodat ne ope ra ci je laki - ra nja. Dose`emo lahko grobo, sijaj no in mat povr{ino. Na sliki 27 je prikazano ohi{je za pre nos ni ra~una lnik; vidna je izbolj{ava linij te~enja, dose`ena z novim mate ri a lom. Linije te~enja so pri upo ra bi nove ga Cycoloya s pol ni li pre cej manj vidne. HT ter mo pla sti, kot sta npr. PPS in PEEK, se lahko zara di izjem nih termi~nih in mehan skih last no sti upo rab lja jo na veli ko podro~jih. Danes pa jih `e mo~no preka{ajo t.i. ekstremni ter mo pla sti, kot sta npr. PAI (Torlon) in PBI (Celazole). Z last nost mi sta zelo blizu kovin skim mate ri a lom in tako izpol nju je ta nji ho ve funk ci je. PBI - poli ben zi mi da zol (Celazole) je mate ri al z mejo dol go traj ne upo rab ne tem pe ra tu re, ki zna{a 310 o C in mo`nost jo krat ko traj ne tem pe ra tur ne izpo sta vit ve na 500 o C. Pri PAI (poli ami di mid) je meja upo ra - be 250 o C oz. pri krat ko traj ni izpo sta vit vi 270 o C. Oba mate ri a la imata nizek toplo tni raz tez nost ni koe fi - ci ent, ki je pri mer ljiv z alu mi ni jem. Podjetje Angst+Pfister izde lu je pol iz del ke iz ome nje nih mate ri a lov v obli ki plo{~, okro glih palic in cevi. Izdelujejo tudi valje, vodi la in toplo - tno skr~ljive izdel ke. Poliimidi PI so duroplasti ali termoplasti s tali{~em nad temperaturo razkroja, zato se prodajajo le kot folije in profili, proizvedeni s sintranjem (Kapton, Vespel, DuPont). Termostabilni so do 400 o C. Kombinacije z aromatskimi estri, etri in amidi dajejo taljive materiale z mo`nostjo predelovanja. TPI, termoplasti~ni poliimid, je nov amorfen HT-plast za ekstremne pogoje, a se dobro brizga. Polieter imidi PEI so amorfni termoplasti s stekli{~em pri 240 o C (Ultem, GE). Imajo nizek razteznostni koeficient ter dobro odpornost proti gorenju z malo dima. Poliamid imidi PAI so amorfni termoplasti, visokoobrabno odporni, zlasti z dodatki grafita ali F-plastov oz. visokotemperaturno odporni z dodatkom C-vlaken in polnil z nezmanj{ano togostjo do 230 o C in `ilavostjo tudi pri 196 o C. Po brizganju je potrebno temperiranje do 260 o C, tudi ve~ dni. Raztezek materiala se pove~a na 15 %, natezna trdnost pa od 100 na 200 MPa, vendar delno zamre`eni material ni ve~ taljiv in sposoben za recikliranje. Primerjava PAI in PEI ka`e na vi{jo trdnost PAI (205 oz.140 MPa ter pri 200 o C 120 oz. 60 MPa) kakor tudi E-modula (22 oz. 13 GPa) in toplotne stabilnosti (280 oz. 210 o C) ter `ilavosti z zarezo (142, 122 J/m) oz J/m brez zareze. Manj{a je vpojnost vode, ki zna{a 0,33 % oz. 1,25 % ter skr~ek 0 0,85 %. Med HT-plasti zavzemajo PAI vidno mesto po ognjestalnosti in trdnosti (sl. 1 in 2). Brizgamo pri temperaturi do 370 o C (PAI) oz. do 400 o C (PEI) s tlakom 55 oz. 110 MPa v orodje pri 220 oz. 180 o C. Imidi za orodje niso korozivni kot PPS. Za lepljenje uporabljamo EP, PU, Si, ne pa akrilatov. Zahtevno je su{enje (150 o C, 5 ur za PEI in 160 o C, 20 ur za PAI). Visoka brizgalna hitrost zmanj{a viskoznost, lahko pa povzro~i o`ganine, te povzro~i tudi zadr`evalni ~as nad 15 minut pri PAI. ^e ga pre`gemo, ga je treba iz`gati do 4 ure pri 430 o C in pol` o~istiti. Oba lahko recikliramo do 25 %. PAI uporabljamo v elektroniki in letalstvu, PEI tudi v medicini, Slika 27: Nov PC/ABS/Al kompaund brez linij te~enja Sl. 1: Indeks kisika pri HT-termoplastih Sl. 2: Natezna trdnost HT-termoplastov Sl. 3: Predenje PEI-vlaken (Ultem-GE) v gostinstvu, za `aromete, senzorje, itd. Cena PEI je nad 15 EUR/kg. PAI (Turlon) prodajajo tudi kot polizdelke, odporne na lezenje do 250 o C ter z grafitom in PTFE za le`aje. GE je dal na trg visokotemperaturno obstojna vlakna PEI (Ultem) nizkih in visokih deniejev 2 10 DPF. Predejo jih pri 450 o C s hitrostjo 1,8 km/min skozi glavo s 144 {obami. Negorljiv in brezdimni material je namenjen za letalstvo, visokotemperaturne filtre, itd. (sl. 3). 12

14 PEEK v mikroelektroniki zmaguje predvsem na ra~un trajne uporabnosti pri 260 o C in nespremenjenih elektri~nih lastnostih ne glede na frekvence. Kontaktorji imajo lahko razmak med vodili le 80 μ, tudi sama debelina CuBe-trakov za kontakte je le 80 μ. Vtika~ meri tako le 4 mm 3 in ima toleranco pod 20 μ (sl. 4). Mikrokondenzatorji z Al-elektrolitom se obbrizgajo s PEEK, ki zdr`i tudi lotanje z brezsvin~enimi loti, ki zahtevajo 50 % ve~ toplote kot svin~eni loti, tega pa doslej uporabljani PPS ne zdr`i (sl.6). Polietereterketon visoke ~istosti je uporaben tudi za proizvodnjo polprevodni{kih elementov, npr. kemijsko-mehansko poliranih obro~ev (CMP - Ring), LCD-dr`al, elementov za transport ~ipov itd. Vedno manj{i elementi in ve~ja gostota ~ipov povzro~ajo na siliciju vse ve~ napak. PEEK ima zahtevane lastnosti: ~istost, toplotno stabilnost, visok E-modul in kemijsko stabilnost (sl. 7, 8, 9). Sl. 4: PEEK-vtika~ 4 mm 3, kontakti na vsakih 80 μ Sl. 6: PEEK-preobleka Al-elektrolitnih kondenzatorjev Sl. 7: Polprevodni{ki element pri poliranju elementov (Wafer) je bistvena obrabna trdnost, ki je pri polnjenem PEEK maksimalna. Sl. 8: Obro~i za poliranje Sl. 9: Kristalini~en PEEK, po potrebi oja~an s C-vlakni in polnjen s kerami~nimi polnili, se zlahka brizga, proizvodnja elementov je 8 % cenej{a kot z drugimi materiali. PEEK tudi za lasersko sintranje: za generativno lasersko proizvodnjo obremenjenih delov uporabljamo predvsem PA12 (Eos) in PA11 (3D Systems), ki dosegata skoraj enako natezno trdnost kot brizgani PA, in sicer 45 N/mm 2 (brizgani 50) ter modul 1,28 GPa (brizgani do 1,6) in celo bistveno vi{jo temperaturno stabilnost do 177 o C (brizgani do 118 o C). Omejitev pa je pri oja~anih materialih, saj razpolagamo le z zrnatimi, nevlaknatimi materiali za sintranje, zato ne moremo prese~i trdnosti 50 N/mm 2. Vrzel je zapolnil PEEK (Victrex Eos), ki ima oblikovno stabilnost do 152 o C, trajno uporabo pri 250 o C, konice pri 300 o C, dosega pa natezno trdnost 0,1 GPa in togost 3,6 GPa. Zahteve za material so delno kontradiktorne; za ostre konture potrebujemo ozko talilno podro~je, sicer pa ve~jo razliko med tali{~em in temperaturo za kristalizacijo. Delna kristalizacija namre~ povzro~i nelinearno kr~enje in zvijanje, {e posebej na robovih (sl ). Sl. 11: Primer lasersko sintranega vzorca Sl. 10: Lasersko sintranje PEEK in napake LCP, tudi lasersko sintran, nadome{~a zaradi oblikovne in temperaturne stabilnosti kovine tudi za nosilce ~ipov in mehatronske dele, tudi pri brezsvin~enem lotanju (sl. 13, 14). Novost je uporaba laserskega sintranja (LDS) za proizvodnjo 3D MID (Moulded Interconnect Devices) vezij, ki so se doslej izklju~no brizgala. Prednost je predvsem hitro nastavljanje novih oblik brez potrebnih orodij pri zelo razli~nih oblikah, npr. za slu{ne aparate (sl. 15). Nova je tudi uporaba LCP za gospodinjstvo, saj ostane stabilen pri 280 o C, npr. za Sl. 13: ^ip-karta za mobilnik iz LCP Sl. 12: Primerjava spektra mehanskih lastnosti med lasersko sintranimi in brizganimi vzorci Sl. 14: Pospe{kovni senzor iz galvaniziranega LCP 13

15 vzmetni peka~ (sl. 16), katerega dno slu`i tudi za serviranje, pe~emo pa lahko tudi v mikrovalovki. Neoprijemljivost na LCP je zadostna, da ni potrebna uporaba PTFE ali silikona. Potrebna tudi ni uporaba masti. Hitrej{i je prenos temperature in zato zado{~ajo za pe~enje 10 % ni`je temperature in kraj{i ~asi. Ela sto me ri Sl. 15: MID, proizvedeni z lasersko sintranim LCP Sl. 16: Vzmetni peka~ Napredni ela sto me ri nado me{~ajo kovi ne, npr. avto mo bil ski zoba ti jer men s kom bi na ci jo HNBR/ara mid/pa zdr`i 160 o C, in km name sto obi~ajnih km in se pri tem podalj{a le za dese tin ke mm. Jermeni so mnogo mir nej{i in ti{ji od verig, zav za me jo manj pros to ra in se manj obra bi jo, zato imajo `e 75 % tr`ni dele` (slika 28). Teko~i sili kon LSR je upo ra ben od -50 do 180 o C, z dodat ki tudi do 250 o C. Je dvo kom po nen ten mate ri al, zato zahte va poseb ne briz gal ke z dozi ra njem, hla je nim cilin drom in ogre va nim orod jem. S "pri mer ji" ga upo rab lja mo tudi za 2K briz ga nje, raz vi ja jo pa "samo - le pil ne" tipe, ki se opri me jo pla sti ke. Uporablja se za manj{e izdel - ke do te`e 1 kg, npr. za 2K konek tor je. LSR je sicer dra`ji od obi~ajnih TPE, toda tem pe ra tur no obstoj ni tipi s FDA cer ti fi ka tom so 3-krat dra`ji. 2K in 3K orod ja so zahtev na, saj je sili kon ski del ogre van, osta li hla je ni. Slika 28: Visokozmogljiv jermen Polimerne zlitine in kompaundi Polimere me{amo v blende in zlitine zaradi izbolj{anja lastnosti, v zadnjem ~asu tudi za izbolj{anje medsebojnega oprijema, posebej pri 2K-brizganju mehko/trdo. PP/PS-nanoblend ima za ~etrtino bolj{o odpornost na praske kot PP z 20 % talka in svileno mat povr{ino brez potrebe po lakiranju. Z nanoaditivom dose`ejo fino dispergiranje PS v PP matriki. Blend ohrani najbolj{e lastnosti s talkom polnjenega PP, ima za ~etrtino ve~jo odpornost na praske in bolj{e akusti~ne lastnosti (Süd-Chemie), sl Vlakna iz PAN (poliakrilonitril) mo~no pove~ajo `ilavost in prepre~ujejo krhke lome PP, na primer pri avtomobilskih nesre~ah. Te`ava je voluminoznost in te`ko nasipanje vlaken. TITK je razvil dvofazni sistem za oja~evanje PP/PS. V prvi stopnji vle~ejo me{ane niti PAN in PP v pramen, ki ga z ogrevanjem in sukanjem zlepijo, tako da ga lahko Sl. 1: Nanoblend PP/PS ima visoko odpornost na praske. razsekajo v granule, ki vsebujejo 80 % PAN-vlaken. Med kompaundiranjem blenda dodajo PAN-granule, ki se v blendu razpustijo, PAN-vlakna ostanejo nepo{kodovana do 240 o C. Mehanske lastnosti blenda se bistveno izbolj{ajo, na primer zarezna `ilavost se podvoji (sl. 4). Lastnosti celo presegajo ABS/PA-blend, tako da je oja~an nanoblend najprimernej{i material za notranjost avtomobila (Putsch K). Sl. 2: Nelakirani avtodeli iz nanoblenda PP/PS Sl. 3: Nanoblend absorbira 4-krat ve~ energije kot PP pri nizkih in visokih temperaturah. Sl. 4: S PAN-vlakni oja~an nanoblend PP/PS ima preka{a celo ABS/PA-blend. 14

16 PP/COC blendi zmanj{ajo neprijetno zvijanje PP do 90 %, npr. od 4 mm na 0,5 mm. COC (cikloolefinski kopolimer, Topas) dodaja blendu temperaturno odpornost, dodatno togost in bolj{e elektri~ne lastnosti, s togimi vlakni oja~an je primeren za module vrat in streho kot tudi druge dele karoserije (Ticona). PVC/SAN blendi pomagajo re{evati hibo PVC, t. j. oblikovno stabilnost do 65 o C, izjemoma konice do 80 o C, ~eprav se je PVC v gradbeni{tvu za okna, kable, talne obloge, cevi in opa`e trdno vsidral. Evropska proizvodnja predstavlja 6 milijonov ton ob trajni rasti, ki zna{a 2 %. Kloriran PVC CPVC s 66 % Cl namesto obi~ajnih 57 %, zdr`i trajno 90 o C, v konicah 110 o C, visoka pa je cena, gostota 1,6 in te`ka predelava. Polimerom lahko temperaturno obstojnost dvigamo s primesjo polimerov z vi{jim stekli{~em (BASF), sl. 5. Sl. 5: PVC/SAN blendi v gradbeni{tvu Blendi PVC/PA12/CPE pove~ujejo `ilavost in toplotno stabilnost se z dodajanjem CPE me{anici PVC/PA12 pove~a 4-krat (FCT Praga), sl. 6. Aromatski PA66 + PA6I/6T blendi imajo pri 30 % ni`ji predelovalni temperaturi in bolj{i ekonomi~nosti za 90 % ve~jo `ilavost in za 35 % ve~jo razteznost od konkuren~nih proizvodov tudi po staranju na 140 o C. Oja~ani PA66 tekmujejo z litimi kovinami v avtu in na sanitarnem podro~ju, te`ava pa je navzemanje vlage in s tem Sl. 6: Odvisnost `ilavosti blenda od vsebnosti CPE spreminjanje dimenzij in lastnosti, celo pri 60 % dodanih steklenih vlaken. PA66 GF 50 z navla`enjem izgubi 25 % trdnosti in togosti, delno aromati~ni blend pa le 10 %, razen tega ima vi{jo temperaturo stekli{~a. Zamenjava kovin lahko pomeni prihranek za 50 %, saj odpadejo obdelovalna dela, orodja so trajnej{a in do 2-krat cenej{a. Zni`anje temperature predelave za 30 o C glede na PA66 pomeni kraj{e cikluse in prihranek, bolj{a je tudi povr{ina. Uporabni so pri temperaturi 140 o C trajno in do 200 o C v konicah. Blend ima povi{ano oksidacijsko odpornost in ne zni`a `ilavosti tudi po ve~ tiso~ urah na 140 o C. Oja~uje se z do 60 % steklenih vlaken (Acro P), sl. 7, 8. Le`aj brisalca BMW5 Sl. 7: Po 2500 urah pri 140 o C je raztezek vi{ji za 35 %, `ilavost pa za 90 %. Sl. 8: Aromatski blendi z do 60 % vlaken ABS cenej{i blendi so razviti kot cenej{a alternativa PC/ABS- in PC/PBT-blendom. Lustran Ultra, Lanxess, ki ima zmeh~i{~e pri 105 o C, je izbran za lakirane nenosilne dele v Astri. Blendi na osnovi ASA (Centrex) so zaradi nizkega sijaja in mehkega otipa alternativa za PVC- in TPU-povr{ine v koekstrudiranju in imajo izjemno UV-obstojnost. ABS/PA-blendi z neob~utljivo mat povr{ino (Triax) in dobrim te~enjem so poceni re{itev za armaturne plo{~e (sl. 9). a b c Sl. 9: ABS-blendi za zunanje dele Astre a, za notranje dele z mehkim oprijemom b in neob~utljivo mat povr{ino c 15

17 PA/ABS, oja~an z minerali (Triax DP 3157) je nov material za blatnike, npr. BMW 3, saj prenese on-line katodno potopno lakiranje (CDC) pri 200 o C. Ima majhen temperaturni raztezek in se zlahka brizga pri temperaturi orodja 80 o C (sl. 10). POM/TPU lahko z 2K-brizganjem pove`emo s 300 % mo~nej{im spojem s predhodnim zlivanjem POM z do 30 % TPU in 1,5 % MDI. Spoj lahko pove~amo z ve~ metodami. Visokokristalini~ni POM in ve~fazni TPU s trdnimi in mehkimi segmenti z visoko elasti~nostjo nimata zadostnega oprijema, zato so pogosto uporabljali mehansko sidranje ali zamenjavo TPU s SEBS, s poslab{anjem obrabne odpornosti, fleksibilnosti v hladnem in elasti~nega vra~anja. Druge re{itve so kemijsko ali plazemsko modificiranje povr{ine, ki pa pri POM niso najbolj{e. POM/TPU/MDI blend, z do 30 % TPU in 1,5 % MDI (difenilmetildiizocianat), so razvili z ne`nej{im kompaunderjem za TPU, L/D je 41, s 150 obrati/min. S trdoto vme{anega TPU se trdnost spoja pove~uje, reaktivni modifikator MDI dodatno pove~a trdnost spoja (IP Leibniz), sl. 11. Dodatek TPU zmanj{a trdnost POM za ~etrtino, E-modul celo za polovico, hkrati pa pove~a `ilavost za faktor 3. PC/ABS zlitine imajo med zlitinami najhitrej{o rast, saj zdru`ujejo visoko `ilavost, toplotno in oblikovno stabilnost PC, v `ilavosti in raztegljivosti pa mo~no preka{ajo obe sestavini. Poleg `ilavosti z ABS izbolj{ujemo povr{inski izgled in te~enje, tako da se zlitine hitro uvejavljajo za vidne avtomobilske dele, ra~unalnike, mobilnike, itd. [ibkej{o kemijsko stabilnost PC pove~ujemo z zlivanjem s PBT. Novosti nastajajo pri uporabi `ilavostnih dodatkov, npr. kopolimeru etilena in metilakrilata (Elvaloy - DuPont in Clearstrength - Atofina). Dodatki so pravzaprav kompatibilizatorji, ki se ve`ejo na obe fazi, delce faz dodatno razpr{ijo in ve`ejo med seboj na mejnih povr{inah. Elvavoy se npr. z epoksidno skupino ve`e na karboksilne skupine poliestrov PC oz. PBT. Kompatibilizatorji tako drasti~no pove~ajo udarno `ilavost. Dobimo tri prepletene faze PC in dve komponenti ABS: SAN in gumo PB, s ~imer `ilavost naraste ve~ kot 10-krat. PC in ABS lahko me{amo v vseh razmerjih. Z dele`em ABS natezna trdnost enakomerno pada po zakonu me{anic (blendi). Druge lastnosti pa se ne spreminjajo linearno in so bolj{e od lastnosti obeh komponent, kar nakazuje na reakcije med komponentami oz. morfolo{ke spremembe med posameznimi fazami, kar je zna~ilno za zlitine. Tako je viskoznost vseh zlitin bistveno ni`ja kot pri posami~nih komponentah, najni`ja pri 15 % ABS, pri tej sestavi pa je najni`ja tudi `ilavost in raztegljivost. Te lastnosti pa dose`ejo maksimum pri 30 % ABS. SEM-posnetki potrjujejo teorijo, da so pri 15 % ABS faze v obliki lo~enih kroglic, pri 30 % pa v preme{anih pasovih (sl. 15). PC/ABS, oja~an z dolgimi vlakni in hkrati obarvan ter vremensko obstojen (LNP Verton XC), je na{el uporabo v kamionih in kmetijskih strojih. Za notranje aplikacije se uporablja podoben dolgovlaknati kompaund na osnovi PA/ABS ali PC/ASA v bogati paleti barv (Verton XC). Pogosto se uporabljajo votli izdelki, narejeni s plinskim brizganjem, npr. za stole. Ti oja~ani blendi nadome{~ajo doslej{nje uporabe z me{anjem razli~nih masterba~ev (sl. 16). PC/ABS z jeklenimi vlakni (Faradex, GE) je novorazvit kompaund za elektronske aparate, npr. kamere, DVD predvajalnike in tudi za visoko obremenjene dele. Sl. 10: Nov PA/ABS polnjen blend za blatnik BMW 3 Sl. 11: Trdnost spoja POM/TPU v odvisnosti od vsebnosti TPU in MDI Sl. 14: PC/ABS za notranjost avta (Terblend N firme BASF) daje mat povr{ino brez lakiranja Sl. 15: Trdnost PC/ABS z dele`em ABS pada, `ilavost, raztegljivost in viskoznost pa imajo minimum pri 15 % in maksimum pri 30 % ABS. Sl. 16: Z dolgimi vlakni oja~an PA/ABS za nosilne dele stola 16

18 Funkcionalne nove uporabe prevodnih blendov so na primer kot uporovni grelec, ki ga lahko uporabimo kot vgrajen termostat. Prevodni aditivi lahko dajo kompaundu pozitivni temperaturni koeficient, tako da s povi{anjem na dolo~eno temperaturo prevodnost pade in se ogrevanje prekine. Potencialne aplikacije so predgrelci dizelskih motorjev, ogledala itd. Pove~ana termi~na prevodnost kompaundov za 66 %, do 2,5 W/mK, potencialno celo do 10 W/mK, Sl. 19: ABS/PC za BMW Touring omogo~a uporabo kompaundov za aktuatorje. Visoka trdnost in modul do 5 mio psi jim daje mo`nost uporabe za ra~unalnike namesto Mg. Z jeklom oja~ani kompaundi iz PC, modificirani s Si, imajo visoko `ilavost, t. j. 9 kj/m 2 in stopnjo EMI-za{~ite 60 db. PC/ABS za pihanje nosilcev avtomobilskega sede`a (Audi TT) je novost, ki zaradi prihranka 2,4 kg/vozilo in ni`je cene orodja cilja predvsem na serije do letno, a utegne prevladati tudi za visoke serije. PC/ABS za prototipno proizvodnjo (FDM Stratasys) je novost za avtomobilsko industrijo, elektroniko in aparate, saj je material bistveno bolj{i od doslej uporabljanega ABS, ima natezno trdnost 35 MPa, modul 1,8 GPa, razteznost 4,3 % in `ilavost 326 J/a, zmeh~i{~e 112 o C ter oblikovno stabilnost HDT 96 o C. Vezivo je vodotopno in se avtomatsko odstranjuje, dovoljuje fine konture in detajle. FDM-sistem ima 34 %-ni tr`ni dele` v digitalni proizvodnji. Za fine in detajlirane gladke povr{ine uporabljajo {e ABS, za vi{je temperature pa PC in PPS. PC je celo poltransparenten in dovoljen za medicinsko uporabo (sl. 20). PC/poliester blendi (Lexan FST) so zaradi visoke temperaturne plamenske odpornosti in malo dima v ognju cenej{e nadomestilo termoplastu PEI za letalsko industrijo. Prednost je mo`nost obarvanja, kar prihrani npr. 5 kg te`e v kabini. Sl. 20: PC/ABS v za hitro izdelavo prototipov PC/PBT (Xenoy) je oblikovno stabilen do 140 o C in ima visoko kemijsko in UV-stabilnost, `ilavost, estetsko obarvano povr{ino in dobro te~ljivost. TPE/ASA (Centrex ST) in TPE/ABS (Lustran ST), oba firme Lanxess, sta me{anici s termoplasti~nim elastomerom za doseganje nizkega sijaja in mehkega otipa. Po lastnostih sta si zelo podobna, namenjena pa predvsem za ekstrudiranje preko ABS za termoformiranje. Blend z ASA ima visoko kemijsko in UV-stabilnost, oba pa visoko du{enje zvoka. Lahko se reciklirata skupaj z ABS. Blend z ASA ima 8 %- ni sijaj, trdoto 49 ShoreD, trdnost 11 MPa, modul 400 MPa ter MFI 10, blend z ABS pa ima za nekaj procentov ni`jo trdnost in trdoto, kakor tudi te~ljivost in sijaj. Oba sta uporabna za avtodele, blend z ASA za direktno izpostavljene UV-`arkom. Kombinacija TPE-E in PA46 (Arnitel, Stanyl, DSM) v motorju zamenjuje kovino in gumo, npr. v uvodniku zraka za 50 % zmanj{a tako te`o kot ~as ciklusa in prihrani 0,6 EUR/kos oz. omogo~a energetski prihranek 0,8 EUR/kos ali letno EUR za kosov (sl. 21). PPE se lahko predeluje le v blendih z drugimi termoplasti, najpogosteje PS in PA. PA/PPE blend zdru`uje dimenzijsko stabilnost, nizko vodovpojnost in temperaturno odpornost PPE s teko~nostjo in kemijsko odpornostjo PA. Material je konkurenca 25 % te`jim polnjenim in oja~anim polimerom. Fleksibilni PPE (Noryl) je poliolefinski blend PO/PPE za kable, saj je fleksibilen in ognjeodporen kot PVC in bistveno bolj kot PE ali TPU s plamensko odpornimi aditivi. Zdr`i teste s zvijanji in je temperaturno odpornej{i od PVC, primeren pa za kable v vozilih, elektroniki in aparatih. Fleksibilni Noryl je naziv novega PPE blenda za tankostenske prevleke kablov, ki ima trajno uporabnost do 105 o C, ve~jo abrazijsko odpornost kot zamre`eni XPE, je la`ji kot PVC oz. PE (1,03) in omogo~a hitrej{o predelavo, za samogasnost pa ne uporablja te`kih kovin in halogenskih aditivov. V primerjavi z ostalimi fleksibilnimi materiali za kable, kot so PVC, XPE in TPU, je najla`ji, ima Sl. 21: Uvodnik zraka iz TPE-E je za 50 % cenej{i. Sl. 23: Proizvodnja kablov iz PPE-blenda 17

19 podobno fleksibilnost kot PVC (78 93 ShA), dale~ najve~jo raztegljivost (700 %), podobno negorljivost kot PVC, najbolj{o toplotno stabilnost pri 100 o C in najni`jo dielektri~no konstanto pod 3 med 10 2 in 10 7 Hz (PVC do 5), sl. 23. Prevodni PA/PPE blend (Noryl GTX) je novost, ki omogo~a elektrostatsko pra{kasto lakiranje brez uporabe elektrostati~nega primerja. To lakiranje zmanj{a emisije hlapov do 98 % glede na klasi~no lakiranje in ima 49 % ni`jo ceno. Lakirnica z 0.8 mio m 2 tako letno prihrani $ in 3 tone emisij VOC. Blend PA/PPE z elektroprevodnimi dodatki doprinese k dvema zahtevama za pra{kasto lakiranje, to sta prevodnost in visoka temperaturna obstojnost za mnogovrstne uporabe za pohi{tvo, navtiko, avtoindustrijo in elektroniko (sl. 24). Blendi zdru`ujejo visoko togost in oblikovno stabilnost amorfnega PPE ter kemijsko stabilnost, te~ljivost in sposobnost za lakiranje kristalini~nega PA. Za brizganje uporabljamo najve~ neoja~ane ali s steklom oja~ane (do 30 %) in v zadnjem ~asu prevodne tipe. Z oja~anjem modul naraste iz 2 na 6,2 GPa. Ekstrudiramo in pihamo le neoja~ane tipe. Sl. 24: Elektroprevodno ohi{je PA/PPE PA/PPE (neprevodni) blend je sicer `e zelo uspe{en v avtomobilski industriji, blizu 20 milijonov avtomobilov ima vgrajene blatnike. Prihranek je 100 kg po avtu in 0,8 l/100 km bencina, torej je blend doslej prihranil blizu 300 mio litrov bencina in 400 mio evrov ter ton CO 2 emisij; toliko, kot ~e bi umaknili iz prometa vse avtomobile za 2 Sloveniji. Ker je prihranek pri te`i v primerjavi z jeklenimi blatniki 50 %, bi zamenjava v vseh evropskih avtomobilih letno prihranila 530 mio litrov goriva, 650 mio evrov in 1,3 mio ton CO 2 emisij. Isti u~inek je, kot ~e bi umaknili vseh belgijskih vozil iz prometa. Poleg dimenzijske, toplotne in kemijske stabilnosti ter `ilavosti material odlikuje {e visoka te~ljivost. Odpornost na korozijo in udarce pri la`jih trkih bo z Sl. 25: PA/PPE dele karoserije lahko lakiramo online/in-line in prihranimo 50 % te`e. mno`i~nim nadome{~anjem plo~evine lahko zni`ala zavarovalne premije (sl. 25). Blend ima natezno trdnost 50 MPa in 50 %-ni raztezek ter trdoto 75 MPa, modul 2 GPa, zarezno udarno `ilavost 55 in celo pri -30 o C {e 25 kj/m 2, oblikovno obstojnost do 175 o C, skr~ek 1,4 1,8 % in gostoto 1,07 g/cm 3. Su{imo ga 2 uri pri 120 o C, brizgamo pri pribli`no 300 o C v orodje, ogreto na o C. Pri 120 MPa brizgalnega pritiska in steni debeline 3 mm je pot te~enja 720 mm. PPE/PS blend (Noryl LS6010 GE) je z gostoto 1,1 g/cm 3 najla`ji termoplast za letalsko industrijo. Novost je tip z ekstremno nizkim dimljenjem pri gorenju, in sicer kot cenej{e nadomestilo PEI. Zamenjave te`jih polimerov bi prihranile 20 % te`e. Vsak kilogram prihranka te`e letno prihrani 372 $ pri gorivu. Na trgu je enomotornih letal, {tevilka se bo do leta 2025 podvojila. Druga prednost blenda je, da ga ni potrebno barvati, primeren pa je za brizgane in ekstrudirane dele v notranjosti letal (sl. 26). Sicer je PPE/PS najbolj raz{irjen blend PPE (polifenileneter), saj ta sam brez dodatkov te~ljivih termoplastov ni primeren za predelavo. KOMPAUNDI Sl. 26: Podro~je za samogasni nizkodimni PPE/PS Proizvajalce kompaundov delimo na dve skupini, na samostojne, ki jih je kar 85 % in integrirane za proizvajalce polimerov, ki predelajo 75 % materialov. Samostojnej{i proizvajajo bodisi koncentrate barv in aditivov ali polnjene, oja~ane, ognjeodporne ali z elastomeri modificirane kompaunde. Skupina teh razpolaga z lastnimi tehnologijami in jih tudi globalno tr`i ter izvaja storitve za proizvajalce polimerov. Tako nastajajo novi koncerni, npr. Ravago, Schulman, PolyOne in med masterba~i Clariant, Ampacet, Cabot. Nem~ija proizvede Sl. 1: Dele`i kompaundov ~etrtino, Italija petino, Beneluks 15 %, centralna Evropa pa le 5 % kompaundov. Tu dominira PVC-dele` (Anwil P., Borsodchem M. in Spolana ^.). Vodilni kompaunderji centralne Evrope so Silon ^., InnoComp M., Rhodia in Zachem P. Proizvodnja komapundov raste z 2 %, masterba~ev pa s 3 %. Barvnih kompaundov se proizvede 2,3 mio t, ponekod jih nadome{~ajo z masterba~i in teko~imi barvili. PVC-kompaundov se proizvede 1,6 mio t, od tega 60 % trdih za okna, in`enirskih kompaundov pa 1,5 mio t, predvsem za avto, IT in medicino (sl. 1). 18

20 ELEKTROPREVODNI POLIMERI Elektroprevodni poli me ri posta ja jo eden naj po memb - nej{ih napred nih mate ri a lov. Do nedav ne ga so se namre~ upo rab lja li pred vsem kom pa un di s pre vod ni mi pol ni li in skrom no pre vod nost jo, pri mer ni le za odva ja nje elek tro sta - ti ke in za elek tro mag net no za{~ito. Z eks plo ziv nim raz vo - Tab. 1: Vpliv polnil na mehanske lastnosti elektroprevodnih jem poli mer nih (super)pre vod ni kov, ki `e pri sobni kompaundov tem pe ra tu ri 1000-krat pre se ga jo pre vod nost bakra, in z raz - vo jem hibrid nih pre vod ni kov in nano pre vod ni kov pa posta - ja jo poli me ri naj po memb nej{i pre vod ni ki in tudi pol pre vod ni ki za elek tro ni ko. Pri obsto je~em sta nju teh ni ke deli mo poli mer ne pre vod ni ke v 4 sku pi ne: - pre vod ni kom pa un di z elek tro pre vod nim pol ni lom (kot so saje, gra fit ali ogljikova vlak na in cevke, prah ozi ro ma oslojene luske iz Al, mikrojeklena nerjavna vlakna, posrebrene ste kle ne kro glice ali vla kna ter ponikljana tekstilna vlakna), ki so pri mer ni za za{~ito pred elek tro sta ti ko in elek tro - mag net no za{~ito. Za ve~je pre vod no sti potre bu je mo visok dele` pol nil, kar nega tiv no vpli va na trd nost in ceno (tab. 1). - poli mer ni pre vod ni ki na osno vi ace ti le na, ani li na itd. `e sedaj dose ga - jo pre vod nost, 1000-krat ve~jo od pre vod no sti bakra, in so na poho du v indu stri jo. Ko bodo re{eni vsi tehni~ni in tudi cenov ni pro ble mi, imajo ogrom no pred nost ni pre gre va nja in izgub, saj gre za pre pros to in poce ni obli ko va - nje v tri di me ni o nal na vezja itd. - nanoprevodniki imajo pomen pred vsem kot pol pre vod ni ki za elek tro - ni ko. - hibrid ni pre vod ni ki so prav za prav pre vod ni kom pa un di z dodat kom niz ko ta lji vih kovin, ki se med kom pa un di ra njem vme{ajo in pre mo sti jo raz - da lje med pre vod ni mi delci ter tako pove~ajo pre vod nost celo za nekaj potenc. Z dose ga njem pre vod no sti 10 6 S/m je pre vod nost kom pa un dov primerljiva s kovinami in pri mer na za tri di men zi o nal na vezja. Bistveno se pove~a EM-za{~ita, 1,5 mm debe la plo{~a npr. du{i frek ven ce khz do 80 db. Uporabni so pred vsem in`enir ski mate ri a li PA, PC, ABS, PPS, PES in LCP, kot kovi na pa npr. zli ti na Sn/Zn s tali{~em 200 o C ter kot pol ni - Sl. 1: Dele`i porabe prevodnih polimerov v svetu v letu 2002 (skupaj ton) lo npr. Cu-vlak na. Kompaundi imajo bistve no ve~ji E-modul (9 GPa) kot npr. kom pa un di s 30 % ste kla. Enostavno obli ko va nje z briz ga njem omogo~a pre vod no spa ja nje elek tron skih ele men tov in hkrat no odva ja nje toplo te, ker so hibri di dober toplo tni pre vod nik. Prevodni kompaundi: klasi~ni pre vod ni poli me ri teme lji jo na dodat kih pol nil (saje, kovi ne, ), novej{e raz is ka ve pa gredo pred vsem v smeri novih materialov, kot so oglji ko ve nano cev ke (CN, sl. 139) in narav no (notranje intrinzi~no) pre vod ni poli me ri (ICP). Poraba se ve~a na elek tri~ni in elek tron ski opre mi, na ob~utlji vih elek tron skih napra vah, za{~iti pred elek tro sta ti~nim praz nje njem ter elek tro mag net ni in radi of rek ven~ni inter fe ren ci (EMI/RFI). Naravno pre vod ni poli me ri, kot so poli ani lin, poli pi rol, poli ace ti len, poli kar ba zol in poli ti o fen, so {e vedno zelo dragi in se upo rab lja jo pred vsem v LED-dio dah. Najpomembnej{e podro~je upo ra be pred stav lja elek tro in du stri ja s 56 % skup ne pora be, in sicer pred vsem zara - di hitre spre mem be v `ivljenj skih ciklih elek tron skih naprav. Drugo najve~je podro~je pred stav ljajo emba la`a (20 %) in kon tej ner ji za vnet lji ve snovi, kate rim pre vod ni mate ri a li eli mi ni ra jo elek tro sta ti~ni naboj in s tem mo`nost po`ara eks plo zi je. Pomembno podro~je pred stav lja tudi EMI/RFI-za{~ita. Prevodni poli me ri: ime nu je mo jih tudi organ ske kovi ne, imajo pa kovi nam podo bno pre vod nost, poliacetilen je v gal van ski vrsti poleg sre bra. Prevodne poli me re daje jo tudi monomeri anilin (ØNH 2 ) in dva pet~len ska obro~a z N in S, to sta pirol in tiofen. Vse te mole ku le imajo π konju gi ra ne dvoj ne vezi in pre vod ne elek tro ne, oblak elek - tro nov (pola ro ni) sku paj s fono ni pa omogo~a last no pre vod nost. Poliacetilen ima kri sta li ni~no struk tu ro, pro da ja se npr. v foli jah (Shirakawa). Polipirol se upo rab lja med dru gim za bate ri je za hitro pol nje nje. Polianilin (PANI) se naha ja v razli~nih oksi da cij skih stop njah z amin ski mi ali imin ski mi vezmi. Prodaja se kot film ali disper zi ja z nanov - lak ni, ki je zelo sta bil na, lahko pa aglo me ri ra v kora lam podo bne struk tu re. ICP, notra nje pre vod ni poli me ri (Intrinsic Conductive Polymers), so poli me ri z izme ni~no dvoj no vezjo, ki jih lahko z oksi da ci jo ("doti ra nje") vzpod bu di mo do pre vod no sti bakra (10 5 S/cm). Polprevodni ICP imajo pre vod nost manj{o od 10-5 S/cm, pre vod ni pa ve~jo. Z oksi da ci jo dose`emo pros to giba jo~o pozi tiv no nabi to sku pi no, torej "luk- njo", v naspro tju s kovi na mi, kjer se gib lje elek tron (Nobelova nagra da 2000 McDiarmid). Nanoprevodniki: z raz vo jem nano teh no lo gij so pri{li na trg bistve no u~inko vi tej{i dodat ki kot mno go sloj ne oglji - ko ve cevke (CMWNT) in tudi nano sa je. Ogljikove cevke dimen zij 10 nm x 10 μ pro iz va ja jo s kata li zi ra nim viso ko - tem pe ra tur nim raz pa dom oglji ko vo di kov. Izkazalo se je, da je zara di ve~jega aspek tne ga raz mer ja l/d `e pri manj{ih vse bno stih adi ti va bistve no bolj{e pre va ja nje, da pa je zla sti v kom bi na ci ji z nano gli no tudi mo~no zmanj{ana gor - lji vost, kar je {e pose bej pomemb no za izo la ci jo viso ko na pe tost nih kablov. Najve~ izku{enj (Hyperion) je s kom pa - un di PC/ABS za avto mo bil sko indu stri jo. S cevkami se je, glede na dose da nje dodat ke, pre vod nost pove~ala za 100-krat. Pomembno je, da se nekaj krat pove~a tudi `ila vost, ki sicer z doda ja njem saj hitro pada. Zaradi majh ne vse bno sti je nega ti ven vpliv na povr{ino bistve no manj{i, saj dose`emo celo bistve no bolj{o glad kost kot pri sajah. 19

21 Plasti~no/kerami~ni hibridi, dobljeni z insertnim brizganjem z brizganimi kerami~nimi (CIM-vlo`ki), postajajo hitro rasto~a avtomatizirana visokoserijska tehnologija. Doslej se je uporabljala predvsem za vodila v tekstilu, orodja, vendar omogo~a kombinacija visoke trdote, trdnosti in korozijske odpornosti z nizko ceno in fleksibilnostjo oblikovanja plastike prodor v najpomembnej{e panoge. Zaradi velikih fizikalnih razlik materialov nastopijo v kombinaciji velike napetosti, temperaturni gradienti in upogibni momenti, kar moramo prepre~iti s konstrukcijo izdelka. Tehnologijo so razvili z ZrO 2 - in Si 3 N 4 -keramiko (SKZ Würzburg). Prah pove`ejo z do 50 % veziva iz poliolefinov in voskov. Skr~ek kompenzirajo z izkustvenimi nadmerami. Izparijo del veziva ter sintrajo in dobijo kerami~ne vlo`ke gostote do 99. Visoko toleran~na mesta, npr. odprtine pu{, prebrusijo naknadno. Orodja za insertno brizganje so zahtevna, saj vlo`ki ne smejo biti trdno vpeti, ker lahko zaradi termi~nih raztezkov in pre~nih sil po~ijo. Brizgalka mora vsebovati predgrelno postajo za vlo`ke in manipulator za vstavljanje s senzorji. Adhezija med keramiko in plastiko je eden bistvenih elementov. Nanjo vplivajo materiali, povr{ina, oblika in tehnolo{ki parametri. Vi{ja temperatura vlo`ka pove~a adhezijo predvsem amorfnih plastov. Mo~an vpliv ima hrapavost in {e bolj oblika spojne povr{ine. Ve~ja povr{ina, po mo`nosti z utori v keramiki in debelej{a plastika, ki pove~a silo stiskanja, zagotovita oprijem. Na silicijev nitrid je oprijem bolj{i kot na cirkonijevo keramiko, izbolj{a ga tudi ~i{~enje povr{ine, {e posebej pa oprijemalni premazi primerji z ustreznimi funkcionalnimi skupinami (sl. 1, 2, 3). Sl. 1: Hibridni izdelki in fina mikrostruktura ZrO 2 Sl. 2: Orodje za insertno brizganje POLIMERNI KOMPOZITI Pred stav lja jo pred vsem zara di cene kljub zmanj{anju te`e le 7,5 % avto mo bil skih mate ri a lov. Jeklo stane 1,2 $/kg, Mg 2 $/kg, dol - go vlak na ti kom pa un di 2,5 $/kg, kom po zi ti pa $/kg. Velika ovira je laki ra nje, ki pred stav lja 1/3 stro{kov avto mo bi la (lakir ni ca 1,2 md $). Potrebno je namre~ doda ja ti "pri mer", upo ra bi ti plaz mo ali koro na efekt ali pre vod ne poli me re ozi ro ma IMD foli je za vla ga nje v orod je. Re{itve, kot so tik so briz ga nje Mg ali briz ga nje z direk tnim kom pa un di ra njem dol go vlak na tih kom pa un dov (Husky), lahko pri kon ku ren~ni ceni za 50 % zmanj{ajo npr. te`o ohi{ja zob ni kov. Civilizacijo obele`ujejo mate ri a li. Jeklena doba je do`ivela vrh sredi 20. sto let ja, o~itno ji sledi doba poli me rov in kom po zi tov. Duroplasti~ni kom po zi ti so trd nej{i od jekla: RMI je pri~el z pro - iz vod njo avto mo bi lov s celo tno kom po zit no struk tu ro. Karoserija tehta name sto prej{njih 1800 kg le 856 kg. Izdelana je iz kar bon skih Sl. 3: CIM dekorativna keramika z glazuro (KI Lüdensheid) Slika 30: Karbonski nosilec motorja pri nesre~i nekajkrat pove~a absorbirano energijo in upo~asni deformacijo. vla ken z niz ko vi skoz nim lav ro lak ta mom (PA12). Karoserija tehta le 187 kg, torej 57 % manj kot jekle na, pogon je na goriv ne celi ce. Kljub temu je zara di bistve ne ga zmanj{anja sestav nih delov cena kon ku - ren~na. Struktura je sestav lje na le iz 14-ih delov z 62 kom po nen ta mi, kar je za 77 % manj kot pri jekle - ni. Duro/ter mo pla sti~ni hibrid (SMC/PP foli ja) je novost, ki pri hra ni 30 % te`e. V raz vo ju je hibrid SMC/plo~evina. Jedrni mate ri a li za send vi~ struk tu re so bistve na sesta vi - na kom po zi tov (PUR, PVC, PMI, PEI pene, satje, cev~ice...). Firma Alcan, doba - vi telj jedr nih mate ri a lov, je pred sta vi la struk tur no penje no jedro, ki je ide al no za vlake (sliki 31, 32). Airex T90 bazi ra na PET. Predelujemo ga lahko Slika 31: Tla~na trdnost jedrnih materialov Slika 32: Stri`na trdnost jedrnih materialov 20

22 s kate rim ko li smol nim siste mom, od stan dard nih poli estrov do vinil nih estrov in epok si dov. Uporabljamo lahko celo smole z viso kim dele`em sti re na. Fina, zapr to ce li~na struk tu ra pene zni`uje absorb ci jo smol in pri po mo re k opti mi za ci ji skup ne te`e send vi~a. Pene lahko upo rab lja mo pri vseh pro ce sih lami ni ra nja, od ro~nega nana{anja do infu zi je smol in pre - pre gov. Lahko jih ve`emo na alu mi nij, jeklo ali s ste klom oja~ano pla sti ko. Da dobi mo ukriv lje ne povr{ine, jih lahko tudi ter mo for mi ra mo. Airex T90 ima vi{jo tla~no trd nost kot npr. pene s PMI, zara di ~esar je pri - me ren za stene, tla, stre he in upo ra bo na `elez ni cah. Ustreza evrop skim zahte vam za `elez ni ce glede gor lji vo sti, npr. NF in DIN Airex T90 lahko pre de lu je mo do 150 o C, pri ~emer ni stran skih u~inkov, kot npr. eks pan zi je ali izha ja nja pli nov, pre ne se pa dol go traj no tem pe ra tur no obre me ni tev do 100 o C. Pena je na voljo v gosto tah od kg/m 3 PUR kom po zi ti se pro iz va ja jo z zabriz ga va njem tka nin, vme{ava - njem vla ken - RRIM, z nabriz ga va njem, pre{anjem, nov pa je posto pek CSM (Composite Spray Moulding), to je nabriz ga va nje kom pak tne - ga PUR z vlak ni izme ni~no s peno kot sre di co send vi~a (Multitec - Bayer). Oblikovanje je brez pri ti ska, zato upo rab lja mo kom po zit na orod ja in prak ti~no neome je no veli kost izdel kov. Stroj pro gra mi ra no dozi ra isti izoci a nat, a izme ni~no dva poli ola hitro in po~asi, ozi ro ma izme ni~no doda ja seka na vlak na ali peni lo. Na licu, torej na orod ju, upo - rab lja mo gel co at ozi ro ma IMC ali obli ko va no foli jo, na povr{ini pa zaklju~ni krov ni sloj (slike 33, 34, 35). S popol no avto ma ti za ci jo lahko izve de mo kakr{noko li struk tu ro send vi~a po `elji. Sistem je v naspro tju z UP in EP kom po zi ti brez Slika 33: PUR-CSM kompozit s folijo na licu topil. Pri dol`inah 5-12,5 mm se dose ga 25 % dele` vla ken. Brez dodat ne ga sti ska nja ali valj~kanja dose`emo glad ke, kom pak tne, tudi po{evne in tanke stene debe li ne 1 mm. Mogo~a je tudi upo ra ba zapr - te ga kalu pa, narav nih vla ken - lana ali konop lje, kakor tudi sata stih sre - dic za send vi~. Za dodat ne funk ci je, npr. du{enje zvoka in vibra cij, se doda ja jo bari jev sul fat, slju da, kreda ali mela min za samo gas nost. Za oja~itve doda ja mo rebra in dodat na tkana ali isto smer na vlak na iz role. Novost je posto pek "RIM alpha", ki upo rab lja ali fat ski PUR, ki ima poleg UV sta bil no sti mehak otip (Softtouch), upo rab lja pa se na vseh pod la gah, tudi na cenej{ih aro mat skih PUR. Rast pora be PUR je treba pri pi sa ti kom po zi tom (slika 36). Slika 34: Oja~itvena rebra na sendvi~ izdelku po CSM postopku Slika 36: Poraba PUR - 12 mio ton in rast 7 % Slika 35: Stranska oja~itev kopalne kadi s postopkom PUR-CSM 21