Témata
Reklama

Materiálová řešení vodovodních fitinků

První část článku, která byla uveřejněna v minulém čísle, pojednávala o problémech s náhradou kovových součástí plastem a krípu, jako základního nedostatku termoplastů. V tomto čísle budou probrány možná řešení náhrady jinými materiály.

Současné normotvorné aktivity v oblasti materiálů určených pro pitnou vodu jednoznačně naznačují, že v budoucnu nebude klasická mosaz s obsahem olova větším než 0,25 % na výrobu součástí pro styk s pitnou vodou povolena. Výrobci se proto musejí na novou situaci s dostatečným předstihem připravit a materiálovým a technologickým vývojem si zajistit konkurenceschopnou výrobu.

Reklama
Reklama

Možná řešení

Domnělá zdravotní závadnost mosazi obsahující olovo nutí tedy vyvíjet nová materiálová řešení, která by zmíněným normám a souvisejícím předpisům vyhovovala a mohla být certifikována pro pitnou vodu. Problém je to však poněkud komplikovaný. V úvahu přicházejí tři možná řešení (viz obr. 1).

Obr. 1. Materiálové alternativy

Mosaz bez obsahu olova nebo s obsahem menším než 0,25 %

Na mosazné závitové zástřiky vodovodních systémů jsou dlouhodobě zvyklí výrobci i uživatelé a také instalatéři, kteří mají zažité letité instalatérské postupy. Bezolovnatá mosaz se v současné době již vyrábí, i její horší obrobitelnost se daří řešit změnou složení a mikrostruktury. Hlavní aplikační oblastí je však prozatím automobilový průmysl. Pro vodovodní systémy zůstává u bezolovnaté mosazi i nadále problémem degradace polypropylenu způsobená katalytickým účinkem mědi. Tomu se zabraňuje poniklováním, které současně plní i estetickou funkci. Mosaz totiž oxiduje a ztrácí lesk, což nepůsobí příznivě z hlediska obchodního. Kromě toho nikl svojí větší tvrdostí zlepšuje odolnost proti mechanickému opotřebení při montáži závitových dílů. Avšak i nikl začíná narážet na předpisy o zdravotním riziku některých kovů obsažených v pitné vodě. Pokud jde o degradaci polypropylenu mědí, pro tento účel se vyrábějí dezaktivátory mědi ve formě koncentrované směsi (masterbatche) s polypropylenem. Tato aditiva vážou ionty mědi do komplexních sloučenin a tím blokují jejich interakci s hydroperoxidy obsaženými v polyolefinech a jejich postupný rozklad. Zatím se však tento způsob ve větší míře neujal a výrobci nadále využívají nikl jako povrchovou úpravu mosazi. Vlastnosti poniklované mosazi jsou tak poněkud kontroverzní a budoucí roky ukážou, jak se bude použití mosazi pro vodovodní systémy vyvíjet. Významným zásahem pro firmy zpracovávající mosaz bude nutnost zavést striktně oddělenou výrobu i odpadové hospodářství pro klasickou a bezolovnatou mosaz. Nikoliv bezvýznamnou roli budou mít i cenové relace bezolovnaté mosazi.

Korozivzdorná ocel

Korozivzdorná ocel představuje v současné době nejbezpečnější materiál z hlediska všech norem a předpisů týkajících se použití materiálů na výrobu součástí pro styk s pitnou vodou. Ovšem ne všechny typy korozivzdorných ocelí jsou pro tento účel certifikovány. Z hlediska mechanických vlastností je na tom korozivzdorná ocel obecně lépe než mosaz, má větší modul pružnosti, pevnost i houževnatost. Na druhou stranu má řadu nevýhod, které zejména souvisejí s ekonomikou výroby o vysoké sériovosti. Negativně se projevující vlastností je tepelná vodivost, která je např. u austenitické korozivzdorné oceli patnáctkrát menší než u mosazi. To má za následek menší životnost obráběcích nástrojů a také horší odvod tepla při zastříkávání plastem. Korozivzdorná ocel se také hůře obrábí a delší obráběcí časy se při požadovaných velkých výrobních sériích nepříznivě promítají do celkové ekonomiky výroby. Cena odpadů z korozivzdorné oceli je v poměru k ceně polotovaru pro obrábění podstatně nižší než u mosazi, což opět znevýhodňuje korozivzdornou ocel.

Kompozitní materiály

Kompozity s polymerní matricí se z hlediska některých svých výhodných vlastností zdají být perspektivní „nekovovou“ alternativou pro výrobu spojovacích dílů potrubních systémů na pitnou vodu. Lákavá je pochopitelně bezodpadová technologie výroby vstřikováním, která je, zejména při použití vícenásobných forem, ekonomicky efektivnější než třískové obrábění kovů. Vstřikování však vyžaduje precizní nastavení a kontrolu vstřikovacích parametrů, což je nezbytné pro dodržení reprodukovatelnosti rozměrů výstřiku, jehož součástí jsou jemné funkční detaily, jako jsou závity. Na technologické parametry je citlivé i zastříkávání závitových spojovacích elementů polyolefinovými plasty. Mnohem podstatnější je však skutečnost, že žádný ze současných kompozitů určených pro technologii vstřikování nesplňuje požadavky na mechanické vlastnosti potřebné pro funkci závitových vložek a nevyrovná se mosazi. Za současného stavu se u plastů dosahuje výrazného zvětšení modulu pružnosti a odolnosti proti krípu vždy za cenu ztráty houževnatosti. Např. špičkový plast polyetereterketon (PEEK) bez vyztužujících plniv je při pomalém zatěžování podstatně houževnatější než mosaz, hodnoceno podle tahového diagramu má zhruba trojnásobně velkou deformaci při přetržení. Přídavkem 30 % skleněných vláken se sice podstatně zlepší modul pružnosti, krípová odolnost a rázová houževnatost, ale deformace při přetržení při pomalém zatěžování klesne 25krát. Podobné relace existují i u ostatních polymerních kompozitů s potenciálním využitím pro spojovací součásti vodovodních potrubí. To je velmi podstatné pro utahování závitových spojů. Zatímco kovy mají velmi příznivou kombinaci modulu pružnosti a houževnatosti, u plastů tento vztah neplatí. Pomocí skleněných vláken lze dosáhnout u špičkových plastů modulů pružnosti okolo 25 GPa, pevnosti okolo 280 MPa, vyšších hodnot pak jen vyztužením uhlíkovými vlákny. Tyto materiály jsou však velmi křehké, s maximální deformací při přetržení okolo 2 % a méně. Problém spočívá v tom, že např. polypropylen, jímž se závitové vložky zastříkávají, nedokáže kvůli svému nesrovnatelně menšímu modulu pružnosti zadržet při montáži i velmi malou deformaci kompozitního zástřiku, který následně praskne. Zvětšení deformace při přetržení je proto jedním z faktorů, který by mohl podpořit realizaci kompozitních zástřiků. Jednou z cest je modifikace matrice velmi jemnými částicemi elastomeru o velikosti 0,2 µm, což bylo již komerčně využito např. u polyfenylensulfidu (PPS) určeného pro součásti vodovodních systémů.

Výhledy do budoucna

Legislativa limitující obsah olova v mosazi pro styk s pitnou vodou navodila jeden z nejzajímavějších materiálových problémů poslední doby. Má celosvětový dopad, dotýká se, nebo se bude dotýkat veškerého lidstva. Samozřejmě bude záležet na tom, jak se jednotlivé státy budou k tomuto problému stavět. Nově nastavený limit obsahu olova komplikuje dosavadní vývoj a zavádění nových potrubních systémů na pitnou vodu. Mosaz, i když s obsahem olova nižším než 0,25 %, bude stále spojena s technickými problémy, alespoň v nejbližších letech, korozivzdorná ocel s problémy ekonomickými, souvisejícími s jejím obráběním. Řešení na bázi kompozitů je zatím ve stadiu vývoje, kdy nejsou ještě vyjasněny ani materiálově-technologické ani ekonomické problémy s tím spojené. Samotné zastříknutí kompozitové závitové vložky bylo odzkoušeno (viz obr. 2), stále však trvají pochybnosti o tom, zda je vůbec do budoucna reálné kvůli horším mechanickým vlastnostem plně nahradit kovový zástřik kompozitem. Nabízí se například myšlenka hybridní konstrukce ze superplastu s podpůrným účinkem nerezové oceli v závitové části zástřiků. Nejjednodušším řešením by byly celoplastové závitové fitinky, problémem je ale vyvinutí vhodného materiálu a i konstrukce fitinku tak, aby splňovaly požadavky na funkci (přetlak vody, krípové vlastnosti), montáž i certifikační předpisy pro pitnou vodu. Naději v tomto směru podporují některé komerčně zavedené inovace na světovém trhu, např. výroba celoplastových závitových fitinků na bázi polyamidu určených pro tlak vody 1,6 MPa. Fitinky prošly schvalovacím řízením WRAS (The Water Regulations Advisory Scheme, UK), jedním z nejprestižnějších ve světě. Celokompozitové fitinky však postrádají materiálovou kompatibilitu s polyolefiny, některé typy (např. na obr. 2) jsou totiž jednou stranou určeny pro montáž pomocí závitového spoje, druhou stranou se svařují s trubkou.

Obr. 2. Závitové vložky z polyamidového hybridního kompozitu s obsahem skleněných vláken a minerálních nanotrubiček Halloysite před a po zastříknutí PP-R. Vyrobeno v FMP.

Na závěr je třeba zdůraznit, že legislativa omezující obsah olova v materiálech pro styk s pitnou vodou výrazně ovlivní stávající vývoj vodovodních potrubních systémů v celosvětovém měřítku. Zasáhla i do průběhu řešení projektu „Výzkum nekonvenčních spojů PP-R s kovy a perspektivními plasty s potlačeným krípem“ (ev. č. 2A-3TP1/053) v programu MPO Trvalá prosperita, na základě něhož tento článek vznikl.

Prof. Ing. Josef Steidl, CSc.

ČVUT v Praze, Fakulta strojní

jose.steidl@gmail.com

Reklama
Vydání #3
Kód článku: 120312
Datum: 13. 03. 2012
Rubrika: Výroba / Materiály
Autor:
Firmy
Související články
Trexel pro vyšší využití procesu MuCell

Americká společnost Trexel inc. po nabytí licencí od Massachusetts Institute of Technology rozvíjí proces MuCell a vyrábí techniku pro vstřikování lehčených materiálů. Koncem února oznámila, že uzavřela partnerství s tchajvanskou firmou CoreTech pro využití jejího simulačního software Moldex3D.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Související články
NPE 2012 a plastové materiály

V Orlandu na Floridě se na sklonku jara konala největší událost roku v průmyslu plastů - trienale NPE 2012, která současně oslavila 75. výročí založení SPI (Society of the Plastic Industry). Poprvé po 40 letech se National Plastics Exhibition, tento vrcholný veletrh amerického plastového průmyslu, nekonal v červnu v Chicagu, ale o něco dříve na Floridě, mimo centra automobilového průmyslu, plastů a strojírenství amerického Středozápadu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Materiálová řešení vodovodních fitinků

V posledních letech legislativa zpřísňuje předpisy o povoleném obsahu olova v materiálech přicházejících do styku s pitnou vodou. Týká se to především mosazi, tradičního materiálu na výrobu spojovacích součástí vodovodních systémů (fitinků).

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Aplikace nanomateriálů ve strojírenství

Nanotechnologie umožňují vývoj nových generací kompozitů s vylepšenou funkčností a širokou škálou aplikací. V současnosti nanokompozity představují mnoho aplikací v mnoha průmyslových oborech. Užitné vlastnosti nanomateriálů vyplývají z jejich výjimečných fyzikálních a chemických vlastností, velikosti, tvaru či povrchové morfologii. Velikostní efekt (size efect) umožňuje výrazně zlepšovat užitné vlastnosti konvekčních materiálů. Nanotechnologie díky svému inovačnímu potenciálu již dnes výrazně ovlivňují moderní průmyslové produkty.

Německé inovace ocelí 2012

Předposlední červnový den vyhlásilo německé centrum pro informace o oceli Stahl-Informations-Zentrum v Düsseldorfu vítěze ceny Stahl-Innovationspreis 2012 v kategoriích: inovace výrobků z oceli, oceli pro stavebnictví, výzkum a vývoj ocelí, design výrobku z oceli a zvláštní cenu pro výrobek z oceli s největším ekologickým přínosem.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Madla s vyšší přidanou hodnotou

Sklopná madla a ruční kolečka v hygienické bílé nebo v ušlechtilé kombinaci kovů – to jsou nové produkty reagující na potřeby uživatelů.

Nové možnosti průmyslového využití plastů

Supertechnopolymery představují nejnovější a nejvyspělejší článek ve vývoji polymerových materiálů. Od tradičních plastů se liší především vysokým obsahem vyztužujících skelných vláken, případně i přítomností syntetických vláken z aramidu, která dávají supertechnopolymerům výborné mechanické i tepelné vlastnosti. Díky své vysoké odolnosti se tyto moderní inženýrské plasty stále častěji stávají vhodnou alternativou za oceli, přičemž nabízejí i řadu výhod:

EMO Hannover 2013: část 7 - Technologie, které mnohdy nejsou vidět

Význam a odborný dopad hannoverského veletrhu EMO je tak zásadní v oboru technologie obrábění, že se mu věnujeme na stránkách MM Průmyslového spektra i čtvrtý měsíc po zavření bran výstaviště. Tentokrát přinášíme ucelený pohled na materiály použité ve stavbě strojů.

Normalizované součásti

Společnost Elesa+Ganter CZ nabízí výrobky dvou předních světových výrobců normalizovaných součástí a to Elesa a Otto Ganter. Všechny výrobky vedle vysokého standardu kvality také jsou v souladu evropskou direktivou RoHS conform, což znamená, že při výrobě dílů jsou vyloučeny některé nebezpečné látky.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit