Témata
Reklama

Plast nekonečných možností

Ani po téměř třiceti letech od svého uvedení na trh se nepřestávají objevovat nové a nové možnosti aplikací inženýrského termoplastu Fortron na bázi polyfenylensulfidu (PPS) společnosti Ticona, druhého největšího výrobce PPS na světě.

Polyfenylensulfid byl sice vyvinut americkou společností Phillips Petroleum již v roce 1953, ale v první generaci byl uveden na trh až o dvacet let později. Počátkem 80. let byl zlepšen japonskou firmou Kureha Chemicals na lineární PPS volitelné molekulární hmotnosti - tzv. druhá generace. Dnes Kureha ve společném podniku s Ticonou vyrábí PPS ve Fortron Industries v USA. Roční světová produkce vyztužených a plněných PPS byla v roce 1999 50 000 t a pro rok 2003 se odhaduje na 70 000 t.
Reklama
Reklama
Reklama

PPS má skvělou kombinaci vlastností

Jako první ocenil vlastnosti PPS automobilový průmysl, a to především pro jeho teplotní odolnost. Od roku 1980, kdy se teplota motorového prostoru pohybovala mezi 80 a 100 °C a kumulovaná životnost motoru kolem 2000 h, se za deset let teplota motorového prostoru zvýšila na 110 až 130 °C a životnost motoru na 2500 až 3500 h. V roce 2000 se tato teplota pohybovala již mezi 140 a 160 °C a životnost motoru přesáhla 6000 h. Kolik to bude za dalších deset let, je při rychlosti současného vývoje zatím neodhadnutelné. Teplotu motorového prostoru zvyšuje využití recirkulace spalin AGR nebo EGR (Abgasrückführung nebo z angl. Exhaust Gas Recirculation), redukce emisí částic spalováním sazí u vznětových motorů i postupné zavádění 42V palubního napětí v blízké budoucnosti. Zde již stávající materiály nevystačí a velký prostor se nabízí právě pro nasazení plastů, jako je Fortron, schopného u vyztužených typů trvalého provozu při 240 °C, krátkodobě i 270 °C.
Fortron byl též jedním z prvních plastů použitých se standardní výztuží skleněnými vlákny a s výztuží uhlíkovými vlákny na prestižní velkoplošné kompozitní díly letadel - náběhová hrana křídla tzv. J-nose u letadel Airbus A340.

Základní charakteristiky

Podobně jako u jiných polymerů aromatických uhlovodíků se sírou propůjčuje i u PPS toto spojení řadu unikátních vlastností - teplotní odolnost, požární odolnost, vysoká pevnost a tuhost. Nelze vynechat ani chemickou odolnost, nízkou nasákavost a odolnost vůči tečení i při vyšších teplotách. U nevyztužených typů není teplotní odolnost, charakterizovaná zkouškou HDT/A, nikterak vysoká (110 °C).
Teprve vyztužené typy s 30- nebo 40% hm. podílem skleněných vláken dosahují trvalých vlastností při 240 °C. I při vysokém stupni vyztužení mají typy pro vstřikování nízkou viskozitu taveniny a nízký sklon k tvorbě výronků. Vybrané typy s vynikající zabíhavostí jsou vhodné pro tenkostěnné a přesné díly pro elektrotechniku. Dodávají se i typy pro vytlačování a typy vhodné jako pojiva pro PTFE kluzné materiály.

Aplikace v automobilovém průmyslu...

Osvědčené ukázkové aplikace v motorových vozidlech, především management vody - čerpadel, chladicího systému, vytápění - slouží jako příklady pro možnost obdobných aplikací vyztuženého plastu Fortron v jiných oborech, např. v konstrukci výměníků, termostatů, čerpadel, ventilátorů, klimatizací a jiných zařízení s provozem teplosměnných kapalin za vyšších teplot.
Typy Fortron 1140L4 (s 30 % GF) a 6165A4 (s 65 % GF a minerálního plniva) nabízí 25- až 35% úsporu hmotnosti, o 20 až 25 % nižší cenu proti kovovým systémům, tvarovou stabilitu. Ve srovnání s vyztuženými polyamidy PA 66-GF30 pak o 85 až 90 % sníženou nasákavost a chemickou netečnost v nových, tzv. long life chladicích směsích (glykol/voda) při 140 °C. Velmi dobře si stojí také při použití v agresivních oxidujících palivech s přísadami alkoholů, MTBE a v bionaftě s přísadou metylesteru řepkového oleje.
Velmi dobrým příkladem jsou výstřiky skříně a víka magnetického oběhového čerpadla Kolbenschmidt Pierburg pro vozy VW Passat a Golf TDI, rozváděcí potrubí paliva společnosti Walbro a termostaty s mosaznými zálisky Huron Plastics pro vozy Ford aj. Často se jedná o díly vyráběné jako "net shape", tj. díly bez nutnosti dalšího obrábění.
Volba typu plastu je však především otázkou konstrukčních zvyklostí; plasty PPS používají především německé automobilky a americký Ford.

... a v elektrotechnice

Teplotní odolnost, tuhost, dobrá zabíhavost a vhodné elektrické vlastnosti jsou předpokladem výhodného použití vyztužených typů plastů Fortron na vstřikované díly v elektrotechnice. Zde se jedná především o nejrůznější konstrukce zásuvek, zástrček, konektorů, konektorových lišt, cívek, kondenzátorové fólie, tepelně exponované díly v osvětlovací technice, ale i součásti "bílé techniky" - myček, praček, varných konvic, nápojových automatů ap. Schválené je jejich použití v potravinářství.
Nově se Fortron uplatňuje v optoelektronice. Z typu 6165A6 (65 % GF a miner. plniva) se vyrábějí mikrodíly o hmotnosti pod 0,4 g a tloušťce stěny pod 0,5 mm. S pomocí technologie mikrovstřikování Matrix je dosahováno přesností pod 4 µm. Předností tohoto vysoce plněného typu je nízké smrštění, nízká tepelná roztažnost a vysoká tuhost (modul pružnosti E až 19 GPa).
K dispozici jsou i elektricky vodivé typy s rovnoměrným rozložením a odvodem statického náboje a typy vhodné pro odvod tepla z elektronických komponent.
Přechod k plastům typu PPS s inherentní požární odolností V-0 dle UL 94 a zkoušky žhavým drátem (dle IEC 60695) s dosažením teploty 960 °C si dle návrhu směrnice EU nejpozději od 1. 1. 2007 vynutí zákaz užívání halogenových retardantů jako polybromdifenyleteru (PBDE) a polybrombifenyleteru (PBB). Cílem je snížení toxicity elektronického šrotu.

Plastové palivové články PEM

Fortron byl spolu s polymerem Vectra s tekutými krystaly (LCP) vybrán i pro výrobu bipolárních desek (Vectra) a membrán palivových článků PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell).
S využitím nízkoteplotních palivových článků PEMFC připravila firma Vaillant funkční prototyp kotle, který byl vystaven na frankfurtském veletrhu ISH v březnu 2001. Kotel vyrábí elektrickou energii a teplo z vodíku připraveného v reformeru ze zemního plynu přímou bezemisní přeměnou na katalyzátoru. Od vystavení prochází kotel certifikací CE v TÜV a DVWG.

Airbus letí s Fortronem

Zřejmě nejprestižnější aplikací každého výrobku je aplikace v letectví. Fortronu se využívá pro výrobu velkoplošných kompozitních dílů dopravních letadel Airbus A340-500 a A340-600. Použití 4000 kg kompozitů v letadlech řady A340 jen dokládá trend, podle něhož by měl podíl kompozitů v novém Airbusu A380 dosáhnout až 40 % hmotnosti draku, s převahou kompozitů vyztužených uhlíkovými vlákny.
Konstruktér náběhové hrany křídel mezi trupem a vnitřními motory, dříve tzv. D-nose, nizozemská firma Fokker Special Products, zvolil pro svou novou a aerodynamicky pokročilejší konstrukci tzv. J-nose namísto pěti dílů z hliníkové slitiny o celkové délce 5,5 m řešení z dvou dílů kompozitu, jehož základem je Fortron 0214C1, dodaný ze závodu Ticona Fortron Industries ve Wilmingtonu (NC). Tato nová konstrukce ušetří 20 % hmotnosti. Dva díly o délce 2,3 m a 3,2 m jsou spojeny tlakovým svařováním s vysokou bezpečností a bez vnášení napětí. Hlavními kritérii pro volbu tohoto materiálu byla mj. teplotní odolnost i za nízkých teplot, rázuvzdornost a chemická odolnost vůči všem provozním médiím včetně paliv, olejů a odmrazovacích kapalin.
A jaký je postup výroby této náběhové hrany? Z materiálu ve formě granulátu kalandruje rakouská firma Lipp-Terler GmbH speciální fólie tlouštěk 50 - 200 µm jako matrice pro nizozemskou firmu Ten Cate. Ta je využívá na výrobu kompozitu Cetex vyztuženého skleněným nebo uhlíkovým vláknem. Tvarování laminátů provádí Fokker Special Products, odkud tvarové díly s další kooperací v British Aerospace putují k finální montáži do závodu Airbus Industrie v Toulouse. Dalších 250 dílů z 5mm laminátu PPS vyztuženého uhlíkovými vlákny, o celkové hmotnosti 400 kg, vyrábí pro A340 společnost EADS. Její výrobky jsou využívány na žebra a hrany směrového kormidla i kryty motorových pylonů.

§§§

Přestože se inženýrské plasty podílejí na celkové produkci plastů pouhými 5 %, jejich spotřeba s rostoucími nároky průmyslu zaznamenává neustálý růst. Z produkce společnosti Ticona patří do skupiny stále více používaných plastů vedle Fortronu ještě Vectra (LCP), cykloolefinový kopolymer Topas (COC) a dlouhými vlákny vyztužený plast Celstran (LFT), vyráběný rovněž s matricí z inženýrských plastů.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 40105
Datum: 04. 02. 2004
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Makroplasty versus mikroplasty

Plasty se staly nenahraditelným materiálem sloužícím téměř všem oblastem lidské činnosti. V poslední době se pozornost odborníků i veřejnosti soustřeďuje na zcela nový ekologický fenomén, zvaný mikroplasty. Ve smyslu ekologické terminologie je pak možné výrobky z plastů označovat jako makroplasty.

Žíhání termoplastů

Moderní nauka o plastech v mnoha směrech vychází z nauky o kovech. Příkladem je žíhání, jeden ze způsobů tepelného zpracování. Společným účelem žíhání kovů i plastů je pomocí řízených teplotních změn dosáhnout rovnovážných stavů struktury a tím i cíleně ovlivňovat vlastnosti.

Plasty a kompozity v inovaci strojírenských výrobků

Plasty a kompozity s polymerní matricí přinesly revoluci v materiálových přístupech ke konstrukci strojírenských výrobků a zařízení. Nepřetržitě probíhající materiálové inovace v oblasti plastů a kompozitů spoluvytvářejí inovativní řešení ve strojírenství. Reagují na potřeby strojírenského průmyslu a stávají se kontinuálním procesem s jasnou perspektivou do budoucna.

Související články
Optimalizace plastových výlisků s obsahem přírodních vláken

V průmyslové výrobě, především v automobilovém průmyslu, se začíná prosazovat trend nasměrovaný k využívání obnovitelných materiálů, ke kterým mj. patří přírodní vlákna. Vývojáři nových výrobků se setkávají s požadavky na aplikační využití plastových materiálů vyztužených přírodními vlákny, jako jsou sisal, konopí, len atd.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Horké trysky jako nový standard

Studené plnicí kanály doprovázejí odvětví vstřikování plastů od prvopočátku. I dnes často vypadá tento způsob plnění dutiny jako ten nejjednodušší a nejelegantnější. Proč má tedy smysl zabývat se aplikací horkých trysek i do malých sérií a malých forem? Srovnejme oba způsoby plnění a porovnejme ekonomické přínosy.

Inteligentní řešení pro vstřikování plastů

Automatizace, výrobní technologie, optimalizace procesů a služby jsou nedílnou součástí filozofie rakouské společnosti Engel. Ta svá systémová řešení v oblasti zpracování plastů představila v říjnu pod mottem „více než stroj“ na veletrhu Fakuma 2015 v německém Friedrichshafenu.

Plasty pomáhají modernizovat strojírenství

S pokračujícím vývojem nových materiálů se mění i materiálová skladba strojírenských výrobků a zařízení. V současné době si již nelze rozvoj téměř všech strojírenských odvětví bez použití plastových materiálů představit. Vývoj pak ukazuje, že plasty budou hrát ve strojírenství stále významnější úlohu.

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.

Absorbér energie, izolace nebo kreativní materiál?

Vypadá jako polystyren, ale není to polystyren. Rozdíl poznáte nejpozději ve chvíli, kdy jej vezmete do ruky. Řeč je o expandovaném polypropylenu, materiálu, který pod obchodním názvem Arpro vyrábí globálně působící japonská společnost JSP. Vnitřní struktura dílů z něj vyrobených na první pohled připomíná díly z pěnového polystyrenu, ale jejich vlastnosti jsou zcela rozdílné.

Nové vstřikovací jednotky pro vstřikovací stroje

Společnost Engel Austria od základu přepracovala své hydraulické vstřikovací jednotky a na veletrhu K 2016 od 19. do 26. října v Düsseldorfu představila novou generaci úspěšných řad vstřikovacích strojů Engel victory a Engel duo, které díky inovativním funkcím dosahují vyšší přesnosti, ergonomie a účinnosti.

Zavedení nového softwaru zefektivnilo konstrukci forem

Společnost Dramco Tool & Die Co. z Grand Islandu se specializuje na výrobu komplexních vstřikovacích forem pro automobilový a spotřební průmysl. S ohledem na potřebu upgradovat a změnit systém konstrukce a výroby forem za účelem zvýšení efektivity začala hledat systém, který by umožňoval rychlou konstrukci forem, automatizaci některých procesů a umožňoval práci jak s objemovými tělesy, tak s volnými plochami.

Jedině CO2 laser pro opracování plastů? Dnes už ne

Implementace a nahrazování mechanických střihadel funkčními celky s CO2 lasery je již dlouhou dobu etablovaný proces pro odstraňování vtokových soustav. Ale co když chceme výrobek z plastu kompletně opracovat? Zjednodušit tvar formy a snížit tak náklady ve výrobě? Musíme kupovat drahé 3D CO2 laserové celky? Není možné laserovou technologii integrovat do technologie stávající?

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Plasty a robot – jde to dohromady?

Žijeme v době, kdy nás plasty provázejí na každém kroku. Možná si ani neuvědomujeme, kde všude nám pomáhají, kde nás ovlivňují. Od tužky či propisky přes klávesnici, u které sedíme skoro každý den, po stravování a umělohmotné vařečky, které nahradily ty dřevěné, jež používaly naše babičky. Snažíme se usnadnit si život. Těžké díly ze železa vyměnit za lehčí, plastové. Stejně tak i tvůrci softwaru se snaží zjednodušit výrobu.

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