Témata
Reklama

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.

Prof. Josef Steidl

Emeritní profesor ČVUT v Praze. Jeho oborovým zaměřením jsou materiálové vědy a inženýrství se specializací na plasty a kompozity. Je členem Inženýrské akademie ČR, kde zastává funkci předsedy sekce Materiálové inženýrství a technologie.

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.

O žíhání termoplastů se poprvé zmiňuje německý fyzik H. A. Stuart v knize Die Physik der Hochpolymeren, nakl. Springer Verlag, 1955. V té době byl již poválečný plastikářský průmysl v plném rozvoji a i procesu žíhání začala být věnována zvláštní pozornost. Termín žíhání (anglicky annealing) byl v analogii s metalurgickou terminologií zaveden i u plastů, i když u nich se jedná o nesrovnatelně nižší žíhací teploty, než je tomu u kovů. Na přelomu 80. a 90. let minulého století se problematikou žíhání plastů zabývala také laboratoř plastů na tehdejší katedře nauky o materiálu Fakulty strojní ČVUT v Praze. Podnětem k tomu byly rostoucí požadavky na aplikace plastů a polymerních kompozitů ve strojírenství. Výzkum byl proto zaměřen zejména na to, jak žíhání ovlivňuje iniciaci a šíření trhlin v mechanicky namáhaných součástech. V současné době mají téměř všichni dodavatelé konstrukčních termoplastů ve svých informacích pro uživatele zahrnuty i specifikace pro žíhání.

Reklama
Reklama

Postup žíhání plastů

Stejně jako u kovů má žíhání termoplastů tři hlavní stadia: ohřev na předepsanou teplotu Ta (viz tabulka), výdrž na teplotě a pomalé ochlazování. Konkrétní teplotní a časový režim žíhání závisí na typu plastu, účelu žíhání a též na tvaru a rozměrech výrobku nebo polotovaru. Důležitá je zejména tloušťka stěny. U amorfních termoplastů se žíhání provádí při teplotách nižších, než je jejich teplota skelného přechodu Tg. U krystalizujících termoplastů se žíháním označuje ohřev na teploty blízké jejich teplotě tání Tm. Vlastnosti výrobku nebo polotovaru v žíhaném stavu jsou pak závislé na zvoleném rozdílu teplot Tg-Ta u amorfních a Tm-Ta u krystalizujících termoplastů. Žíhání se provádí diskontinuálním nebo kontinuálním způsobem ve vyhřívaných komorách obvykle v inertní atmosféře, dále infračerveným ohřevem nebo ohřevem v olejové lázni.

Žíhání a strukturní přeměny v termoplastech

Hlavním účelem žíhání termoplastů je odstranění nebo snížení vnitřních pnutí. Jejich přítomnost může vést ke vzniku tzv. krejzů (lokálně přetvořených zón), tím pak k iniciaci trhlin a následnému poškození celého plastového výrobku nebo polotovaru, jenž má být podroben dalším dodatečným technologiím, jako obrábění, svařování, lepení, lakování, tvarování za tepla, dělení či tisku. Na vznik krejzů jsou citlivé zejména amorfní termoplasty jako polykarbonát, polysulfon nebo polyetherimid.
U krystalizujících termoplastů lze v analogii s kovy rozlišovat žíhání bez překrystalizace a žíhání s překrystalizací. Při žíhání bez překrystalizace se zdokonalují krystalické oblasti a zvětšuje se jejich velikost. Roste tím podíl krystalické fáze (krystalinita) na úkor fáze amorfní, jako např. u polyethylentereftalátu (PET). Používá se v případech, kdy nelze dosáhnout optimální krystalinity již za podmínek zpracování z taveniny a existuje nebezpečí dokrystalizace a tím i rozměrových změn za provozních podmínek. Při žíhání s překrystalizací se metastabilní krystalické struktury vzniklé při zpracování z taveniny mění na stabilnější. Například u polypropylenu se méně stabilní hexagonální modifikace, označovaná jako β-forma, přeměňuje na stabilnější monoklinickou modifikaci (α-forma). K podobným překrystalizacím vyvolaným žíháním dochází i u polyamidů, polyoxymethylenu aj. Žíhání bez překrystalizace nastává obvykle při nižších teplotách, zatímco překrystalizace vyžaduje vyšší teploty žíhání, blíže teplotě tání termoplastu.

Polyamid 4,6 Stanyl. Přírůstek modulu pružnosti a meze pevnosti po žíhání při teplotě 230 °C po dobu 2 hod. Závislost na teplotě zkoušky v tahu. (Zdroj: DSM Engineering Plastics)

Vliv žíhání na vlastnosti termoplastů

Žíhání pro většinu běžných plastových výrobků není nutné, pokud jsou dodržovány optimální podmínky zpracování z taveniny vstřikováním, vytlačováním aj. Eliminace vnitřních pnutí je u termoplastů hlavním smyslem žíhání. U tzv. konstrukčních termoplastů (engineering plastics) je někdy žíhání potřebné ke stabilizaci nebo zlepšení jejich fyzikálně-mechanických vlastností. U krystalizujících termoplastů se žíháním zvětšují zejména pevnost a modul pružnosti (viz příklad na obrázku). Naproti tomu se zmenšuje poměrné prodloužení při přetržení a rázová houževnatost. Zlepšují se i tribologické vlastnosti. Vzrůstá teplota tání termoplastu a tím i teplota průhybu při zatížení (HDT – Heat Deflection Temperature), jedna z hlavních materiálových charakteristik termoplastů sledovaných v konstrukční praxi. Zlepšuje se chemická odolnost, permeabilita pro plyny a páry, navlhavost, nasákavost ve vodě a koroze za napětí.

Žíhání termoplastů je dodatečným technologickým procesem, jehož účelem je docílení stability vlastností a rozměrů termoplastových výrobků za provozních podmínek. Zvláštní význam má pro strojírenské aplikace, u kterých je nutné dodržet během provozu požadované rozměrové tolerance. Je třeba poznamenat, že proces žíhání může do určité míry ovlivnit údaje o vlastnostech termoplastů uvedené v materiálových databázích.

Reklama
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.

Reaktivní jednotka pro výrobu termoplastových kompozitů

Polymerizace in-situ přináší úžasné možnosti výroby plastových dílů s termoplastickou polyamidovou matricí vyztuženou textilními vlákny. Kombinace suché textilní výztuže s polymerizací a vstřikováním do formy je základem pro mimořádně efektivní a automatizované procesy v oblasti sériové výroby, například při produkci lehkých automobilových dílů. Rozhodujícím faktorem pro efektivitu zpracování a kvalitu produktu je reaktivní jednotka vyvinutá společností Engel speciálně pro přípravu a vstřikování ? kaprolaktamu. Společnost Engel své řešení systematicky optimalizovala a nyní přišla s novou, menší velikostí.

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.

Kompozitová kapota sériového vozu Ford Focus

Na říjnovém veletrhu Composite Europe 2012 v Düsseldorfu vystavil Ford první přední kapotu sériového vozu Ford Focus z  CFRP kompozitu z uhlíkových vláken, vyrobenou vysokorychlostním procesem vhodným pro velkosériovou výrobu.

Plasty v automobilovém průmyslu

Na světě je v současnosti přibližně 800 miliónů automobilů a prognózy růstu mluví o zvýšení jejich počtu na dvě miliardy do roku 2030. Tento výhled činí z automobilového průmyslu jedno z nejperspektivnějších průmyslových odvětví pro nejbližších patnáct let.

Za plasty v říjnu na K 2013

Tradičně po třech letech se ve dnech 16. - 23. října 2013 koná v Düsseldorfu již 19. mezinárodní veletrh plastů a kaučuku K 2013, největší světová akce oboru od níž se očekávají nejen premiéry nových materiálů ale i ukázky nových aplikací s vyšším využitím vlastností známých materiálů s cílem snížení hmotnosti a spotřeby energie při užití obnovitelných zdrojů.

Nové stroje a technologie pro zpracování plastů

Plasty, plasty a zase plasty. Toto odvětví průmyslu se rozvíjí stále s velkou dynamikou a podle současného stavu znalostí má před sebou ještě velkou budoucnost. Totéž platí o technologiích, které se tímto fenoménem zabývají.

Linka na výrobu umělé kůže obsluhovaná robotem

Na přístrojové desky osobních automobilů jsou kladeny specifické požadavky - vedle vhodného uspořádání všech ovládacích prvků je důležité, aby lahodily oku a byly příjemné také na omak. Proto se potahují "umělou kůží", tedy odolným materiálem na bázi PVC, který svým vzhledem a fyzikálními vlastnostmi kůži imituje.

Budoucnost v simulacích vstřikování plastových dílů

Přesnost predikce budoucí kvality plastových dílů a forem pomocí simulačního softwaru pro vstřikování se stále zvyšuje. Je to dáno zejména využitím stále dokonalejších výpočetních technik a modelů. Zároveň roste šíře nabízených modulů pro různé technologie vstřikování.

Polyuretanový řemen jako náhrada lan u výtahů

Moderní pohony sjednocují dynamickou únosnost, přesnost a provozní spolehlivost s co nejvyšší hospodárností. Dlouholeté zkušenosti firmy Continental Contitech a kooperace při vývoji a prvovýrobě nabízí konstruktérům a uživatelům neustále nové technologické perspektivy.

O výuce plastů a kompozitů pro strojaře

Student strojního inženýrství by měl pochopit jak analogie, tak rozdíly ve struktuře a vlastnostech polymerních a kovových materiálů a jejich chování v provozních podmínkách.

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