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
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.

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.

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.

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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

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?

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.

Výroba stavebnic leteckých modelů

Pamětníci si možná vzpomenou na reportáž o výrobě plastikových leteckých modelů, která vyšla v MM Průmyslovém spektru 1, 2/2004. Když jsem loni na setkání uživatelů softwaru NX potkal pana Vladimíra Šulce, jednoho ze zakladatelů společnosti Eduard – Model Accessories, pozval mě, ať se k nim do Obrnic přijedu znovu podívat, protože za tu dobu se mnohé změnilo.

Sledování forem ve výrobě, skladu i údržbě

Jednou z nejdůležitějších věcí, které firmy pracující v oblasti výroby výlisků řeší, je sledování forem a řešení problémů, které při výrobě nastanou. Důležité je problémy řešit tak, aby příště, pokud se stejný problém objeví znovu, bylo možné sáhnout do databáze a problém vyřešit ihned, bez zbytečných časových prodlev. To umožňuje systém MachineLOG IT, jenž maximálně zjednodušuje sledování pohybu forem, jejich oprav i nasazení ve výrobě.

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