Stále náročnější požadavky různých
odvětví průmyslu na lepší
vlastnosti plastových dílů nemusí
nutně vést k aplikaci drahých vysoce
odolných konstrukčních termoplastů.
Levnější a jednodušší řešení nabízí
prostřednictvím svého českého
zástupce firma BGS Beta-Gamma-
Service, německý specialista
na zušlechťování vlastností plastů
radiačním síťováním polymerních
materiálů.
Aby levnější masové nebo konstrukční
plasty vydržely větší
zatížení, přivedeme molekuly ke
vzájemnému chemickému propojení
a propůjčíme jim mechanické,
tepelné a chemické vlastnosti vysoce
odolných konstrukčních termoplastů.
Tento postup, toto síťování,
můžeme precizně řídit beta nebo
gama zářením. Energie ze záření
je materiálem absorbována
a vznikají radikály, které spolu
reagují a při následné chemické
reakci vytvářejí očekávanou vazbu.
Dlouholeté zkušenosti, komplexní
znalost průmyslových radiačních
technik, moderní průmyslová ozařovací
zařízení, optimalizovaný vlastní
"manipulační systém" pro zpracování
jednotlivých dílů, kartonů, palet,
navinutého zboží a jiných velkých
dílů nám pomáhá zaručit kvalitu
našich služeb a spokojenost našich
zákazníků. Přitom hraje hlavní roli
blízkost k zákazníkům a permanentní
disponibilnost našich služeb.
SÍŤOVÁNÍ
Síťování je pojem, se kterým se
setkáváme v mnohých oblastech
i mimo sféru techniky.
V technické oblasti vzniká
v důsledku sesíťování (vulkanizace)
z kaučuku pryž, materiál schopný
většího zatížení.
U plastů je síťování chemický proces,
v jehož průběhu se jednotlivé
molekuly plastů chemicky navzájem
spojují. V ideálním případě
dojde k začlenění všech molekul do
této sítě.
Tento chemický proces může být
u mnohých plastů spuštěn ozářením.
Tím jsou přetvářeny např. termoplasty
na materiály, které vykazují
v určitých teplotních oblastech
vlastnosti ela stomerů. U elastomerů
nebo částečně síťovaných systémů
jsou ozářením vytvořeny další místa
síťování (jsou ozářením získána
dodatečně nesíťovaná místa).
Nejdůležitějšími vlastnostmi síťovaného
systému jsou tažnost a pružnost,
jež přetrvávají také při dlouhodobém
teplotním a mechanickém
zatížení.
Pro síťování za použití ozáření
nejsou často zapotřebí žádné další
přísady. Výhodou je, že proces
síťování je proveden až po zpracovatelském
procesu (po vstřikování,
vytlačování nebo vyfukování).
Radiační síťování probíha při
pokojové teplotě bez dodatečného
namáhání výrobků. Další výhodou
je variace ozařovacích parametrů,
kterými lze měnit stupeň síťování
v ozařovaném dílu a ovlivňovat tak
vlastnosti materiálu přesně podle
toho, jak je vyžadováno.
Používaná záření (beta, gama)
iniciují na základě svých energií chemické
procesy. Nezávisle od délky
ozařování nemůže v používaných
průmyslových zařízeních ani v ozářených
produktech vzniknout žádná
radioaktivita.
Pro radiační síťování je základní
předpoklad, že materiál při působení
ionizačního záření převážně
síťuje a ne degraduje. U některých
polymerů, resp. receptur je potřebný
přídavek pomocného síťovacího
činidla. U komerčních směsí
pro radiační síťování jsou v současnosti
používány síťovací činidla
zvláště ke zlepšení výsledných
vlastností materiálu, k redukci
dávek záření, ke snížení hořlavosti
atd.
Hlavním předpokladem je přítomnost
tří a více funkčních monomerů.
Interakcí záření s polymerem
vznikají polymerní radikály (rozpad
vazeb C-H), ty pomocí rekombinace
v řetězci vytvoří síť, a to spojením
dvou volných radikálů mezi sousedními
řetězci za vzniku vazby C-C.
Síťování provádíme nejčastěji beta
nebo gama zářením.
ROZDÍLY MEZI ELEKTRONOVÝM
BETA ZÁŘENÍM A ZÁŘENÍM GAMA
U těchto jejich účinkům odpovídajících
ionizujících záření se jedná
buď o elektromagnetické vlny (záření
gama) nebo o částicové záření
(elektronové - beta záření).
Vazebnými technologiemi dojde
u polymerních materiálů k radiačnímu
síťování, které určuje
v první řadě dávka ozáření, a ta
změní vlastnosti materiálu. Materiál
absorbuje množství energie na
jednotku hmoty.
Při průchodu elektronů materiálem
následuje aktivace a ionizace
molekul v ozářeném materiálu.
Pronikáním gama kvant do
materiálu dochází k různým vzájemně
působícím procesům, při
nichž vznikají sekundární (excitované)
elektrony, které aktivují
a ionizují molekuly ozařovaného
materiálu.
Hlavní rozdíl mezi oběma druhy
záření spočívá ve schopnosti pronikání
materiálem a intenzitě dávky
ozáření.
V zařízeních s urychlovači elektronů
se pracuje s vysokými intenzitami
dávek ozáření, ale s omezenou
hloubkou pronikání závislou na
ener gii. Naproti tomu záření gama
má vysokou schopnost penetrace
(hloubky pronikání) při relativně
nízké intenzitě dávky ozáření.
Výkon dávky ozáření je závislý na
instalované celkové aktivitě gama
zařízení.
Z hlediska technického použití
to znamená, že v urychlovačích
elektronů je v průběhu několika
sekund dodána dávka, pro kterou
by zařízení se zářením gama
potřebovalo několik hodin. Proto
je v průmyslově využívaných gama
zařízeních ozařován větší objem
současně.
Jelikož jsou pro síťování polymerních
materiálů potřebné relativně
vysoké dávky záření, používá se
v současnosti převážně elektronové
beta záření.
Hlavní oblastí použití gama záření
je radiační sterilizace zdravotnických
produktů a potravin. Stále více
se však využívá i pro síťování plastů,
neboť poskytuje oproti elektronovému
záření výhody z hlediska
větší hloubky proniknutí, například
u složitých objemných tvarových
dílů.
RADIAČNĚ SÍŤOVATELNÉ
POLYMERY
Pro výběr vhodného materiálu jsou
rozhodující oblasti použití výrobků.
Pokud je k tomu využita technologie
radiačního síťování, mohou
být realizovány výrobky s mimořádnými
technickými výhodami
a ekonomickými zisky. U výrobků
z termoplastů, elastomerů a termoplastických
elastomerů lze radiační
síťování využít průmyslově u:
ZLEPŠENÍ VLASTNOSTÍ
PLASTŮ
Některé termoplasty jsou díky
radiačnímu síťování převedeny
na takové termoplasty, které se
v širokých oblastech teplot chovají
jako elastomery. Elastomerické
vlastnosti se projevují především
nad teplotou tání krystalů,
respektive teplotou skelného
přechodu neupraveného polymeru.
V důsledku radiačního síťování
může původně termoplastický
výrobek odolávat vyšším
teplotám než předtím. Tvarová
stálost za působení tepla je
značně zlepšena v porovnání
s výchozím termoplastickým
materiálem.
Radiační síťování mění následující
mechanické vlastnosti plastů:
? nárůst modulu
? zvýšení pevnosti (zejména
z dlouhodobého hlediska)
? pokles poměrného prodloužení
při přetržení (tažnosti)
? redukce studeného tečení - (creepu)
? nárůst tvrdosti (Shore)
? zlepšení meze únavy (při střídavém
ohybu)
? zlepšení povrchové pevnosti vůči
otiskům a nespojitosti vstřikovaných
dílů
? zlepšení odolnosti proti vnitřnímu
pnutí a redukce přenosu a růstu
? zlepšení zotavení materiálu
"memory effect"
? zlepšení otěruvzdornosti (podmíněně)
? zlepšení chování při dlouhodobém
zatížení vnitřním tlakem
Výrazně se ukazuje toto zlepšení
např. u smykového modulu jako funkce
teploty. Parametrem je dávka ozáření
odpovídající stupni sesíťování.
Zatímco smykový modul nesesíťovaných
termo plastů po překročení
teploty přechodu klesne prakticky
na nulu, lze u sesíťovaného termoplastu
naměřit menší modul, který
se v závislosti na stupni sesíťování
zvyšuje.
Tečení pod zatížením (kríp) může
být stanoveno při zkoušce tečení
v tahu. Při zkoušce tečení v tahu
může být také měřena odolnost proti
vzniku trhlin způsobených pnutím.
Kromě mechanického zatížení je
materiál vystaven i chemickému
zatížení.
Zobrazení ukazuje průběh napětí-
deformace při teplotě od 30 °C
měkčeného PVC s Triallylcyanurátem
(TAC) jako síťovacím činidlem.
Parametrem u těchto naměřených
křivek je dávka ozáření.
Se zvyšující se dávkou ozáření
vzrůstá modul pružnosti a pevnost
v tahu, tažnost se stoupající dávkou
klesá.
Zobrazení ukazuje krípové křivky
PE-LD v závislosti na dávce ozáření.
Napětí v tahu činilo 5,6 N/mm2
a okolním médiem byl vzduch (teplota
cca 25 °C).
U tepelných vlastností dochází
v důsledku síťování ke
? zlepšení tvarové stálosti zatepla
? cílenému nastavení tepelné roztažnosti
(Hot-Set / Hot-Modul)
? zlepšení trvalé deformace při
zatížení tlakem (tahem)
? zvýšení tepelné odolnosti
? zvýšení odolnosti proti vniknutí
žhavého drátu
? vyšší odolnost vůči stárnutí
Ke zlepšeným chemickým vlastnostem
patří:
? snížení rozpustnosti
? zlepšení odolnosti proti bobtnání
? zvýšení odolnosti proti vzniku
trhlin způsobených pnutím
? zlepšení odolnosti vůči hydrolýze
a zvýšená olejuvzdornost
OVLIVNĚNÍ PŘILNAVOSTI
MATRICE K VLÁKNŮM
POMOCÍ OZÁŘENÍ
Výsledné vlastnosti kompozitu
plněného částicovým plnivem
závisí na fyzikálních vlastnostech
složek (matrice, plnivo). Soudržnost
matrice s plnivem má velký
vliv pro výsledný přenos napětí na
výztuž, a tedy výsledné mechanické
vlastnosti.
Pomocí radiačního ozařování beta
nebo gama zářením se dosahuje pro
různé materiály tzv. navázání struktury
matrice k výztuži e zvýšení
pevnosti.
POUŽITÍ IONIZAČNÍHO ZÁŘENÍ
V PRAXI
Roční působení firmy BGS Beta-
Gamma-Service GmbH & Co.KG
na českém trhu prostřednictvím
svého českého zástupce přineslo
po účastech na Mezinárodním strojírenském
veletrhu v Brně 2005
a letošní účasti na veletrhu PLASTEX
2006 i spolupráci s Univerzitou
Tomáše Bati ve Zlíně v oblasti
vědy a výzkumu. Prvním společným
projektem byla diplomová práce na
téma "Vliv ozařování na mechanické
a termomechanické vlastnosti
polypropylénu" na Fakultě Technologické,
Ústavu výrobního inženýrství,
pod vedením doc. Maňase.
Výsledky experimentů provedených
na FT UTB ve Zlíně potvrzují
uvedené předpoklady. Pro experimenty
byly použity polymery:
PTS - Crealen EP - 2300L1
- M800 (neplněný PP)
PTS - Crealen EP8G5HS* M0083
(PP plněný 25% skelných vláken)
Zkušební tělíska byla zhotovena
vstřikováním na vstřikovacím stroji
ARBURG 420C Advanced. Ozáření
bylo realizováno elektronovým
zářením, energií 10 MeV, minimální
dávkou 15 a 30 kGy ve firmě BGS
Beta Gamma Service GmbH & Co,
KG, Saal am Donau, SRN).
V ozářených vzorcích došlo k zajímavým
změnám mechanických
vlastností, zejména k výraznému
nárůstu pevnosti v tahu a pevnosti
v ohybu. Naproti tomu došlo ke
zhoršení rázové houževnatosti.
Výrazně vyšší teplotní odolnost
vykazují ozářené vzorky v porovnání
s neozářenými, přičemž výrazně
lepší chování vykazují vzorky
z plněného PP.
Ozařováním polymerů lze výrazně
zlepšit řadu vlastností a rozšířit tak
oblast jejich použitelnosti. Vzhledem
k odlišnému chování je nutné
velmi pečlivě vybírat oblasti použití/
aplikace, v nichž se tyto změny
projeví nejvýrazněji.
