TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
Fakulta strojní
Studijní program B2341 - Strojírenství
Materiály a technologie zaměření tváření kovů a plastů
Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů
Hodnocení PP desek s kenafovými rohožemi pro dveřní výplně automobilu
Evaluation of PP plates with kenaf matting for car door panels
Lenka Kupcová KSP – TP – B13
Vedoucí bakalářské práce: doc. Dr. Ing. Petr Lenfeld – KSP TU v Liberci Konzultant bakalářské práce: Ing. Luboš Běhálek – KSP TU v Liberci
Ing. Ivo Zbránek – Grupo Antolin Turnov s.r.o., Turnov
Rozsah práce a příloh:
Počet stran 53 Počet tabulek 13 Počet příloh 0
Počet obrázků 43 Datum: 26.5.2006
ANOTACE
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní
Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů
Studijní program: B2341 - Strojírenství Posluchačka: Lenka Kupcová
Téma práce: Hodnocení PP desek s kenafovými rohožemi pro dveřní výplně automobilu
Evaluation of PP plates with kenaf matting for car door panels
Číslo BP: KSP – TP – B13
Vedoucí BP: doc. Dr. Ing. Petr Lenfeld – KSP TU v Liberci Konzultant: Ing. Luboš Běhálek – KSP TU v Liberci
Ing. Ivo Zbránek – Grupo Antolin Turnov s.r.o., Turnov
Abstrakt:
Tato bakalářská práce se zabývá hodnocením polypropylenových desek s kenafovými rohožemi, které se používají pro výrobu dveřních výplní automobilů.
Cílem této práce je posouzení vlivu množství kenafových rohoží a přidávaného recyklátu na celkové výsledné vlastnosti PP desek i rozměrovou přesnost výsledného tvářeného dílce. Je zde popsán kompletní výrobní proces tvářeného dílu až po výrobu dveřních výplní a popsáno je také hodnocení vlastností tvářeného dílce.
Abstract:
This bachelor dissertation is dealing with evaluating of polypropylen plates with kenaf matting, which are used for production of car door panels. The aim of this dissertation is to evaluate the influence of quantum of kenaf mattings and added recyclated materials to the character of PP panels and size accurateness of this part.
There is the detailed description of process from thermoforming production process till production of car door panels. The character of forming part is described too.
Místopřísežné prohlášení:
Místopřísežně prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury.
V Liberci, 26. května 2006
...
Lenka Kupcová
Přepeřská 1800 511 01 Turnov
Poděkování:
Chtěla bych touto cestou poděkovat všem, kteří mi zpracování mé bakalářské práce umožnili a poskytli mi veškerou odborně – technickou pomoc a podporu, a to zejména vedoucímu bakalářské práce doc. Dr. Ing. Petru Lenfeldovi z KSP TUL a zaměstnancům firmy Grupo Antolin Turnov s.r.o.
Zvláštní poděkování patří Ing. Luboši Běhálkovi z KSP TUL a Ing. Ivovi Zbránkovi z Grupo Antolin Turnov s.r.o. nejen za odborné rady, ale i velké množství času, který mi věnovali.
V neposlední řadě bych chtěla poděkovat rodičům, partnerovi a všem ostatním, za jejich morální a materiální pomoc.
OBSAH
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ . . . 7
1 ÚVOD . . . 9
2 TEORETICKÁ ČÁST. . . 10
2.1 CHARAKTERISTIKA POLYPROPYLENU . . . 10
2.2 KENAF . . . 11
2.2.1 CHARAKTERISTIKA KENAFU . . . 11
2.2.2 ZPRACOVÁNÍ KENAFU – VLÁKNA . . . 11
2.3 VÝROBA PP DESEK VYZTUŽENÝCH KENAFOVÝMI ROHOŽEMI . . . 12
2.4 VYTLAČOVÁNÍ . . . 14
2.4.1 ŠNEKOVÉ VYTLAČOVACÍ STROJE . . . 14
2.4.1.1 Šnek a jeho tvar . . . .15
2.4.1.2 Děje v profilu šneku . . . 16
2.4.1.3 Konstrukční řešení vytlačovacího stroje . . . 17
2.4.2 HLAVY ŠNEKOVÉHO VYTLAČOVACÍHO STROJE . . . 18
2.5 VÝROBA DVEŘNÍCH VÝPLNÍ . . . .19
2.5.1 TVÁŘENÍ VKLÁDANÝCH DÍLŮ DVEŘNÍCH VÝPLNÍ . . . .19
2.5.1.1 Popis výrobní linky . . . .19
2.5.1.2 Doprava desek a jejich ohřev . . . 20
2.5.1.3 Lisování vkládaných dílů dveřních výplní a operace bezprostředně následující . . . 21
2.5.1.4 Chlazení a prostřihování výlisků . . . 24
2.5.1.5 Umbugování . . . 25
2.5.2 SVAŘOVÁNÍ A FINÁLNÍ MONTÁŽ DVEŘNÍCH VÝPLNÍ. . . .26
2.5.2.1 Postup svařování dveřních výplní zadních dveří . . . 27
2.5.2.2 Postup svařování dveřních výplní předních dveří . . . 27
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST . . . 28
3.1 CHARAKTERISTIKA POLYPROPYLENOVÝCH DESEK . . . .28
3.1.1 DESKY S ROZDÍLNOU PLOŠNOU HMOTNOSTÍ VRSTEV KENAFOVÝCH ROHOŽÍ. . . 29
3.1.2 DESKY S ROZDÍLNÝM OBSAHEM RECYKLÁTU. . . 29
3.2 METODY HODNOCENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ PP DESEK S KENAFOVÝMI ROHOŽEMI . . . .31
3.2.1 ZHOTOVENÍ ZKUŠEBNÍCH TĚLES . . . .31
3.2.2 STANOVENÍ TAHOVÝCH VLASTNOSTÍ . . . 31
3.2.3 STANOVENÍ OHYBOVÝCH VLASTNOSTÍ . . . 36
3.2.4 STANOVENÍ RÁZOVÉ HOUŽEVNATOSTI. . . 41
3.3 STANOVENÍ ROZMĚROVÉ PŘESNOSTI VÝSLEDNÉHO TVÁŘENÉHO DÍLCE . . . 43
3.3.1 ZHOTOVENÍ ZKUŠEBNÍCH TĚLES . . . .43
3.3.2 POSTUP STANOVENÍ ROZMĚROVÉ PŘESNOSTI VÝSLEDNÉHO TVÁŘENÉHO DÍLCE . . . .45
4 VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ A JEJICH DISKUSE . . . 49
5 ZÁVĚR . . . 51
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY. . . 53
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
GAT Grupo Antolin Turnov
PP polypropylen
PL polyester, resp. polyesterové vlákno
W [J] absorbovaná energie
En [J] nominální energie rázového kladiva acU [kJ.m-2] rázová houževnatost Charpy
h [mm] tloušťka zkušebního tělesa
b [mm] šířka zkušebního tělesa
Lo [mm] počáteční měřená délka
L [mm] rozpětí podpěr
s [mm] průhyb
sc [mm] smluvní průhyb
S0 [mm2] plocha počátečního příčného průřezu zk. tělesa
v [mm.min-1] rychlost zkoušení
σ [MPa] napětí v tahu
σy [MPa] napětí v tahu na mezi kluzu σB [MPa] napětí v tahu při přetržení σM [MPa] napětí v tahu na mezi pevnosti
σf [MPa] napětí v ohybu
σfB [MPa] napětí v ohybu v okamžiku lomu
σfM [MPa] pevnost v ohybu
σfc [MPa] napětí v ohybu při smluvním průhybu Et [MPa] modul pružnosti v tahu
Ef [MPa] modul pružnosti v ohybu
ε [%] poměrné prodloužení
εM [%] poměrné prodloužení na mezi pevnosti εB [%] poměrné prodloužení při přetržení
εf [%] deformace ohybem
εfB [%] deformace ohybem v okamžiku lomu
εfM [%] deformace ohybem na mezi pevnosti v ohybu
ϕ [%] vzdušná vlhkost
F [N] síla
α [°] úhel vykmitu kladiva po rázu
T [°C] teplota
1 ÚVOD
Téma bakalářské práce „Hodnocení PP desek s kenafovými rohožemi pro dveřní výplně automobilu“ vzniklo ve spolupráci s firmou Grupo Antolin Turnov.
Historie této společnosti sahá do 1. poloviny 20. století, kdy byla založena rodinou Antolinů. Společnost začínala jako výrobce kulových čepů pro vozidla a postupem času se její výrobní sortiment rozšířil i o další odvětví výroby automobilových součástí, jako např. interiérové a dveřní komponenty. Pobočka této společnosti nacházející se v Turnově vznikla v roce 2002, přičemž její výroba je zaměřena především pro vozy značky Škoda, VW a v posledních letech i Ford.
Tato bakalářská práce je zaměřena na hodnocení PP desek vyztužených kenafovými rohožemi (dále jen desek), které se používají k výrobě vkládaných dílů (tzv. insertů) do dveřních výplní automobilu VW Passat. Vkládaný díl je nedílnou součástí dveřní výplně, která je potažena koženkou nebo textilií. Tato práce se zabývá vkládanými díly potahovanými textilií.
V teoretické části je popsán kompletní proces výroby vkládaných dílů, včetně charakteristiky a zpracování jednotlivých surovin (polypropylenu, kenafového vlákna) vstupujících do výrobního procesu, charakteristiky šnekových vytlačovacích strojů (popisem šneku a jeho tvaru), dále dějů v profilu šneku a vlastním konstrukčním řešením vytlačovacích strojů a to až po výrobu PP desky. Je zde popsána i vlastní výroba dveřních výplní a to od tváření vkládaných dílů (insertů) dveřních výplní z PP desek, až po svařování a finální montáž.
Experimentální část práce hodnotí mechanické vlastnosti desek pomocí tahové, ohybové a rázové zkoušky metodou Charpy, v závislosti na množství kenafových rohoží a přidávaného procenta recyklátu do PP desek. Dalším důležitým ukazatelem vlastností desek je měření jejich rozměrové přesnosti (stálosti) po tepelném zpracování, v závislosti na čase po vyhotovení vkládaného dílu.
V poslední části bakalářské práce jsou vyhodnoceny a diskutovány výsledky experimentálního měření v závislosti na obsaženém množství kenafových rohoží a přidávaného procenta recyklátu.
2 TEORETICKÁ ČÁST
2.1 CHARAKTERISTIKA POLYPROPYLENU /1/, /2/
Polypropylen patří do skupiny termoplastů nazývané polyolefiny, vyznačujících se zejména těmito vlastnostmi:
- z hlediska nadmolekulární struktury se jedná o plasty semikrystalické, které vykazují určitý náznak uspořádanosti vnitřní struktury (50 % a více).
- vykazují dobrou pevnost a za běžné teploty i přijatelnou houževnatost, která závisí na stupni krystalinity.
Z hlediska časového se jedná o velmi mladý plast, neboť jeho stáří se pohybuje kolem 50-ti let a vzhledem k jeho vlastnostem se řadí na druhé místo v žebříčku používaných plastů. Polypropylen se dá snadno přizpůsobovat jednotlivým potřebám v průmyslových odvětvích, protože lze velice jemně ovlivňovat katalitické vlastnosti metalocenových katalyzátorů.
Díky výzkumu a následně zjištěným poznatkům se polypropylen dá snadno zpracovávat všemi běžnými technologiemi vyvinutými pro termoplasty. Uplatňovat se tak může téměř všude, zejména v automobilovém průmyslu a v oblasti kompozitních materiálů, přičemž jeho výhodou je snadná úprava vlastností pomocí aditiv. Další jeho velkou výhodou je přijatelná cena a především snadná recyklovatelnost, neboť termoplasty lze „teoreticky“ přetavovat. K degradaci dochází pouze při vyšších teplotách, naopak okolo bodu mrazu a níže začíná křehnout. Jak již bylo řečeno, polypropylen nachází v poslední době významné uplatnění v oblasti kompozitních materiálů, přičemž v kombinaci s rostlinnými vlákny dosahuje výborných mechanických vlastností a zároveň umožňuje toto spojení i dobrou recyklovatelnost. V dalších odvětvích průmyslové výroby nachází polypropylen uplatnění při výrobě např. lopatek ventilátorů, bubnů a krytů praček, klimatizačního potrubí, plynových pedálů, reflektorů, trubek, desek aj.
Pro dosažení požadovaných užitných vlastností dochází k jeho modifikaci (např. polymery a adivivy), která může nastat:
a) během polymerizace za vzniku kopolymeru
b) při zpracování (aditivy, nebo vytvořením polymerní směsi, např.z kaučuku) c) finální povrchovou úpravou hotového výrobku
2.2 KENAF
2.2.1 CHARAKTERISTIKA KENAFU /3/, /4/, /5/
Kenaf je textilní rostlina (Hibiscus cannabinus) z čeledi slézovitých, označovaná také jako Guinejské konopí. Pěstuje se především v Přední Indii, Bangladéši, Thajsku, Iránu, na Kavkaze a v tropické Africe. Je to jednoletá rostlina dosahující výšky až 3m s průměrem stonku 12 mm a poskytuje lýková vlákna pevnější než juta, avšak křehčí. Kenafové vlákno je světlé barvy a oproti jutě obsahuje méně necelulózových materiálů. Z rostliny se získávají krátká vlákna (v jádře stonku) a dlouhá vlákna (umístěná v oblasti vnějšího lýka), jak lze vidět na obr. 2.1. Kenafové vlákno získáváme po 4-5 měsících od výsadby. Má výrazný lumen a polygonální tvar příčného řezu. Používá se na lana, provazy, pytle apod. Juta má listy rozvětvené, podobné marihuaně, zatímco kenaf má tvar listu spíše srdcovitý.
Obr. 2.1: Vlákna získávaná z rostliny kenaf /5/
Pěstování kenafu je ve výše uvedených oblastech prováděno ručně, stejně jako jeho následné protrhání (ojednocení) a sklizeň. Vlákno se získává máčením (bobtnáním stonku), následným sušením a úpravami s tímto spojenými, jako je čištění na speciální lince, kde se na upravená vlákna nanáší speciální úpravnické přípravky. Upravený kenaf putuje v podobě balíku na další zpracování a to do formy netkané textilie, nebo do přádelen na výrobu příze. Kvalita vlákna závisí na době máčení – čím déle se máčí, tím je nižší pevnost vlákna.
2.2.2 ZPRACOVÁNÍ KENAFU - VLÁKNA /3/, /6/
Dovezený kenaf ve formě balíků se následně rozvolňuje na rozvolňovacím stroji, kde se současně i zbavuje nečistot. Odtud se dále pneumaticky dopravuje do zásobníku, kde se nechává odležet (cca 24 hod. dle jakosti) z důvodů získání
vhodných zpracovatelských vlastností (křehkosti, lámavosti, aj.). Z této zásobníkové komory je materiál opět pneumaticky nakládán do nakládacího odvažovacího zařízení, kde se z něho vytváří vrstva vláken, která jde do mykacího stroje. Zde dochází k ojednocování a urovnávání jednotlivých vláken do rovnoběžné polohy. Na konci tohoto stroje je vrstvička vláken (rouno) unášena laťovým pásem k rounovému nakládacímu stroji, odkud se dále dostává k vpichovacímu stroji, kde je soustava jehel v horizontální poloze a hřebene v poloze vertikální. Jehly jsou zde mnoha druhů, což je závislé na povaze materiálu, neboť rozdíl zpracovávaných jemností (tex) vyžaduje různé parametry jehel. Materiál přicházející do stroje ve formě rouna se vpichuje či proplétá dle požadavku zákazníka a povahy materiálu. Výsledným produktem je rouno navinuté na tyč, což je netkaná textilie, jež se dodává do zpracovatelských firem, které se zabývají výrobou výše zmiňovaných desek pro dveřní výplně automobilu.
Podniky zabývající se výrobou těchto desek jsou např. Ploma a.s. Hodonín a Diatech S.r.l. Milano. Přičemž Ploma a.s. Hodonín své produkty tohoto druhu označuje názvem plomaPP-FIBER a Diatech S.r.l. Milano jako Diaform.
2.3 VÝROBA PP DESEK VYZTUŽENÝCH KENAFOVÝMI ROHOŽEMI /7/, /8/
Jako základní součást se při výrobě desek používá dvou vrstev kenafových rohoží, na které se poté metodou vytlačování nanášejí dvě vrstvy PP, PP fólie a flís, jak je znázorněno na obr. 2.2. Tyto dvě vrstvy kenafové rohože se však od sebe vzájemně liší v plošné hmotnosti a to z důvodu rovnoměrnějšího rozložení váhy v PP desce. Polypropylen je plněn talkem (minerálním plnivem) na bázi křemičitanu, nejčastěji 10 % nebo 20 %, z čehož plyne označení PP-T10, popř. PP-T20. Talek je k plnění PP používán zejména pro zlepšení rozměrové a tvarové stability dílce, vyznačuje se odolností proti vysokým teplotám, kyselinám a dobrými elektroizolačními vlastnostmi.
PP fólie
Kenafová rohož A
Kenafová rohož B
PP
Flís (PL vlákna)
Obr. 2.2: Složení desky /8/
Při vstupu do šnekového vytlačovacího stroje se nejprve za přerušovaného ohřívání na maximální mezní teplotu 230°C mísí bezbarvý PP s černým masterbatchem, který zlepšuje fyzikálně-mechanické vlastnosti výrobku a mimo jiné obsahuje určitý podíl sazí a barvícího koncentrátu. Vytlačovací hlava vytlačuje roztavený PP mezi dvě vrstvy kenafových rohoží. Takto vyrobený sendvič je stlačován mezi dvěma vyhřívanými válci, aby došlo k vytlačení veškerých plynů vzniklých při výrobě. Sendvič je dále stlačován mezi páry válců za vysokých přítlaků, tak aby byla zajištěna jeho rovnoměrná tloušťka. V dalším kroku se z druhého šnekového vytlačovacího stroje vytlačuje roztavený PP mezi již vytvořený polotovar a flís. Opět dochází ke stlačování mezi dvěma vyhřívanými válci na požadovanou tloušťku. V posledním kroku se na již vytvořené horké PP pásy s kenafovými rohožemi laminuje PP folie. Tento v podstatě již hotový produkt (deska) poté během chlazení prochází rovnací válcovací drahou o 12-ti válcích, které jsou chlazeny vodou o teplotě 20°C, kde je chlazen. Přebytečný materiál je z boků odřezáván, čímž získáváme požadovanou šíři PP pásu s kenafovými rohožemi. Na konci rovnací válcovací dráhy jsou padací nože, které řezají PP pás s kenafovými rohožemi na stanovenou délku, z které jsou pak vystřihovány desky rozměrů dle přání zákazníka. Poté je materiál (desky) nakládán na paletu k tomu určenou, následně vizuálně kontrolován na 100% kvalitu při výstupní kontrole a balen na speciální palety. Průběh této výroby znázorňuje obr. 2.3. Takto připravený materiál (desky) je pak transportován k zákazníkovi k dalšímu zpracování technologií tváření.
Obr. 2.3: Vytlačovací linka s kapacitou 1000Kg/h pro výrobu PP desek vyztužených kenafovými rohožemi /8/
A-kreslící a řezací válce; B-zásobní násypka polypropylenu; C-vytlačovací stroj, D-sušící a dávkovací zařízení polypropylenu; E-rozvodný panel; F-ovládací konzole
Charakteristické parametry vytlačovacího stroje:
- rozměry: 31,5 x 11,5 m - výstupní kapacita: 1.000 kg/h - max. šíře desky: 1.800 mm - tloušťka desky: 1,2 – 7 mm - použitá vlákna: rostlinná
- počet současně pracujících vytlačovacích hlav: 3
Využití těchto desek je uplatněno v řadě odvětvích průmyslu (např.
automobilovém, stavebním, nábytkářském).
Dodávaný polotovar musí odpovídat požadavkům odběratele, což je 100%
bezchybnost. V průběhu výroby desek provádí výrobce zkoušky hodnotící stabilitu výrobního procesu v návaznosti na ustanovení podnikové normy (hodnocení mechanických vlastností, hořlavosti aj.). O těchto zkouškách vede dodavatel průkaznou evidenci, kterou na požádání odběrateli předloží. Kontrolovány jsou rovněž možné vady desek, za které se považují např. prolisy, zalisování cizích předmětů, otvory, popraskání, nerovnoměrné zabarvení. Desky musí vykazovat rovnoměrnou strukturu. Nesmí obsahovat například žádné substance, které by vzhledem k dalšímu použití desek (viz. kapitola 2.5.2) zabraňovaly schopnosti vysoko frekvenčního svařování. Desky musí být tvarově stálé při transportu, skladování, montáži a během používání.
2.4 VYTLAČOVÁNÍ /7/
Vytlačování je technologická operace, při níž je hmota v plastickém stavu vytlačována hlavou o různém tvaru do volného prostoru. K tomu jsou v menší míře používány pístové vytlačovací stroje, ale většinou však vytlačovací stroje šnekové.
2.4.1 ŠNEKOVÉ VYTLAČOVACÍ STROJE /7/
Šnekové vytlačovací stroje vzhledem ke kontinuálnímu (nepřetržitému) způsobu práce zaujímají přední místo mezi vytlačovacími stroji. Běžný šnekový vytlačovací stroj, který je znázorněn na obr. 2.4, zachycuje ve vstupním (plnícím) pásmu granulovanou, aglomerovanou či práškovou hmotu a dopravuje ji směrem k hlavě za současného stlačování. V pásmu přechodovém je hmota plastifikována (tavena), homogenizována (promíchávána), stlačována a dopravována do výstupního
pásma. Ve výstupním pásmu je materiálově i teplotně homogenní tavenina kontinuálně přiváděna pod tlakem do vytlačovací hlavy.
Jelikož jsou v technické praxi vytlačovány různé plasty a jejich různé modifikace, je velmi obtížné mnohdy zvolit správnou konstrukci šneku pro dané typy materiálů, neboť pro různé typy materiálů je potřeba mít různé druhy vytlačovacích šneků.
Obr. 2.4: Šnekový vytlačovací stroj /7/
smo; B - přechodové (plastikačn
A - vstupní (plnící) pá í, kompresní) pásmo;
C
2.4.1.1 Šnek a jeho tvar
cí stroje jsou pro běžné použití vyráběny se šneky o průměr
D - průměr šneku; c - šířka vodicí plochy závitu; a - hloubka šneku ve vst. pásmu;
- výstupní (vytlačovací) pásmo; 1 – násypka; 2 - elektrické odporové topení;
3 – šnek; 4 – termočlánky; 5 - regulační ventil tlaku; 6 - snímač tlaku;
7 – lamač; 8 – pouzdro
Šnekové vytlačova
u 30 - 150 mm (viz obr. 2.5). Šnek a tedy i vytlačovací stroj, je charakterizován průměrem šneku D a účinnou délkou šneku L, vyjádřenou v násobcích průměru ( L/D ).
Obr. 2.5: Šnek /7/
b - hloubka šneku ve výst. pásmu; α - úhel stoupání závitu; A - vstupní pásmo;
B - přechodové pásmo; C - výstupní pásmo
Vzhledem k en univerzální šnek pro vše
2.4.1.2 Děje v profilu šneku (pásma vytlačovacího stroje)
ěný násypk
ásmo tavení) představuje úsek vytlačovacího stroje, kdy se
mo je konečnou částí šneku a představuje úsek obsahující převáž
problematice vytlačování nebyl dosud navrž
chny plasty. Šnek s krátkou přechodovou částí a s dlouhou výstupní částí je používán pro snadno tekoucí, tepelně stabilní plasty, jako je například polypropylen a polyamid. Pro snadno tekoucí plasty má šnek ve výstupní části mělčí závitovou drážku, zatímco pro polymery hůře tekoucí (citlivé na smykové namáhání) má šnek drážku hlubší.
Ve vstupním pásmu (pásmu dopravy tuhého materiálu) je plast, uvád ou do vytlačovacího stroje ve formě granulí, aglomerátu nebo prášku, zachycován šnekem a dopravován směrem dopředu. Šnekový profil je zpočátku zaplněn pouze z části. Postupně je materiál stlačován (v důsledku snižující se hloubky profilu šneku) a zahříván. Granulát je ohříván jednak pouzdrem šneku (které je ohříváno pomocí topných zón) a jednak vlastním třením o sebe. Čím více je polymer roztaven tím více je výraznější vliv ohřevu polymeru třením (tzv. disipací).
Samotný pohyb polymeru ve šneku je způsoben třecími silami vzniklými mezi polymerem a povrchem šneku a vnitřní stranou pouzdra. Na třecí síly má velký vliv teplota vnitřní strany pouzdra.
Přechodové pásmo (p
tuhý polymer převádí na taveninu, a to teplem přiváděným pouzdrem i teplem vzniklým třením materiálu o pouzdro i šnek. Tavení hmoty většinou začíná na povrchu pouzdra, odkud je roztavená hmota stírána čelem profilu šneku a klouže nejprve po něm a posléze po další části profilu šneku. Tím vznikají v profilu šneku dvě části, tavenina a dosud neroztavený materiál (pevné lóže). Postupně jak se materiál ve šneku pohybuje vpřed, neroztavený materiál se postupně taví, čímž se zvyšuje podíl taveniny.
Vytlačovací pás
ně taveninu. Tok taveniny v této části je uskutečňován pohybem šneku v pouzdře. V tomto pásmu se rovněž dokončuje homogenizace taveniny. Rovněž v této závěrečné fázi, než opustí tavenina vytlačovací stroj, dochází k nárůstu tlaku na maximální velikost, jak je znázorněno na obr. 2.6.
Obr. 2.6: Průběh tlaku na vytlačovacím stroji /7/
1 – hlava s n odporem;
2.4.1.3 K
Šnek praxi se projevuje
namáhán, a proto musí být řešen velice robustn
tvorem obal šneku. V oblasti plnícího otvoru
ónického tvaru. Násypky bývají
d plnícím otvorem.
Slouží
e je důležitý, protože šnekový stroj musí b
odporové nebo indukční. V dnešní době se většino
epatrným odporem; 2,3 – hlavy s postupně stoupajícím 4 – hlava se zvýšeným odporem pomocí lamače; A – vstupní pásmo;
B – přechodové pásmo; C – výstupní pásmo; D – vytlačovací hlava onstrukční řešení vytlačovacího stroje
je nejvýznamnější částí vytlačovacího stroje a v snaha používat šneky co nejuniverzálnější.
Pohon šneku je v provozu velice ě, aby snesl i krátkodobé přetížení.
Pouzdro vytváří svým vnitřním o
bývá chlazeno vodou, což usnadňuje plnění šneku a zabraňuje přehřívání ložisek přenosem tepla, buď pouzdrem nebo jádrem šneku.
Násypka je upevněna nad plnícím otvorem, bývá k vybaveny míchadlem, které zabraňuje vytváření mostů.
Dávkovací zařízení bývá umístněno pod násypkou na
k přesnému a řízenému dávkování materiálu do vytlačovacího stroje. V běžné praxi existují dva základní principy dávkování surovin, diskontinuální (přetržitý) a kontinuální (nepřetržitý) způsob dávkování.
Ohřev šnekového vytlačovacího stroj
ýt schopen zvýšit teplotu vytlačovaného plastu přesným a regulovatelným způsobem. Rychlost ohřevu se přizpůsobuje rychlosti vytlačování a teplotním vlastnostem vytlačovaného materiálu.
Elektrické vytápění může být
u používá pásmové vytápění odporovými topnými pásy s přímým kontaktem s ohřívanou plochou pouzdra.
Temperace šneku - doprava materiálu ve vstupním pásmu je závislá na rozdílu koeficientu tření granulí o šnek a o stěnu pouzdra. Jelikož je nutné, aby třecí síla mezi granulátem a pouzdrem byla větší, než třecí síla mezi granulátem a šnekem, je výhodné udržovat šnek při nižší teplotě než pouzdro.
2.4.2 HLAVY ŠNEKOVÉHO VYTLAČOVACÍHO STROJE /7/
Hlava je část vytlačovacího šnekového stroje, v níž materiál dopravovaný šnekem získává definovaný tvar. Hlava musí mít takový profil, aby zaručovala pravidelný a trvalý tok materiálu. Nesmí v ní existovat mrtvé prostory, ve kterých by se materiál mohl zastavit a zůstat dlouho v kontaktu s vyhřívanou stěnou hlavy, až by degradoval.
Mezi konce šneku a hlavu se vkládá lamač. Je to děrovaná deska s otvory 3 – 8 mm. Jeho úkolem je zlepšit homogenizaci plastu vystupujícího ze šneku.
U materiálů majících velkou tvarovou paměť slouží lamač rovněž k potlačení této paměti. Lamač se rovněž velmi často využívá jako opora pro sítka, která zabraňují průchodu nečistot do vytlačovací hlavy.
Podle konstrukce se vytlačovací hlavy dělí do čtyř kategorií:
- hlavy přímé pro vytlačovaní profilů, trubek, hadic, atd.
- hlavy nepřímé pro oplášťování vodičů, vyfukování fólií, apod.
- širokoštěrbinové hlavy pro vytlačování desek a fólií - speciální hlavy pro výrobu sítí
Pro tuto problematiku jsou nejdůležitější hlavy širokoštěrbinové, neboť se používají na výrobu desek a silných fólií. Přivedená hmota taveniny je pomocí rozvodného kanálu rozvedena po celé délce vytlačovací hlavy. Tento kanál je konstruován tak, aby v místě vstupu taveniny do hlavy kladl tavenině největší odpor a tím ji nutil téct i do krajů, kde má rozvodný kanál větší průřez a tím klade menší odpor. Tok taveniny je dále regulován pomocí brzdného můstku, který je pohyblivý pomocí řady stavěcích šroubů, které umožňují lokálně nastavit optimální tok taveniny. Takto seřízený tok taveniny jde přes relaxační komoru do výstupní štěrbiny. Cílem relaxační komory a výstupní štěrbiny je zformovat taveninu natolik, aby z vytlačovací hlavy tekla rovnoměrně, s minimálním vnitřním pnutím. Aby relaxační komora a výstupní štěrbina plnily svoji funkci musí být dostatečně dlouhé.
Nyní je již možné setkat se s plochými vytlačovacími hlavami, kde spodní lišta vytlačovací hlavy je výměnná, což umožňuje nastavit jinou vytlačovací štěrbinu, jiné
tloušťky. Při tomto je ovšem velmi nutné nezapomenout, aby délka relaxační komory a výstupní štěrbiny (závisí na tloušťce vytlačované desky) byla dostatečná.
V opačném případě mohou nastat reologické problémy.
2.5 VÝROBA DVEŘNÍCH VÝPLNÍ /9/
Dveřní výplň vozů je konečných výrobkem v projektu VW Passat B6 firmy Grupo Antolin Turnov. Výroba dveřních výplní automobilu spočívá v tváření již vyrobených a nařezaných desek na požadované rozměry (viz kapitola 2.3). Výplně i samotný vkládaný díl se dělí na levé a pravé, dále na přední a zadní.
2.5.1 TVÁŘENÍ VKLÁDANÝCH DÍLŮ DVEŘNÍCH VÝPLNÍ /9/, /10/, /11/, /12/
2.5.1.1 Popis výrobní linky
Výroba vkládaných dílů dveřních výplní (dále jen dílů) probíhá na dvou linkách. Jedna linka slouží na výrobu předních dílů pro vozy s řízením na levé a pravé straně a druhá na výrobu zadních dílů pro provedení vozu Limusina a Variant (viz obr. 2.7). Na každé z nich se vyrábí zároveň levý i pravý díl (sada). Součástí výrobní linky je doprava desek a jejich ohřev, lisování vkládaných dílů, chlazení a prostříhávání výlisků a nakonec umbugování.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Obr. 2.7: Linka pro výrobu zadních dílů pro provedení vozu Limusina i Variant 1 – vstupní polotovar (desky); 2 – manipulátor, dopravník; 3 – pec, ohřívací skříň;
4 – hydraulický lis; 5 – stoly na rámečky; 6 – dochlazovací zařízení; 7 – vystřihovací lis; 8 – umbugovací zařízení; 9 – stůl pro dokončovací operace
2.5.1.2 Doprava desek a jejich ohřev
Na začátku výrobní linky se nachází prostor vymezený pro umístění základního polotovaru (desek). Jedná se o kovový rám na podlaze o výšce 1000 mm, který je vybaven vodícími lištami a kartáči, které mají oddělit slepené desky.
Manipulátor (tzv. podavač) si automaticky odebírá desky ze zmíněné oblasti a pokládá je na pás nerezového dopravníku z drátu o ∅ 1,25 mm, který prochází pecí (viz obr. 2.8). Uchopení desek manipulátorem je zajištěno podtlakem přísavných měchů.
Obr. 2.8: Pokládání desek manipulátorem na pás nerezového dopravníku
Pás dopravníku je napjatý mezi dvěma hřídeli opatřenými ozubenými koly.
Zadní hřídel je unášena motorovým brzdovým reduktorem o proměnlivé rychlosti.
Pohyby pásu jsou řízeny kódovačem. Pec je vytápěna elektrickými topnými zářiči (infrazářiči) a skládá se z horního a dolního topného plata. Každé plato má 23 topných zón, kde jsou desky ohřívány na jednotlivých zónách, jak je zobrazeno na obr. 2.9, maximálně do 200°C, jelikož při vyšší teplotě dochází k tepelné degradaci výrobku. Teploty desek v peci jsou snímány čidly optických pyrometrů, kde pro každou formu je jeden optický pyrometr. Tento pyrometr na základě odrazu snímá teplotu jedné zóny a ostatní zóny jsou pak podle této procentuálně dotvořeny technologem. Po položení desek na přední část formy lisovacího stroje se dá do pohybu podavač a postupně se vkládají další desky do stroje. Zpětným pohybem podavače a dopředným pohybem pásu je zajištěno položení desek (ohřátých na přibližně 165 - 180°C, avšak max. 200°C) na spodní část lisovací formy.
Obr. 2.9: Zóny pece
plato; zóna; lampa; deska
2.5.1.3 Lisování vkládaných dílů dveřních výplní a operace bezprostředně
následující
Vkládané díly dveřních výplní, jež jsou nazývány medailony či inserty, jsou vyráběny na tvářecích lisech, kde se podle své pozice ve voze dělí na levé a pravé přední, a levé a pravé zadní. Přední jsou dále rozděleny podle vozu s řízením na levé nebo pravé straně. Zadní potom dle provedení vozu Limusina či Variant, jak lze vidět na obr. 2.10.
Obr. 2.10: Porovnání dílů zadních dveří pro verze vozu Variant a Limusina Během ohřevu desek založí obsluhující pracovník do horní části hydraulického lisu rám s napnutou textilií. Přířezy textilie jsou vystřihovány z rolí pomocí cutteru, který je zobrazena na obr. 2.11.
Obr. 2.11: Cutter
Po založení rámu s textilií do lisu a ohřátí desek jsou tyto desky za pomoci podavače (pásu) položeny z pece do tvarovací formy hydraulického lisu. Následně je forma uzavřena a dochází k lisování desky a textilie. Po té následuje odstřižení přebytečné části desky. Ohřátý díl (výlisek) je ochlazen ve studené formě na teplotu cca 35°C. Při teplotě vyšší než 35°C ztrácí výrobek tvarovou stálost.
Obr. 2.12: Hydraulický lis /11/
1,2 – příčníky; 3 – trubkový sloupek; 4 – lisovací deska; 5 – zvedací válce hydraulického zařízení; 6 – sací a vypouštěcí klapky s olejovou vanou
Hydraulický lis (viz obr. 2.12) se skládá ze dvou příčníků, které jsou spojeny čtyřmi trubkovými sloupky, z lisovací desky a hydraulického zařízení. Hydraulické zařízení tvoří dva zvedací válce. Nad zvedacími válci jsou umístěny sací a vypouštěcí klapky a olejová vana, na které je umístěno pístní a lopatkové čerpadlo.
Dosud popsaná část výrobní linky je znázorněna na obr. 2.13. Existují však i jiné možnosti uzpůsobení lisů, kdy v lise je jeden či více lisovacích nástrojů. Uzavírací a lisovací tlak lisu je v rozmezí 17-26 MPa.
Obr. 2.13: Část linky pro výrobu vkládaných dílu do dveřních výplní /12/
M – manipulátor, O – ohřívací část linky s dopravníkem, L – hydraulický lis
Po automatickém otevření lisu se výlisek i s odpadem a rámem vyjímá z dolní části nástroje. Následuje oddělení rámu s odpadem od vlastního výlisku. Rám se vkládá do stolu pro napínání látky a odpad je vhazován do odpadové bedny (klece).
Odpadem v tomto kroku výroby je čistě jen odstřižený přebytečný materiál desek bez přířezu dekorační textilie. Tento odpad je pak odvážen manipulantem na shromaždiště tříděného odpadu a při nahromadění určitého množství slisováván v balíky a následně odvážen výrobci desek k recyklaci.
2.5.1.4 Chlazení a prostřihování výlisků
Výlisek zbavený odpadu je vkládán do dochlazovacího zařízení, které je zobrazeno na obr. 2.14. To složí k dochlazení výlisků před jejich prostřižením.
Po vylisování má totiž lisovaný díl v chlazené formě teplotu cca 35°C a z důvodu hospodárnosti výroby je díl dochlazován v tomto zařízení, kde je jeho tvar podržen a díl dochlazen na teplotu cca 21°C, což je teplota okolí. Při tomto dochlazování dochází zároveň k zatavování okrajů dekorační textilie, které brání následnému zatrhávání či párání textilie. Mimo ohřevu PP desek s plnivem má rozhodující vliv na stálost a fyzikální vlastnosti dílu právě také dokonalé vychlazení výrobku. Doba dochlazování vylisovaného dílu je stejně dlouhá jako doba lisovacího cyklu.
Dochlazovací zařízení je obsluhováno pracovníky, kteří zároveň obsluhující i lis.
Obr. 2.14: Chladící zařízení
Vylisované díly jsou dále podle výrobního předpisu předány k dalšímu zpracování na vystřihovací lis, kam jsou ručně vkládány za účelem ostřižení přebytečné části textilie. Vystřihovací lis je znázorněn na obr. 2.15. Jeho konstrukce je obdobná jako konstrukce již popsaného lisu pro tvarování zahřátých desek. Lis obsahuje jeden prostřihovací nástroj pro děrování pravého i levého dílu.
Obr. 2.15: Vystřihovací lis
2.5.1.5 Umbugování
Dalším krokem výrobní linky je tzv. umbugování, což znamená ohnutí části desky s textilii přes její okraj a tím vytvoření přirozeného lemu. Tato operace je prováděna pomocí zcela automatického stroje (viz obr. 2.16). Ve stroji jsou pomocí tepelných zdrojů o teplotě 295-400°C po dobu 9 sekund nahřívány pouze lokální části dílu, čímž dojde k natavení PP a následně pneumaticky ovládanými přípravky (pomocí pístků) k sobě přidrženy. Díl je opětovně ochlazen a dopravován po pásovém dopravníku ke kontrole, kde jsou podle výrobních pokynů opraveny možné drobné vady.
Obr. 2.16: Umbugování
2.5.2 SVAŘOVÁNÍ A FINÁLNÍ MONTÁŽ DVEŘNÍCH VÝPLNÍ /9/, /10/
Po zaumbugování a kontrole se vkládaný díl s ostatními díly dveřních výplní předává na pracoviště pro ultrazvukové svařování a konečnou montáž s následnou finální kontrolou zkompletovaných dveřních výplní (viz obr. 2.17).
1
2
1 – vstupní polotovary 2 – 1.svářecí stroj s
33
pracovním lůžkem 3 – pomocné lůžko 4 – 2.svářecí stroj s pracovním lůžkem
5
5 – finální kontrola 4 Díly vstupující do procesu
Polotovary
Zkompletované díly nezkontrolované Neshodné kusy OK kusy
EXPEDIČNÍ OBALY
Obr. 2.17: Pracoviště pro svařování a finální montáž s následnou finální kontrolou zkompletovaných dveřních výplní
Kompletní dveřní výplň se skládá z polotovarů tak, jak je znázorněno na obr. 2.18, tedy z nosného dílu dveřní výplně, předního a zadního dílu kapsy, přitahovače dveří, vkládaného dílu a mřížky reproduktoru. Finální montáž spočívá ve svaření celého kompletu dveří. Svařování je prováděno ve speciálních jednoúčelových zařízeních, kde jsou díly vkládány do lůžek a ve stroji automaticky svařeny. Ultrazvukové svařování se provádí ve dvou krocích. Pomocí ultrazvukových svářeček jsou plastové díly svářeny v celek, který tvoří takřka
kompletní dveřní výplň. Posledním krokem výrobního procesu je finální kontrola dveřní výplně, značení dílů a jejich balení dle balícího předpisu.
Obr. 2.18: Dveřní výplň levých zadních dveří – pohledová a vnitřní strana
2.5.2.1 Postup svařování dveřních výplní zadních dveří
Na začátku výrobního procesu jsou polotovary (balustráda, vkládaný díl, přední část kapsy, nosič dveřní výplně a montážní díl lišty) zakládány do pracovního lůžka stroje, kde je provedena jejich kompletace (doplnění základního rámu o díly určené ke svaření). Po založení dojde ke spuštění cyklu svařování, což zahrnuje dvě fáze. V první fázi je svařena pouze část kompletu, neboť svařovat tento celek najednou by bylo technicky velmi náročné. V druhé fázi dojde ke svaření zbylé části kompletu. Po skončení cyklu je komplet odebrán obsluhou a založen do pomocného lůžka na odkládacím stolku, kde je doplněn o zbylé části (mřížku reproduktoru, zadní část kapsy, příchytky montážních klipů a montážní lištu okenního mechanismu) určené ke svaření. Z tohoto lůžka jsou komplety přemístěny obsluhou do druhého svařovacího stroje, kde jsou opět založeny do pracovního lůžka stroje. Zde je proces svařování obdobný, jako u prvního svařovacího stroje. Svařování zde probíhá taktéž ve dvou fázích, kde při první fázi je také zavařena nejdříve jedna část. V druhé fázi se pak svařují zbylé díly a hotová dveřní výplň jde k finální kontrole, kde se opravují případné drobné nedostatky vzniklé ve výrobním procesu.
2.5.2.2 Postup svařování dveřních výplní předních dveří
Postup svařování dveřních výplní předních dveří probíhá obdobně jako svařování dveřních výplní zadních dveří, ale s tím rozdílem, že do dveřních výplní předních dveří se přidává navíc mřížka středového a basového reproduktoru, na straně řidiče krytka schránky deštníku a zadní část odkládací kapsy schránky deštníku.
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
Cílem experimentální části bakalářské práce je zhodnocení vlivu množství kenafových rohoží (jejich plošné hmotnosti) a přidávaného množství recyklátu na celkové výsledné vlastnosti PP desek i rozměrovou přesnost výsledného tvářeného dílce, používaného k výrobě vkládaného dílu dveřních výplní automobilu.
3.1 CHARAKTERISTIKA POLYPROPYLENOVÝCH DESEK K experimentálnímu měření bylo použito sedm druhů PP desek s dvěmi vrstvami kenafových rohoží o různé plošné hmotnosti a o různém obsahu recyklátu.
Složení desek je zobrazeno na obr. 3.1. Čtyři PP desky byly zhotoveny s různou plošnou hmotností vrstev kenafových rohoží v desce (viz tab. 3.1) od firmy Ploma a.s. Hodonín a tři druhy desek s rozdílným procentem obsahu recyklátu v desce (viz tab.3.2) od firmy Diatech S.r.l. Milano.
Desky s rozdílnou plošnou hmotností těchto dvou vrstev kenafových rohoží jsou označeny písmenem G, které značí gramáž. Desky s rozdílným procentem obsahu recyklátu jsou označeny písmenem R, které značí recyklát.
Obr. 3.1: Složení desky
PP fólie
Kenafová rohož A
Kenafová rohož B PP
Flís (PL vlákna)
Tab. 3.1: Druhy desek s rozdílnou plošnou hmotností dvou vrstev kenafových rohoží
Materiál G1 G2 G3 G4
Kenafová rohož A [g/m2] 200 170 200 170
Kenafová rohož B [g/m2] 200 200 300 300
Hmotnostní rozdíl [g/m2] 0 30 100 130
Tab. 3.2: Druhy desek s rozdílným procentem obsahu recyklátu
Materiál R5 R7 R10
Kenafová rohož A [g/m2] 220 220 220
Kenafová rohož B [g/m2] 230 230 230
Obsahu recyklátu [%] 5 7 10
3.1.1 DESKY S ROZDÍLNOU PLOŠNOU HMOTNOSTÍ VRSTEV KENAFOVÝCH ROHOŽÍ
Z důvodu rovnoměrnějšího rozložení váhy v desce se používají dvě vrstvy kenafové rohože, které se od sebe vzájemně liší v plošné hmotnosti. Pro zjištění vlivu množství kenafových rohoží na celkové výsledné vlastnosti PP desek i rozměrovou přesnost výsledného tvářeného dílce, byly zvoleny kombinace rohoží o plošné hmotnosti 170 g/m2, 200 g/m2 a 300 g/m2, které jsou uvedeny v tab. 3.1. Z této tabulky je vidět, že jednou z kombinací rohoží je i zvolení dvou vrstev kenafových rohoží o stejné plošné hmotnosti (označení G1) tak, aby mohl být posouzen vliv co možná nejvíce rovnoměrného rozložení váhy v desce na její výsledné mechanické vlastnosti a tvarovou přesnost tvářeného dílce, který by v tomto případě mohl nastat.
Vlastnosti PP desek ploma PP-FIBER jsou uvedeny v tab. 3.3. K výrobě desek byl použit PP Mosten TB 003 (vhodný k výrobě monoaxiálně orientovaných pásků, desek a vláken), neboť byl cenově, ale i kapacitně dostupným typem PP a vzhledem k jeho tekutosti lépe pronikl do vrstev kenafové rohože a propojil také jednotlivé vrstvy desky.
Tab. 3.3: Vlastnosti desek ploma PP-FIBER o plošných hmotnostech kenafových rohoží 200 g/m2 a 200 g/m2/13/
Vlastnost Hodnota Metoda testu
hustota 0,93 ± 0,05 g/cm3 ČSN 64 7011
tloušťka desky 2,36 ± 0,2 mm ČSN 64 7011
poměr - PP 60 ± 5 % TL 524 48
- kenaf 20 ± 5 % TL 524 48
- talek 20 ± 5 % TL 524 48
pevnost v ohybu - podélně 50 MPa ČSN EN ISO 178
- příčně 49 MPa ČSN EN ISO 178
modul v ohybu - podélně 1 770 MPa ČSN EN ISO 178
- příčně 1 750 MPa ČSN EN ISO 178
pevnost v tahu - podélně 31 MPa ČSN EN ISO 527
- příčně 29 MPa ČSN EN ISO 527
modul pružnosti - podélně 2 500 MPa ČSN EN ISO 527
- příčně 2 400 MPa ČSN EN ISO 527
rázová pevnost dle Charpy - podélně > 15 kJ/m2 ČSN EN ISO 179
- příčně > 10 kJ/m2 ČSN EN ISO 179
hořlavost max. 100 mm/min TL 1010
prohnutí max. 20 mm
3.1.2 DESKY S ROZDÍLNÝM OBSAHEM RECYKLÁTU
V současné době s ohledem na hospodárnost výroby (snížení nákladů spojených s výrobou) a využití materiálové podstaty výrobku jsou k novému polymeru často přidávány malé podíly recyklátů, např. z výrobního odpadu. Tato
snaha je uplatněna rovněž při řešení této bakalářské práce, resp. při výrobě PP desek s kenafovými rohožemi. Recyklátem je drcený přebytečný materiál, získaný z odřezků okrajů při výrobě i vystřihování desek z PP pásu (viz kapitola 2.3).
U šetrně zpracovaného výrobního odpadu s dostatečným základním stabilizačním systémem v množství několika málo procent nedochází totiž k žádnému zhoršení výsledných vlastností výrobku. Vysoký přídavek výrobního odpadu může významně ovlivnit mechanické vlastnosti výrobku. Proto se stanovený podíl recyklátu v desce řídí dle požadavků zákazníka a technickými možnostmi výrobní linky v dané firmě tak, aby deska měla dostatečnou tvářitelnost. Recyklát, jež obsahuje i kenafové vlákno, je při výrobě desek přidáván z důvodu snížení výrobních nákladů a z ohledu na životní prostředí.
Vliv přidávaného recyklátu na celkové výsledné vlastnosti PP desek i rozměrovou přesnost výsledného tvářeného dílce byl hodnocen u desek s obsahem 5 %, 7 % a 10 % recyklátu. Při vyšším obsahu recyklátu nebylo již možné vytlačit na šnekovém vytlačovacím stroji mezi dvě kenafové rohože vrstvu PP (viz obr. 3.1) a zhotovit tak požadovanou desku. Vlastnosti PP desky s 5 % recyklátu, standardně dodávané firmou Diatech S.r.l. Milano, jsou uvedeny v tab. 3.4. Vliv vyššího procenta recyklátu v porovnání s 5 % je předmětem této práce.
Tab. 3.4: Vlastnosti desek Kenaf/PP – Diaform 346D při 5 % recyklátu /14/
Vlastnost Hodnota Metoda testu
hustota 0,95 ± 0,05 g/cm3 DIN 52 350
tloušťka desky 2,36 ± 0,2 mm DIN 52 350
hmotnost 2 300 ± 130 g/m2 DIN 52 350
poměr - PP 70 ± 5 % TL 524 48
- kenaf 20 ± 5 % TL 524 48
- talek 10 ± 5 % TL 524 48
pevnost v ohybu - podélně 40 ± 12 MPa DIN EN ISO 178
- příčně 40 ± 12 MPa DIN EN ISO 178
modul v ohybu - podélně 1 400 ± 700 MPa DIN EN ISO 178 - příčně 1 500 ± 700 MPa DIN EN ISO 178 rázová pevnost dle Charpy - podélně > 15 kJ/m2 DIN EN ISO 179
- příčně > 10 kJ/m2 DIN EN ISO 179
hořlavost max. 100 mm/min TL 1010
délka vláken < 10 5% TL 524 48
délka vláken > 120 < 10 % TL 524 48
střední délka vláken 35 ± 5 mm TL 524 48
tloušťka vrstvy PP-folie 0,15 ± 0,01 mm DIN 52 350 tloušťka vrstvy Kenaf/PP-T10 2,134 ± 0,15 mm DIN 52 350 tloušťka vrstvy flisu 0,116 ± 0,05 mm DIN 52 350
3.2 METODY HODNOCENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ PP DESEK S KENAFOVÝMI ROHOŽEMI
Hodnocení mechanických vlastností na zhotovených zkušebních tělesech bylo provedeno za podmínek shodných s podmínkami dle ČSN EN ISO 527 (hodnocení tahových vlastností), ČSN EN ISO 178 (hodnocení ohybových vlastností) a ČSN EN ISO 179 (hodnocení rázové houževnatosti).
Všechny mechanické zkoušky byly prováděny v laboratoři zkoušení plastů TU v Liberci.
3.2.1 ZHOTOVENÍ ZKUŠEBNÍCH TĚLES
Hodnocení mechanických vlastností desek v závislosti na množství kenafových rohoží a přidávaného recyklátu do PP desek bylo provedeno tahovou, ohybovou a rázovou zkouškou. Zkušební tělesa pro hodnocení těchto vlastností byla vyrobena na tabulových nůžkách z vybraných druhů desek (viz kapitola 3.1) v souladu s mezinárodními standardy pro daný typ zkoušky. Tělesa byla s ohledem na anizotropii vlastností odebírána ve dvou směrech na sebe kolmých, tj. v podélném (ve směru vytlačování) a v příčném směru.
Všechna zkušební tělesa byla kondicionována ve standardním prostředí 23/50 dle ČSN EN ISO 291.
3.2.2 STANOVENÍ TAHOVÝCH VLASTNOSTÍ /17/
Stanovení tahových vlastností, tedy meze pevnosti v tahu a poměrného prodloužení při přetržení PP desek s rozdílnou plošnou hmotností dvou vrstev kenafových rohoží a s rozdílným procentem obsahu recyklátu v desce, bylo provedeno na víceúčelovém trhacím zařízení Hounsfield H10KT s průtahoměrem 100RC (viz obr. 3.2).
Zkušební těleso předepsaných rozměrů (viz obr. 3.3) bylo protahováno ve směru své hlavní podélné osy konstantní rychlostí zkoušení až do okamžiku jeho porušení dle podmínek uvedených v ČSN EN ISO 527. Během zkoušky bylo zaznamenáváno zatížení působící na zkušební těleso v závislosti na dráze průtahoměru, resp. napětí na deformaci Obr.3.2:Zkušební vzorku dle vztahu (3.1) a (3.2).
zařízení pro zkoušku tahem
Obr. 3.3: Zkušební vzorek dle ISO 527-4
S0
= F
σ (3.1)
kde
σ je vyhodnocovaná hodnota tahového napětí [MPa];
F je příslušná naměřená hodnota síly [N];
S0 je plocha počátečního příčného průřezu zkušebního tělesa [mm2];
100
0 0 ⋅
= ∆ L
ε L (3.2)
kde
ε je vyhodnocovaná hodnota poměrného prodloužení [%];
∆L0 je zvětšení délky zkušebního tělesa [mm];
L0 je počáteční měřená délka zkušebního tělesa [mm];
Grafické závislosti napětí na deformaci vzorku pro dané druhy desek jsou zobrazeny na obr. 3.4 až obr. 3.7.
Záznam o zkoušce:
použitá norma: ISO 527-1,4
použité materiály: G1, G2, G3, G4, R5, R7, R10 zkušební těleso: typ 2 dle ISO 527-4
rozměry a tvar vzorku: viz obr. 3.3 směr odebrání vzorku: podélný, příčný
kondicionace: dle ISO 291 (T = 23°C, ϕ = 50 %) počet zkoušených těles: 10 ks pro materiál
použité zařízení: Hounsfield H10KT s průtahoměrem 100 RC a softwarem QMAT
snímací hlava: 10 kN počáteční měřená délka: 50 mm
rychlost zkoušení: 5 mm/min dle ISO 527-1 naměřené hodnoty: viz tab. 3.5 a 3.6
Tab. 3.5: Naměřené hodnoty z tahové zkoušky pro materiál s rozdílnou plošnou hmotností kenafových rohoží
Materiál σΜ [MPa] εΒ [%]
v PODÉLNÉM směru G1 28,86 ± 0,39 3,69 ± 0,50 G2 28,71 ± 0,05 3,63 ± 0,04 G3 28,55 ± 0,57 3,53 ± 0,92 G4 25,71 ± 0,46 3,80 ± 0,67
v PŘÍČNÉM směru
G1 26,74 ± 0,71 3,31 ± 0,69 G2 26,42 ± 0,39 4,13 ± 0,44 G3 24,03 ± 0,71 2,61 ± 0,14 G4 21,88 ± 0,34 3,99 ± 0,77
Tab. 3.6: Naměřené hodnoty z tahové zkoušky pro materiál s rozdílným procentem obsahu recyklátu
Materiál σΜ [MPa] εΒ [%]
v PODÉLNÉM směru R5 27,99 ± 0,53 1,11 ± 0,48 R7 25,74 ± 0,64 1,57 ± 0,38 R10 26,51 ± 0,76 1,53 ± 0,53
v PŘÍČNÉM směru
R5 25,83 ± 0.82 1,97 ± 0,45 R7 23,48 ± 0,79 1,62 ± 0,62 R10 23,24 ± 0,43 1,26 ± 0,09
0 4 8 12 16 20 24 28 32
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0
Deformace [%]
Napětí [MPa]
G1 G2 G3 G4
Obr. 3.4: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu G1 – G4 zkoušená tahovou zkouškou v PODÉLNÉM směru
0 4 8 12 16 20 24 28 32
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 4,8 Deformace [%]
Napětí [MPa]
G1 G2 G3 G4
Obr. 3.5: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu G1 – G4 zkoušená tahovou zkouškou v PŘÍČNÉM směru
0 4 8 12 16 20 24 28 32
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4
Deformace [%]
Napětí [MPa]
R5 R7 R10
Obr. 3.6: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu R5 – R10 zkoušená tahovou zkouškou v PODÉLNÉM směru
0 4 8 12 16 20 24 28 32
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4
Deformace [%]
Napětí [MPa]
R5 R7 R10
Obr. 3.7: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu R5 – R10 zkoušená tahovou zkouškou v PŘÍČNÉM směru
3.2.3 STANOVENÍ OHYBOVÝCH VLASTNOSTÍ /18/
Stanovení ohybových vlastností, tedy pevnosti v ohybu a modulu pružnosti v ohybu PP desek s rozdílnou plošnou hmotností dvou vrstev kenafových rohoží a s rozdílným procentem obsahu recyklátu v desce, bylo provedeno metodou tříbodového ohybu rovněž na víceúčelovém trhacím zařízení Hounsfield H10KT.
Zkušební těleso předepsaných rozměrů (viz obr. 3.8), podepřené jako nosník dvěma podporami, bylo dle podmínek uvedených v ČSN EN ISO 178 zatěžováno v ohybu konstantní rychlostí, trnem působícím uprostřed rozpětí podpěr (viz obr. 3.9) do zdvihu 9 mm, tedy do okamžiku překročení meze pevnosti (vzhledem k houževnatosti materiálu). V průběhu procesu bylo zaznamenáváno zatížení působící na zkušební těleso v závislosti na průhybu, resp. napětí na deformaci vzorku dle vztahu (3.3) a (3.4).
Obr. 3.8: Zkušební vzorek dle ISO 178 Obr. 3.9: Trn a podpory pro zkoušení tělesa
σf = 3FL / 2bh2 (3.3)
kde
σf je napětí v ohybu [MPa];
F je zatěžující síla [N];
L je rozpětí podpěr [mm];
b je šířka zkušebního tělesa [mm];
h je tloušťka zkušebního tělesa [mm];
si = εfiL2 / 6h (i = 1;2) (3.4)
kde
si je jednotlivá hodnota průhybu, odpovídající hodnotám deformace ohybem [mm];
εfi je odpovídající deformace ohybem (εf1 = 0,0005 a εf2 = 0,0025);
L je rozpětí podpěr [mm];
h je tloušťka zkušebního tělesa [mm];
Z grafické závislosti byl také stanoven modul pružnosti v ohybu Ef, který se vypočítá podle rovnice:
Ef = (σf2 - σf1) / (εf2 - εf1) (3.5)
kde
Ef je modul pružnosti v ohybu [MPa];
σf1 je napětí v ohybu, stanovené pro průhyb s1 [MPa];
σf2 je napětí v ohybu, stanovené pro průhyb s2 [MPa];
εf1 je odpovídající deformace ohybem, stanovená pro průhyb s1 [MPa];
εf2 je odpovídající deformace ohybem, stanovená pro průhyb s2 [MPa];
Grafické závislosti napětí na deformaci vzorku pro dané druhy desek jsou zobrazeny na obr. 3.10 až obr. 3.13.
Záznam o zkoušce:
použitá norma: ISO 178
použité materiály: G1, G2, G3, G4, R5, R7, R10 rozměry a tvar vzorku: viz obr. 3.8
směr odebrání vzorku: podélný, příčný
kondicionace: dle ISO 291 (T = 23°C, ϕ = 50 %) počet zkoušených těles: 10 ks pro materiál
použité zařízení: Hounsfield H10KT s průtahoměrem 100 RC a softwarem QMAT
snímací hlava: 10 kN počáteční měřená délka: 50 mm
rychlost zkoušení: 1 mm/min dle ISO 178 naměřené hodnoty: viz tab. 3.7 a 3.8
Tab. 3.7: Naměřené hodnoty z ohybové zkoušky pro materiál s rozdílnou plošnou hmotností kenafových rohoží
Materiál σfΜ [MPa] Εf [MPa]
v PODÉLNÉM směru
G1 53,74 ± 0,71 1707,46 ± 30,13 G2 51,94 ± 0,90 1733,79 ± 74,23 G3 50,78 ± 0,73 1666,24 ± 69,29 G4 45,43 ± 1,83 1475,35 ± 100,71
v PŘÍČNÉM směru
G1 51,31 ± 1,41 1696,73 ± 77,48 G2 49,85 ± 0,75 1624,57 ± 129,06 G3 48,92 ± 0,82 1534,98 ± 65,49 G4 46,09 ± 1,78 1379,14 ± 62,52
Tab. 3.8: Naměřené hodnoty z ohybové zkoušky pro materiál s rozdílným procentem obsahu recyklátu
Materiál σfΜ [MPa] Εf [MPa]
v PODÉLNÉM směru
R5 46,80 ± 0,87 1937,45 ± 65,83 R7 40,04 ± 2,21 1557,62 ± 96,13 R10 43,74 ± 1,32 1739,22 ± 96,59
v PŘÍČNÉM směru
R5 43,90 ± 2,88 1981,42 ± 107,79 R7 43,42 ± 2,04 1855,74 ± 106,23 R10 42,70 ± 1,59 1968,22 ± 48,07
0,00 7,50 15,00 22,50 30,00 37,50 45,00 52,50 60,00
0,00 1,25 2,50 3,75 5,00 6,25 7,50 8,75 10,00 11,25 Deformace [%]
Napětí [MPa]
G1 G2 G3 G4
Obr. 3.10: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu G1 – G4 zkoušená ohybovou zkouškou v PODÉLNÉM
směru
0,00 7,50 15,00 22,50 30,00 37,50 45,00 52,50 60,00
0,00 1,25 2,50 3,75 5,00 6,25 7,50 8,75 10,00 11,25 Deformace [%]
Napětí [MPa]
G1 G2 G3 G4
Obr. 3.11: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu G1 – G4 zkoušená ohybovou zkouškou v PŘÍČNÉM
směru
0,00 7,50 15,00 22,50 30,00 37,50 45,00 52,50
0,00 1,25 2,50 3,75 5,00 6,25 7,50 8,75 10,00 11,25
Deformace [%]
Napětí [MPa]
R5 R7 R10
Obr. 3.12: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z
materiálu R5 – R10 zkoušená ohybovou zkouškou v PODÉLNÉM
směru
0,00 7,50 15,00 22,50 30,00 37,50 45,00 52,50
0,00 1,25 2,50 3,75 5,00 6,25 7,50 8,75 10,00 11,25
Deformace [%]
Napětí [MPa]
R5 R7 R10
Obr. 3.13: Závislost napětí na deformaci vzorku pro zkušební tělesa z materiálu R5 – R10 zkoušená ohybovou zkouškou v PŘÍČNÉM
směru
3.2.4 STANOVENÍ RÁZOVÉ HOUŽEVNATOSTI /19/
Rázová houževnatost byla stanovena na zkušebních tělesech předepsaných rozměrů (viz obr. 3.15) metodou Charpy za podmínek dle ČSN EN ISO 179. Zkušební tělesa byla umísťována na podpěry a směr rázu byl veden na jejich širší stranu rychlostí kladiva 2,9 m/s ± 10 %, středem vzdálenosti mezi podpěrami (viz obr. 3.16). Volba rázového kladiva byla provedena tak, aby hodnota energie spotřebovaná k přeražení zkušebních těles ležela vždy v toleranci 10% až 80% nominální Obr.3.14:Zkušební zařízení (potenciální) energie kladiva.
pro zkoušku rázem
K hodnocení rázových vlastností metodou Charpy bylo použito zařízení Resil 5.5 firmy CEAST S.p.A (viz obr. 3.14), které vyžaduje vždy při výměně kladiva za jiné s odlišnou energií jeho kalibraci, resp. kontrolu redukované délky kladiva z periody oscilací o malé výchylce. Při měření rázové houževnatosti je nutné vždy provést korekci energie kladiva ztracené vlivem mechanického tření a odporu vzduchu.
Naměřené a vypočtené hodnoty, tj. spotřebovaná energie, rázová houževnatost a skutečná rychlost při přeražení jsou uvedeny v tab. 3.9 a 3.10.
Obr. 3.15: Zkušební vzorek Obr. 3.16: Břit kladiva a podpěry dle ISO 179 pro zkušební těleso
Rázová houževnatost je vypočtena dle:
103
⋅ ⋅
= h b
acU W (3.6)
kde
acU je rázová houževnatost [kJ/m2];
W je korigovaná energie spotřebovaná při přeražení zkušebního tělesa [J];
h je tloušťka zkušebního tělesa [mm];
b je šířka zkušebního tělesa [mm];
Záznam o zkoušce:
použitá norma: ISO 179
použité materiály: G1, G2, G3, G4, R5, R7, R10 zkušební těleso: typ 2 dle ISO 179
rozměry a tvar vzorku: viz obr. 3.15 směr odebrání vzorku: podélný, příčný
kondicionace: dle ISO 291 (T = 23°C, ϕ = 50 %) počet zkoušených těles: 10 ks pro materiál
použité zařízení: rázové kladivo CEAST RESIL 5.5 rychlost zkoušení: 2,9 ± 10% m/s dle ISO 179
typ přeražení: C (u G1, G2, G3, G4 a R5) C i P (u R7 a R10)
kde C = úplné přeražení, P = částečné přeražení naměřené hodnoty: viz tab. 3.9 a 3.10
