Tania i prosta produkcja wytrzymałych komponentów
Promieniowanie wysokoenergetyczne może poprawić właściwości mechaniczne, termiczne, chemiczne i trybologiczne tworzyw sztucznych w takim stopniu, że w niektórych zastosowaniach mogą one zastąpić metale. - O korzyściach płynących z sieciowania radiacyjnego, poza bezpośrednim kręgiem użytkowników, mówi się niewiele lub nawet nic - powiedział dr Michal Daněk, Key Account Manager w sektorze sieciowania radiacyjnego w spółce BGS, jednym z pionierów obróbki elektronami i promieniami gamma.- To wielka szkoda, ponieważ tworzywa sztuczne usieciowane radiacyjnie oferują korzyści w produkcji szerokiej gamy produktów motoryzacyjnych, przemysłowych i konsumenckich.
Wysokoenergetyczne promieniowanie elektronowe lub gamma rozbija wiązania chemiczne w długich łańcuchach cząsteczek tworzyw sztucznych w specjalny sposób znany jako „homolityczny”. Oznacza to, że niektóre wiązania w łańcuchach są rozbijane tak, że jeden z dwóch elektronów wiążących pozostaje w każdym z powstałych fragmentów. W chemii te wysoce reaktywne, a zatem niestabilne fragmenty nazywane są rodnikami (dawniej wolnymi rodnikami). Sąsiednie rodniki reagują następnie ze sobą, tworząc wiązania krzyżowe między cząsteczkami łańcucha. W ten sposób powstaje trójwymiarowa, wysoce stabilna sieć.
Nie dotyczy to jednak wszystkich rodzajów tworzyw sztucznych. Konieczna jest odpowiednia reaktywność. W przypadku niektórych tworzyw sztucznych zastosowanie dodatku sieciującego pomaga zapewnić tę reaktywność. Na rynku dostępne są materiały poddane odpowiedniej obróbce. Oprócz standardowych tworzyw sztucznych, takich jak polietylen (PE) i octan etylenu i winylu (EVA) itp., do sieciowania radiacyjnego nadają się także tworzywa konstrukcyjne, takie jak politereftalan butylenu (PBT) i poliamidy (PA 6/66/11/12) lub elastomery termoplastyczne, takie jak TPE – w niektórych przypadkach tylko z dodatkiem. Odpowiednie są również wysokowydajne tworzywa sztuczne, takie jak polifluorek winylidenu (PVDF) i tetrafluoroetylen etylenu (ETFE).
Ulepszenie poprzez sieciowanie radiacyjne
Sieciowanie radiacyjne znacznie poprawia właściwości tych tworzyw sztucznych. - Można je stosować w warunkach, których w innym przypadku by nie wytrzymały. To naprawdę poprawia właściwości materiału - tłumaczy Daněk.
Szczególnie dobrze zbadany jest wpływ obróbki radiacyjnej na poliamidy. Te konstrukcyjne tworzywa sztuczne charakteryzują się wszechstronnością i łatwością przetwarzania. Jednakże, jeśli nie zostaną poddane obróbce, ich zastosowanie napotyka na ograniczenia, na przykład w przypadku wystąpienia wysokich temperatur lub gdy wymagana jest wytrzymałość na tarcie lub inne silne obciążenia mechaniczne.
Obróbka radiacyjna zmienia zachowanie poliamidów w wysokiej temperaturze. Na przykład, moduł sprężystości nieusieciowanego PA 66 wzmocnionego włóknem szklanym gwałtownie spada w temperaturze około 240°C: materiał zaczyna się topić. Usieciowane radiacyjnie PA 66 jest inne: w temperaturze 240°C moduł sprężystości jest około 120 razy wyższy niż w przypadku nieusieciowanego PA 66. Do temperatury 360°C sztywność resztkowa prawie nie spada. Ogólnie oznacza to, że usieciowane tworzywo sztuczne zachowuje wystarczającą wytrzymałość nawet w temperaturach 350°C. Ponadto, sieciowanie radiacyjne zmniejsza współczynnik rozszerzalności cieplnej, co zapewnia dobrą stabilność wymiarową produkowanych wyprasek w wysokich temperaturach.
Obróbka radiacyjna poprawia również właściwości mechaniczne. Zmniejsza tendencję tworzyw sztucznych do odkształcania plastycznego pod wpływem obciążeń mechanicznych, które mogą negatywnie wpływać na ich funkcjonalność. Zmniejszenie tego pełzania jest konieczne, aby tworzywa sztuczne mogły zastąpić metale na przykład w elementach mocujących lub śrubach. Na przykład, tendencja do pełzania PA 6 wzmocnionego włóknem szklanym dzięki obróbce radiacyjnej zostaje zmniejszona o około 70%.
Usieciowane tworzywa sztuczne są również bardziej odporne na płyny hamulcowe i inne agresywne chemikalia. Są także mniej podatne na działanie rozpuszczalników. Znajduje to odzwierciedlenie m.in. w fakcie, że lepiej zachowują swoją wytrzymałość pod wpływem rozpuszczalników.
