A kompozit anyagok, kedvező tulajdonságaik miatt, az 1950-es évek óta vannak jelen az ipar számos területén, az acél, fa, beton és egyéb anyagok alternatívájaként. Az innovációkkal és a technológia fejlődésével felhasználásuk egyre terjed. A hagyományos alapanyagokat érintő világpiaci változások, úgymint a bizonytalan ellátási lánc és a kiszámíthatatlan árazás, a kompozit anyagok irányába terelték a hagyományos alapanyag-felhasználókat. Jelen cikk célja, az üvegszál-erősített kompozitok (glass reinforced plastic – németül: GFK, angolul: GRP) tulajdonságainak, szerkezeti alkalmazhatóságának általános bemutatása a vasúti felhasználási lehetőségeken keresztül.
SZÁLERŐSÍTETT KOMPOZIT ANYAG
A szálerősített kompozit minimum két különböző tulajdonsággal rendelkező alapanyagból álló termék. A gyártási folyamat során az alapanyagokból egy olyan új termék jön létre, amelynek tulajdonságai teljesen eltérnek a kiinduló alapanyag tulajdonságaitól.
A kompozitok előállítására számtalan technológiai eljárás létezik világszerte, az egyik legköltséghatékonyabb eljárási mód azonban a pultrúziós gyártási technológia, amelyet az Avius Kft. is alkalmaz az üvegszál-erősített műanyag profilok előállításához. A pultrúzió egyik legmeghatározóbb tulajdonsága, hogy a profilokat tulajdonképpen végtelen hosszban lehet gyártani, szélességüket és magasságukat pedig a gyártó szerszám mérete határozza meg. Az eljárás során a szálerősítést, jelen esetben üvegszálakat az 1. ábrán levő számozás alapján belemerítik egy gyantával teli kádba (3 és 4), majd egy fűtött szerszámba vezetik a gyantával átitatott üvegszálakat (5), ahol végtermékké polimerizálódik. A szerszám negatív formája adja meg a profil méretbeli (szélesség, magasság) és alaki paramétereit. A húzószerszám (puller) (6) a technológia „húzóereje”, ennek segítségével halad az anyag végig a gyártási folyamaton.
1. ábra. Pultrúziós technológia
A kompozitok sajátossága az egykomponensű (például az acél, fa, alumínium) anyagokhoz képest, hogy a tulajdonságai a gyártás során az anyagösszetétel változtatásával és a technológiai paraméterek módosításával széleskörűen változtathatók a felhasználási igényekre szabva.
A felhasznált anyagok rendkívül változatosak lehetnek, a gyantamátrix fő összetevői lehetnek a poliészter, vinilészter és epoxigyanták; a szálerősítés lehet üveg – amely egyben a legköltséghatékonyabb –, de emellett bazaltszál és aramid is, illetve ne feledkezzünk meg a legismertebb és egyik legköltségesebb karbonszálról sem.
A kompozit egyik legfőbb tulajdonsága a nagyfokú terhelhetőség, amelyet a szálerősítés eredményez, hossz- és keresztirányban is. Ennek fokozására használhatók szőtt üvegszalagok, amelyek segítségével nemcsak kétirányú (hossz- és keresztirány) lehet az erősítés, hanem más köztes irányokban is – vagy akár véletlenszerű irányokban is – erősíthető a kompozit termék. Fontos alapanyag az extra UV-védelmet vagy vegyianyag-védelmet biztosító polietilén vagy polipropilén felületi fátyolszalag is.
Miért van szükség a hagyományos szerkezetek kiváltására, és miért használják egyre több helyen az üvegszál-erősített kompozit anyagokat?
A kompozit anyag tulajdonképpen egy alternatív megoldás a hagyományos anyagok kiváltására. Mivel a kompozit anyag tulajdonsága paraméterezhető, ezért sok esetben az adott felhasználási területre sokkal jobb képességekkel rendelkező alternatíva gyártható, s így a kompozit anyag túlszárnyalja a helyettesített alapanyagokat (fa, acél, alumínium) az azokból készült szerkezetekben.
Legfontosabb tulajdonságuk a korrózióállóság. Ahol az acél már nem felel meg a környezeti tényezőknek, ott a GRP-ből készült szerkezetek kapnak teret, például a szennyvíztelepek savas-lúgos közegeiben. Magyarországon is egyre elterjedtebb a használatuk.
A GRP hőre keményedő műanyag, ezért másodlagos felhasználása (mint a vas visszaolvasztása) nem lehetséges, így az elhagyatott területeken történő alkalmazás során az eltulajdonítás jóval ritkább.
Gazdaságosság tekintetében a kezdeti nagyobb beruházási költségeket ellensúlyozza a karbantartás-mentesség, ezért érdemes minimum 5-10 éves üzemeltetési költségekkel együtt figyelembe venni, amikor a hagyományos anyagokkal kerül összehasonlításra.
Néhány további fontosabb tulajdonság a teljesség igénye nélkül:
-
- UV- és kopásálló,
- nagy hajlítási és szakítószilárdsággal rendelkezik,
- alkalmazási hőmérséklet tartománya: -100 °C-tól +180 °C-ig,
- hőszigetelő,
- anyagában színezhető,
- elektromosan szigetelő, de adalékanyagokkal vezetővé is tehető,
- önkioltó (UL 94 szabvány szerinti tűzállóság),
- a rádió- és elektromágneses hullámokat átereszti,
- könnyen, gyorsan szerelhető, a fa megmunkálásához hasonlóan.
A cikk folytatódik, lapozás: 1 2 3 Következő »