Acetal, wybitne właściwości

  Ekstremalnie mocnym i jednym z najsztywniejszych tworzyw termoplastycznych stosowanych w przemyśle jest Acetal powszechnie znany jako PolyOxyMethylene (skrót POM). Acetal występuje w dwóch wersjach, należy o tym powiedzieć na początku, żeby później w trakcie czytania mieć jasność. Zdecydowanie powszechniej używa się kopolimeru. Z pewnością uzależnione jest to od wymaganych kryteriów o których poniżej.

acetal homo i kopo

Początki

   Materiał Acetal był znany na poziomie laboratoryjnym już w roku 1920, i został odkryty przez niemieckiego chemika Hermana Staudingera (źródło). Który badał polimeryzację i strukturę POM, podczas badania makrocząsteczek, które są charakterystyczne dla tego polimeru (z greki „polymeres” – wieloczęściowy, zbudowany z wielu części). Jednak zauważył duże problemy ze stabilnością termiczną. Dlatego POM nie został wówczas skomercjalizowany.

historia

   Aż dopiero po 1960r. problem ze stabilnością termiczną tworzywa został rozwiązany. Obecni specjaliści twierdzą, że stabilność procesu tworzenia materiału jest dziś znacznie lepsza niż w momencie wprowadzenia pierwszych wersji tego polimeru. Pierwszą wersją tego tworzywa był homopolimer acetalowy (ang. homopolymers), znany również jako Delrin® firmy DuPont™ (źródło). Około 1952 roku, chemicy i badacze z firmy DuPont zsyntetyzowali POM (co oznacza, że otrzymano coś lepszego w reakcji chemicznej syntezy), i w 1956 roku spółka zgłosiła patent homopolimeru. Firma Du Pont zakończyła budowę fabryki własnej wersji żywicy acetalu o nazwie Delrin w Parkesburg, w stanie Wirginia Zachodnia w 1960 roku. Specyficzną strukturę kopolimeru charakteryzuje to, że każda powtarzająca się jednostka (ang. repeat unit) w każdym pojedynczym łańcuchu polimeru wyglądała jak  zaznaczone na czerwono CH2O (powyżej na obrazku Figure 1.).

Co było pierwsze jajko czy kura?

   Kilka lat później, związek acetalowy został wzmocniony, ulepszony i powstał kopolimer acetalowy. Instytucje przetwarzające tego typu tworzywa sztuczne preferują bardziej kopolimery, ponieważ gwarantują większe możliwości modyfikacji i przetwarzania. Acetale są materiałem wysoce krystalicznym, muszą być podgrzewane powyżej temperatury topnienia (homopolimer 175°C, a kopolimer 162°C), żeby mogły być przetwarzane. Temperatura topnienia kopolimeru jest o około 10°C niższa od homopolimeru, dlatego kopolimery mogą być przetwarzane przy niższej temperaturze topnienia.

   Z kolei homopolimery mają większy stopień regularności swojego kształtu, dlatego są jeszcze bardziej krystaliczne. Przy tworzeniu nowszej wersji acetalu wykorzystano monomer1, który ma dłuższe wiązania węglowodorowe przez co zwiększył odległość między atomami tlenu w łańcuchu polimeru. Atomy tlenu zawarte w tworzywie są punktami o największej podatności na degradację termiczną i oksydacyjną. Tym samym im mniej atomów tlenu tym bardziej odporny materiał na degradację.

1/ monomer z wikipedii, to cząsteczki tego samego lub kilku różnych związków chemicznych o stosunkowo niedużej masie cząsteczkowej, z których w wyniku reakcji polimeryzacji, mogą powstawać różnej długości polimery.

degradacja

   Struktura tworzywa przez umieszczenie w niej atomów tlenu zwiększa tolerancję materiału na wyższe temperatury topnienia. Wytrzymałość na rozciąganie typowego homopolimeru jest o około 15% większa niż wytrzymałość kopolimeru. Właściwość przydatna na statkach, gdzie pod pokładem temperatury osiągają wysokie noty.

topnienie tworzywa

   Krótkotrwała wytrzymałość termiczna homopolimeru jest lepsza, bo obecność dodatkowych wiązań węglowodorowych zwiększa odporność na utlenianie. Czyli właściwości  na podwyższone temperatury wzmacniają się wraz z dłuższym czasem eksploatacji, a także zwiększona jest wtedy odporność chemiczna, szczególnie w środowiskach kwaśnych i alkalicznych. Modyfikacja materiału polegająca na dodaniu włókna szklanego w strukturze polimeru (poli- wiele, meros- część) powoduje wzrost wytrzymałości kopolimeru o 60%. W większości polimerach dodanie włókna szklanego działa na zasadzie wzmocnienia: zwiększa wytrzymałość i sztywność.

   Niektóre polimery, takie jak Nylon, mają w strukturze chemię, która naturalnie dobrze tworzy wiązania ze szkłem, poprawia to znacznie ogólne właściwości. Inne materiały, takie jak Polipropylen, nie mają naturalnego przyciągania do szkła, a zatem do uzyskania tego wiązania wymagana jest pewna modyfikacja polimeru.

   Ta modyfikacja jest znana jako sprzęganie lub sprzęganie chemiczne i została zastosowana w kopolimerach acetalowych w celu uzyskania zaobserwowanej poprawy właściwości mechanicznych. Jednak struktura chemiczna homopolimeru sprawia, że ​​sprzęganie jest prawie niemożliwe. W rezultacie włókno szklane działa bardziej jako wypełniacz niż wzmocnienie, co znacznie zwiększa sztywność, ale nie wytrzymałość. Jest to ważne rozróżnienie przy ocenie tych dwóch materiałów.

Acetal FR

   Kolejną ważną rzeczą, jest niezdolność dzisiejszej technologii do nadawania acetalu właściwości zmniejszających palność. Tradycyjna metoda stosowania halogenowanych systemów FR nie jest możliwa z acetalami ze względu na gwałtowną reakcję tych polimerów na chlorowane lub bromowane substancje. Może ​​w przyszłości ktoś opracuje acetal FR. Ale póki co powinna nas zaspokoić wartości UL94 HB dla wszystkich materiałów acetalowych.

plusy i minusy

Zalety Acetali:

  • wysoka odporność na ścieranie;
  • niski współczynnik tarcia;
  • wysoka odporność na ciepło;
  • dobre właściwości elektryczne i dielektryczne;
  • niska absorpcja wody.

Wady Acetali:

  • żywice acetalowe są wrażliwe na hydrolizę i utlenianie kwasów, takich jak kwasy mineralne i chlor.
  • acetal jest podatny na atak alkaliczny oraz bardzo podatny na degradację w gorącej wodzie. Zarówno homopolimer jak i kopolimer są stabilizowane w celu zapobiegania tego rodzaju degradacji. Więc niski poziom chloru w zapasach wody pitnej (1-3 ppm) może w zupełności wystarczyć aby spowodować pękanie korozyjne oraz rozwijanie się problemu.
Charakterystyka ogólna

   Tworzywa acetalowe znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane są od wyrobów dobre właściwości mechaniczne w szerokim zakresie temperatury, dokładne odtworzenie kształtów i wymiarów, zapewnienie stałości wymiarów, dobre właściwości ślizgowe oraz niewrażliwość na wilgoć i większość chemikaliów organicznych.

   Fizyczne właściwości kopolimeru:

  • zwiększona odporność na długotrwałe działanie podwyższonej temperatury (znaczna twardość, sztywność i trwałość kształtu przy działaniu temperatury od -60 do + 85°C);
  • dobra odporność na pękanie spowodowane działaniem naprężeń (minimalna granica wytrzymałość na rozerwanie w opasce Panduit Dura-Ty™ DTREH-LR0 wynosi 113.40kg);
  • wyższa odporność na hydrolizę co za tym idzie mała przepuszczalność pary i gazów;
  • mała chłonność wody przez tworzywo, niewielki wpływ wilgotności otoczenia na właściwości dielektryczne (materiał, który cechuje słabe przewodnictwo elektryczne);
  • obojętność fizjologiczna (możliwość stosowania w bezpośrednim kontakcie z produktami żywnościowymi);
  • odporność na promieniowanie UV oraz na wpływ czynników atmosferycznych uzyskuje się poprzez zastosowanie czarnego zabarwienia;
  • palność UL94: HB (Palność Horyzontalna – powolne spalanie horyzontalne powoduje powstanie trójmilimetrowej przytopionej krawędzi, która tworzy się wolniej niż 7,62 cm/min lub jej powstawanie ustaje na długości nie większej jak 12,7 cm. Surowce sklasyfikowane jako HB zaliczane są do surowców samogasnących).

   Chemiczne właściwości kopolimeru:

  • jest odporny na działanie większości rozpuszczalników organicznych (oprócz związków chlorowcowych);
  • kwasy, zasady i związki utleniające atakują go w większym stopniu wraz ze wzrostem temperatury i stężenia.
Test diagnostyczny

   Istnieje jeden test diagnostyczny do określenia, czy posiadany towar acetalowy został uformowany z homopolimeru lub kopolimeru, test nazywa się TEA (chem. nitrylotrietanol). Stosowany jako dodatek do kosmetyków w celu uzyskania odpowiedniego PH w kosmetyku.

trietanolamina

   TEA (TriEtAnolamina) jest to bardzo silna substancja. Jeśli próbka homopolimeru zostanie umieszczona w substancji TEA w podwyższonej temperaturze, wtedy rozpuszcza się dość szybko, a kopolimer nie. Jednym z bardzo ważnych zastosowań, w których ta różnica w odporności chemicznej staje się warunkiem koniecznym, jest narażenie na gorącą wodę, szczególnie jeśli woda jest chlorowana (użyteczne przy myciu gorącą wodą pod ciśnieniem urządzeń służących do wyrobów spożywczych). Każde środowisko, w którym długotrwałe używanie w podwyższonej temperaturze jest warunkiem koniecznym, wygra kopolimer, który wytrzymuje warunki atmosferyczne lepiej niż homopolimer.

    I bardzo dobrze, bo obecne produkty firmy Panduit wykonane są z kopolimeru acetalowego, czyli uległo to zmianie od 2001r. W katalogu firmy Panduit z 2001r. napisane jest że towary wykonywane były z Delrinu (źródło).

Wykorzystywanie

   Materiał ten znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, przemyśle elektronicznym ale też w innych:

  • przekładnie mechaniczne, elementy prowadzące i przesuwne, elementy konstrukcyjne, sprężyny, łańcuchy, śruby, nakrętki, koła wentylatorów, części pomp, korpusów i zaworów;
  • podzespoły elektrotechniczne i elektroniczne (elementy przekaźników i przełączników, części ruchome i łożyska);
  • izolatory, szpulki, złącza, części do urządzeń elektronicznych takich jak telewizory, telefony, itp;
  • jednostki paliwowe, kierunkowskazy, elektryczne szyby, blokady drzwi, muszle przegubowe;

zastosowanie

  • protezy zębowe, elastyczne;
  • części klejonych modeli;
  • zdalnie sterowane zabawki, szczególnie poruszające się ślizgiem;
  • inhalatory ciśnieniowe;
  • wyroby metalowe, klamki, zawiasy;
  • puszki cienkościenne różnych aerozoli;
  • akcesoria paintballowe;
  • zamki błyskawiczne w odzieży;
  • flety, dudy, klawesyn plectra;
  • ekspresy do kawy.
Produkty firmy Panduit
keep calm and trust panduit

   Tworzywo Acetal z odpornościami atmosferycznymi (ang. Weather Resistant Acetal) stosowane jest m.in.:

  • w główce i taśmie Dura-Ty™ – występują w dwóch przekrojach (Heavy i Extra Heavy) – DTKH-0 (główka) i DTRH-LR0 (taśma) – z 20 letnią gwarancją wytrzymałości na zewnątrz. Istnieje wzór na określenie długości taśmy potrzebnej do użycia:

   Średnica wiązki (mm) * 3.14 + 114mm = wymagana długość taśmy

   Czyli wymagana określona średnica wiązki pomnożona przez długość Pi + zapas, który gwarantuje wystarczający wymiar. Proste, prawda.

DTHH-Q0

  • w uchwycie systemu QuickBuild do stołów montażowych, który omówiłem w poprzednim artykule (link) – WEH-E8-C – od 15.02.2019r. uchwyt będzie wykonany z Nylonu;

WEH-E8-C

  • w oznacznikach pojedynczych przewodów elektrycznych różniących się długością – PCA13-C (link).

PCA13-C

Przydatne linki:
  • Sklep MK Elektronik Panduit taśma acetelowa (link);
  • Broszury dotycząca taśmy (link);
  • Strona firmy Panduit z zestawem grupy Dura-Ty™ : 10 główek + taśma DTKEH-0 (link).

Dane przedstawione w artykule odpowiadają stanowi mojej wiedzy i mają na celu poinformować o naszych wyrobach i możliwości ich zastosowania.

Reklamy

Narzędzia instalacyjne do opasek zaciskowych z tworzyw sztucznych

   Na obrazku do artykułu widzisz opaskę zaciskaną za pomocą narzędzia. Z pewnością miałeś styczność z opaską zaciskową najczęściej jednoczęściowa konstrukcja, potocznie zwana trytytką (ang. zip-zap), nazywaną w przeróżny sposób, ale każdy doskonale wie czym jest. Wykonane są z różnych tworzyw sztucznych najczęściej nylonu 6.6 tak też jest w firmie Panduit. Opaski występują w różnych przekrojach, są: bardzo małe (ang. Subminiature), małe (ang. Miniature), średnie (ang. Intermediate), standardowe (ang. Standard), bardzo standardowe (ang. Heavy Standard), lekki-ciężki (ang. Light-Heavy) [oksymoron, nie wiem jak to przetłumaczyć], duże (ang. Heavy), bardzo duże (ang. Extra-Heavy)).
opaski

   W zakładach produkcyjnych, które zużywają średnio 50 tys. opasek rocznie takie firmy potrzebują narzędzi, które przyśpieszą pracę i zmniejszą ewentualne nieprzewidziane przestoje. Nie jest tajemnicą, że narzędzia są szybsze od człowieka, ponieważ za jednym razem robią dwie czynności (zaciskają i odcinają niepotrzebną część po zaciśnięciu opaski), dlatego roboty zastępują ludzi. Żeby tego uniknąć człowiek używa narzędzi. Mimo wszystko jeszcze człowiek jest potrzebny, w związku z tym narzędzia też.

 

Co się liczy? Szacunek ludzi ulicy

   Głównym czynnikiem decydującym o zakupie tego typu przyrządów jest cena, która z czegoś wynika. Na świecie narzędzia firmy Panduit są powszechnie znane oraz nie są tanie z faktu trwałości wykonania, ale też nie są nieosiągalne – klienci, którzy dotychczas przekonali się i chwalą sobie sprawdzony towar, nie widzą sensu używać konkurencyjnych towarów. Wniosek nasuwa się sam. Jak ma być coś dobrze zrobione, to każdy chce używać właściwych instrumentów nie zależnie od tego ile miałyby kosztować. Ważne aby robiły swoją robotę.

 

   Popatrz, poniżej przedstawione są mechanizmy: zacisku opaski (element 26 na poniższym zdjęciu) i odcięcia zapasu opaski (element 14). W 1997 roku przez Pana Anurag B. Joshi z firmy Panduit Corp. (linkedin) zostały opatentowane. Opaska podawana i przytrzymywana była za pomocą mechanicznych podajników (element 26). Nożyk nadal jest elementem eksploatacyjnym, który można wymieniać we własnym zakresie – zestaw naprawczy do urządzeń GTS i PTS (KGTSBLD).
patent mechanizm opaski plastikowe nożyk odcina
   W kolejnym patencie proces zaciskania opaski  pod względem innowacyjnym był dość prosty. Wciśnięcie rączki (174) powoduje odsuwanie ramienia (123) używana przy tym siła zacisku kontrolowana za pomocą pokrętła (310). Kolejno na ramieniu (123) znajdował się uchwyt podtrzymujący opaskę (150), który zazębia się na opasce. Maksymalne wciśnięcie rączki (174) powodowało uruchomienie nożyka (360), który odcinał zapas opaski. Proste jak się wie, prawda? Znając konstrukcję i sposób działania, można w łatwy sposób określić własne potrzeby. Poniżej wspomniany udoskonalony konstrukcyjny patent z roku 1999 autora Pana Larrego Hillegondsa (LinkedIn).
patent mechanizm opaski plastikowe nożyk odcina1

   Kolejnym jakże ważnym parametrem przyrządu jest waga urządzenia, która w zależności od modelu wynosi od 294 gram do tylko 454 gram. Jest to ważne z punktu widzenia osoby obsługującej narzędzie. Elementy wewnątrz przyrządów są stalowe, przez co nie zużywają się tak bardzo jak elementy z tworzyw sztucznych w tanich chińskich zamiennikach. Z kolei osłona narzędzia wykonana jest z lekkiej utwardzanej żywicy. Ciekawostka! Współczesne telefony ważą średnio tylko od 150g do 200g i już coraz rzadziej 300g. Waga przyrządu zbliżona do wagi telefonu, nie wpływa na mentalność operatora przez co zmęczenie ręki jest o 40% mniejsze w porównaniu z konkurencją, czyli zwiększa komfort i efektywność pracy. W zakładach produkcyjnych, na taśmach wiązek kablowych czy samochodowych liniach produkcyjnych wszędzie tam gdzie pracują ludzie i zużywa się duże ilości opasek. Stosuje się właśnie takie narzędzia, które podnoszą komfort operatora. Takie działanie skutkuje znacznie szybszą pracą na liniach produkcyjnych, nie bez powodu indeks GTS-E i jemu podobne sprzedają się najlepiej na rynku.

 

top
 W celu zgłębienia wiedzy na temat linii produkcyjnych wiązek kablowych, tego jak powinny wyglądać i co jest na nich wykorzystywane. Warto zapoznać się z wcześniejszym moim artykułem, z którego dowiesz się więcej o systemie uchwytów Quick-Build firmy Panduit, który usprawnia czynności związane z tworzeniem wiązek kablowych na liniach produkcyjnych (Quick-Build™ i życie staje się prostsze).

Narzędzia ręczne kauczukowe
Jak już wspominałem wyżej najczęściej kupowanym narzędziem firmy Panduit jest model GTS-E z faktu obsługiwanych rozmiarów oraz wagi.
  • GTS-E – narzędzie posiada innowacyjny kształt z kauczukową obudową, odporną na uderzenia. Wąski przód narzędzia pozwala dotrzeć w trudno dostępne miejsca. Uchwyt przytrzymujący opaskę. Antypoślizgową, miekką kauczukową rączkę, dostosowaną do rozmiaru dłoni (są modele przystosowane do mniejszych dłoni STS2 i mniejszych instalacji). Stosowane do opasek plastikowych o rozmiarach: Subminiature, Miniature, Intermediate, Standard. Waga 294.5g. Standardowa ilość w opakowaniu 1szt. Dokumentacja techniczna.
gts-e
 Główne różnice w porównaniu z wcześniejszym modelem nadal dostępnym w sprzedaży jest antypoślizgowa rączka wykonana z kauczuku (wcześniej była plastikowa, przez co często się ścierała i później wyślizgiwała z rąk). Dodatkowo zmianie uległ design to powoduje, że narzędzie jest bardziej dopasowane do dłoni operatora. Na poniższym zdjęciu możesz sam ocenić dwie wersje tego samego narzędzia: starsza wersja GTS oraz najnowsza GTS-E. Które jest lepsze? decyzję pozostawiam zaopatrzeniowcom.
gts vs gts-e
 Ustawienie żądanych parametrów jest i było równie proste jak sam fakt docisku opaski. Na narzędziach przyklejona jest czytelna etykieta z parametrami dotyczącymi: szerokości opaski oraz siły zacisku. Wymagane wartości ustawia się za pomocą pokrętła usytuowanego z tyłu przyrządu. W starych modelach wystarczyło przekręcić pokrętło, z kolei w nowych modelach pokrętło trzeba odciągnąć, ustawić wymagany parametr i puścić. Ten manewr rozwiązany jest lepiej w nowym modelu gdyż trzeba odciągnąć pokrętło – samo się nie zrobi. Dlatego lepiej, bo samoczynnie się nie zmieni.
etykieta
parametry tools
  • element blokujący pokrętła regulującego siłę nacisku – KGTS-ETL. Manual. Tak naprawdę jest to blokada blokady. Wspomaga blokadę podstawową w pokrętle gdyż jest tylko na zatrzask, a nie tak jak w starym modelu było przykręcane na śrubkę.
blokada
Firma Panduit 9 maja 2018r. na targach Electrical Wire Processing Technology Expo 2018 – Both 1825 (link) zaprezentowała nową blokadę przykręcaną na śrubkę do narzędzi instalacyjnych do opasek kablowych GTS-E i GTH-E. Symbol KGTS-ETLS.
nowa blokada na narzędzia ręczne
  • zestaw naprawczy nożyka – KGTSBLD. Manual. Nożyk jest elementem, który się zużywa i jak każdy nóż powinien być zmieniany co jakiś czas, aby proces odcinania odbywał się prawidłowo.
zestaw naprawczy
 Po za powyższym modelem jest również wersja czerwona, która różni się wagą, obsługiwanymi przekrojami, krótszą i grubszą szyjką. Narzędzie służy do bardziej zaawansowanych prac np. kolorowe opaski z grupy IT9115-CUV zaopatrujące place zabaw dla dzieci (wysokie słupy i mocowane na opaski kolorowe siatki, pokrowce, etc.)
  • GTH-E – przystosowane do opasek o rozmiarach: Standard, Heavy-Standard, Light-Heavy i Heavy. Waga 337.1g. Dokumentacja techniczna.
gth-e
Po za wyżej wspomnianymi narzędziami są też inne modele, które mają podobny sens działania. Różnią się jednak tym, że są:
  • ręczne plastikowe do małych instalacji (STS2, STH2);

STS2

Firma Panduit 9 maja 2018r. na targach Electrical Wire Processing Technology Expo 2018 – Both 1825 (link) zaprezentowała nową wersję narzędzia instalacyjnego GS2B-E do opasek kablowych.

GS2B-E

pts

  • system PAT 4.0 – narzędzie ręczne automatyczne służące do zaciskania opasek. W skład zestawu wchodzą:
    • opaski podawane ze szpuli PLT1M-XMR. Wymiar: długość 102.0mm (4.0”) / szerokość 2.5mm (0.1”). Przekrój: Miniature. Tworzywo: Nylon 6.6. Kolor: Natural. Standardowa ilość w opakowaniu 10000szt. (2 szpule po 5000szt.) Dokumentacja techniczna.
    • głowica zaciskowa PAT1M4.0. Maksymalna średnica wiązki: 21.0mm (0.82”). Standardowa ilość w opakowaniu 1szt. Dokumentacja techniczna.
    • podajnik PDM4.0. Stacjonarny podajnik z dotykowym wyświetlaczem LCD, posiada wbudowane menu pomocy w przypadku wystąpienia błędu sygnalizuje alarm dźwiękowy. System działa z minimalnym ciśnieniem 65 psig niesmarowanego, filtrowanego powietrza. Automatycznie dostosowuje się się do zasilania 100-240 VAC/50 lub 60 Hz. Standardowa ilość  w opakowaniu 1szt. Dokumentacja techniczna.
    • przewód przesyłowy PHM1, PHM2, PHM3 i PHM4. Przenosi opaskę kablową oraz sygnał z podajnika do głowicy zaciskowej. Długość: 1.0m (3.3′), 2.0m (6.5’), 3.0m (9.8′), 4.0m (13.12′). Standardowa ilość w opakowaniu 1szt. Dokumentacja techniczna.
    • zestaw regulujący HS3X w skład którego wchodzą: PL283N1 (filtr/regulator sterujący przepływem powietrza) i PDH10-37 (przewód powietrza (3m) łączący filtr/regulator z podajnikiem). Standardowa ilość w opakowaniu 1kpl.

pat 4.0

    System do zaciskania opasek PAT 4.0 można zintegrować z robotem za pomocą pneumatycznego siłownika PATM-RK do wyzwalania automatycznego zaciskania opasek. Poniżej krótki film prezentujący wykorzystanie robota przy zaciskaniu opasek na wiązce kablowej umieszczonej na elementach systemu QuickBuild. (więcej informacji w artykule na ten temat).

 

 

Przydatne linki:
  • Broszura dotycząca narzędzi ręcznych (link);
  • Allegro: GTS-E (link);
  • nasz sklep MK Elektronik: GTS-E (link), GTS (link), GTH (link).

Film instruktażowy: