A megfelelő műanyagcső kiválasztásakor sokan elsősorban az alapanyagot, a méretet és a falvastagságot nézik. Pedig egy további tulajdonság legalább ennyire fontos: a cső keménysége.
A Shore keménység alapvetően azt mutatja meg, hogy egy műanyag mennyire áll ellen a benyomódásnak. A megfelelő keménység kiválasztása hatással lehet a cső rugalmasságára, hajlíthatóságára, nyomásállóságára, szerelhetőségére, kopásállóságára és arra is, hogy milyen csatlakozóval használható.
A műanyagcső-gyártásban ezért nem egyszerűen az a kérdés, hogy „kemény vagy puha legyen a cső?”, hanem az, hogy az adott alkalmazáshoz milyen keménységi tartomány biztosítja a megfelelő mechanikai tulajdonságokat.
Mi az a Shore keménység?
A Shore keménység egy szabványosított mérési módszer, amely egy anyag benyomódással szembeni ellenállását vizsgálja.
Shore A vagy Shore D?
A két leggyakoribb skála:
- Shore A: lágyabb, rugalmasabb műanyagokhoz és Mipolán csövekhez
- Shore D: keményebb, merevebb műanyagokhoz
A lágy PVC, TPU, TPE és hasonló rugalmas anyagok esetében gyakran Shore A értéket használnak.
A merevebb PVC, HDPE, PA és egyéb műanyagok esetében inkább Shore D lehet releváns.
Ezért egy specifikációban például a „80 Shore” önmagában nem elegendő információ. Mindig meg kell adni, hogy Shore A vagy Shore D értékről van szó.
A két skála részben átfed egymással, de az értékek nem hasonlíthatók össze egyszerűen.
Hogyan befolyásolja a keménység a műanyagcső tulajdonságait?
A Shore keménység nem pusztán egy laboratóriumi adat. Közvetlenül befolyásolhatja, hogyan viselkedik a kész cső a gyakorlatban.
- Rugalmasság
Általánosságban a puhább anyagból készült cső könnyebben hajlítható.
Ez előnyös lehet például:
- pneumatikai csöveknél,
- kábelvédő csöveknél,
- flexibilis vezetékeknél,
- mozgó gépegységek csatlakozásainál,
- olyan rendszereknél, ahol kis hajlítási sugár szükséges.
A keményebb anyag ezzel szemben jobban megtartja az alakját.
Ezért egy merev szerkezetű csőnél nem feltétlenül előny a nagy rugalmasság.
- Nyomásállóság
A cső nyomásállóságát természetesen nem lehet kizárólag a Shore keménységből meghatározni.
Fontos szerepe van többek között:
- az alapanyagnak,
- a falvastagságnak,
- a cső átmérőjének,
- a hőmérsékletnek,
- a molekulaszerkezetnek,
- a gyártási technológiának,
- valamint a csőben kialakuló belső feszültségeknek.
A keménység azonban fontos jelzője lehet annak, hogy a cső mennyire könnyen deformálódik külső vagy belső terhelés hatására.
Ezért nyomás alatti alkalmazásnál nem szabad kizárólag a Shore érték alapján csövet választani.
- Hajlíthatóság és minimális hajlítási sugár
Flexibilis műanyagcsöveknél a keménység egyik legfontosabb gyakorlati hatása a hajlíthatóság.
Puhább anyagból általában kisebb hajlítási sugár érhető el anélkül, hogy a cső megtörne.
Túl puha anyagnál azonban más problémák jelentkezhetnek:
- könnyebben összelapulhat,
- könnyebben megtörhet,
- kevésbé tartja meg az alakját,
- nagyobb lehet a külső mechanikai sérülések kockázata.
Ezért a megfelelő keménység mindig kompromisszum a rugalmasság és az alakstabilitás között.
Milyen Shore keménységű PVC csövet válasszunk?
A PVC különösen érdekes ebből a szempontból, mert nagyon széles keménységi tartományban feldolgozható.
A lágyított PVC-ből készülhetnek kifejezetten rugalmas csövek, míg a merev PVC-ből nagy alakstabilitású csövek és profilok.
A PVC keménységét többek között a receptúra, a lágyítószer mennyisége, a töltőanyagok és az egyéb adalékok befolyásolják. Az extrudálási technológia és a feldolgozási paraméterek pedig szintén hatással vannak a végtermék tulajdonságaira.
Lágyabb PVC pl. Mipolán cső
A lágyabb PVC akkor lehet megfelelő, ha fontos:
- a rugalmasság,
- a könnyű hajlíthatóság,
- a kis hajlítási sugár,
- a rezgéscsillapítás,
- vagy az egyszerű szerelhetőség.
Közepes keménységű PVC
Jó kompromisszum lehet olyan alkalmazásokhoz, ahol egyszerre kell:
- bizonyos fokú rugalmasság,
- megfelelő alakstabilitás,
- jó mechanikai ellenállás.
Merev PVC
A kemény PVC akkor előnyös, ha a csőnek elsősorban tartania kell a formáját, és a hajlíthatóság másodlagos.
Tipikus alkalmazások lehetnek:
- merev védőcsövek,
- szerkezeti csövek,
- gépipari csövek,
- építőipari rendszerek,
- különböző technikai profilok.
Nem csak a Shore számot kell megadni
Egy professzionális műanyagcső specifikációjában a Shore keménység önmagában kevés.
Például:
PVC – Shore A 85
már sokkal informatívabb, mint egyszerűen:
PVC – Shore 85
Hogyan válasszunk keménységet különböző alkalmazásokhoz?
A Mipolán cső Shore A 55 és 95 között mozog a felhasználás mezőgazdaságtól gépgyártásig egyaránt életszerű, viszont a keménységet egyedileg kell vizsgálni az alkalmazás függvényében. Általánosságban az átlátszó mipolán csövek 75 Shore A körül mozognak míg a villamossági Mipolán csövek inkább 85 Shore A kemények.
A Shore keménység és az extrudálás kapcsolata
A keménység nemcsak a késztermék tulajdonságát határozza meg. Az anyag feldolgozására is hatással lehet.
Különböző keménységű PVC-keverékek eltérően viselkedhetnek az extruderben. A receptúra és a keménység változása befolyásolhatja többek között a feldolgozási hőmérsékletet, a viszkozitást, az extrudálási teljesítményt és a termék felületét.
Kísérleti eredmények szerint a keményebb PVC-keverékek extrudálásához bizonyos körülmények között nagyobb fajlagos energiaigény társulhat.
Ezért egy új cső fejlesztésénél nem érdemes úgy gondolkodni, hogy:
válasszunk egy keménységet, aztán majd az extruder megoldja.
A receptúrát, a szerszámot, a hűtést és a feldolgozási paramétereket együtt kell optimalizálni.
Mi történik, ha túl kemény vagy túl puha az anyag?
Ha túl puha:
- a cső könnyebben deformálódhat,
- kisebb lehet az alakstabilitás,
- könnyebben megtörhet,
- bizonyos csatlakozóknál romolhat a rögzítés,
- külső terhelésre érzékenyebb lehet.
Ha túl kemény:
- nehezebb lehet a hajlítás,
- nagyobb hajlítási sugár szükséges,
- merevebb lehet a szerelés,
- bizonyos alkalmazásokban nagyobb lehet a rezgések átadása,
- mozgó rendszereknél csökkenhet a használhatóság.
A cél tehát nem a lehető legkeményebb vagy a lehető legpuhább cső.
A cél az adott alkalmazáshoz optimális keménység.
Hogyan érdemes meghatározni a megfelelő Shore értéket?
Egy új műanyagcső fejlesztésénél célszerű először az alkalmazást meghatározni.
Tegyük fel a következő kérdéseket:
Mennyire kell hajlíthatónak lennie a csőnek?
Mekkora külső mechanikai terhelés éri?
Van belső nyomás?
Milyen hőmérsékleten működik?
Milyen csatlakozóval használják?
Szükséges a kis hajlítási sugár?
Fontos az ütésállóság?
Éri olaj, vegyszer vagy UV-sugárzás?
Milyen élettartamot várunk el?
Ezekből már meghatározható egy reális keménységi tartomány.
Ezután érdemes több receptúrát vagy több keménységi fokozatot prototípusként legyártani és a kész csöveket összehasonlítani.
Shore keménység mérése műanyagcsöveknél
A Shore-mérés egyszerűnek tűnik, de a mérési körülmények jelentősen befolyásolhatják az eredményt. Viszont ezt is mint mindent jól körülhatárolt szabványban leírják.
Fontos például:
- a próbatest vastagsága,
- a mérési hely,
- a hőmérséklet,
- a mérőeszköz típusa,
- a mérési idő,
- valamint az, hogy egy- vagy többrétegű termékről van-e szó.
A Shore keménység nem azonos a cső minőségével
Fontos félreértés, hogy a magasabb Shore érték automatikusan jobb minőséget jelentene.
Ez nem így van.
Egy 60 Shore A anyag nem feltétlenül rosszabb, mint egy 90 Shore A anyag. Egyszerűen más alkalmazásra készülnek.
Egy flexibilis pneumatikai csőnél például a túl nagy keménység hátrány lehet.
Egy merev védőcsőnél viszont ugyanez a tulajdonság kifejezetten előnyös.
A jó műanyagcső az, amelynek tulajdonságai megfelelnek az alkalmazás követelményeinek.
Összefoglalás
A megfelelő Shore keménység kiválasztása fontos része a műanyagcső fejlesztésének és gyártásának.
A legfontosabb szempontok:
- mindig határozzuk meg, hogy Shore A vagy Shore D értékről beszélünk;
- a keménységet az alkalmazás követelményeihez igazítsuk;
- vegyük figyelembe a rugalmasságot és az alakstabilitást;
- nyomás alatti csöveknél ne kizárólag a Shore értékre támaszkodjunk;
- a hőmérséklet, vegyszerállóság, UV-állóság és mechanikai terhelés ugyanilyen fontos;
- a készterméket a teljes műszaki specifikáció alapján kell értékelni;
- új termék fejlesztésénél érdemes több keménységi változatot prototípusként tesztelni.
A Shore keménység tehát nem egy egyszerű „minőségi szám”, hanem egy olyan tervezési paraméter, amely segít megtalálni az adott műanyagcső számára megfelelő egyensúlyt a rugalmasság, az alakstabilitás és a mechanikai teljesítmény között.