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.

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.

Szálerősített kompozitok összehasonlítása a hagyományos anyagokkal

Ahogy már említettem, az anyagösszetétel módosításával a terméktulajdonságok változtathatók, amelyeket úgymond dizájnolni lehet az adott funkcióhoz vagy felhasználási területhez. Megtervezhető a mechanikai és fizikai tulajdonság a gyanta, a szálerősítés, a gyártástechnológia és még egyéb tényezők függvényében.
A GRP-nek az izotróp (egykomponensű) anyagokkal történő összehasonlításakor a tengelyirányú vagy hosszirányú terhelhetőségét szükséges vizsgálni. A fához képest jóval erősebb rugalmassági modulussal, szakítószilárdsággal rendelkezik és ugyanolyan nagyságú erőhatást bír el, mint az acél, azonban a sűrűsége csak negyedakkora.
Az alumíniumhoz képest is lehetséges súlycsökkentést elérni, mivel a GRP sűrűsége 30%-kal alacsonyabb annál (1,75-2,1 g/cm3).
Hővezető képesség tekintetében az egyszerű műanyag ablakkeretek hővezetésével egyenrangú, amely különösen fontos az ablakkeretgyártásban akár a vasúti felhasználás esetén is.

Kompozit megoldások a vasút területén GRP lépcső-korlát szerkezetek

Vasúti alkalmazások tekintetében az üvegszál-erősített profilokból készült/épített szerkezetek is teret kapnak az egyedi méretre gyártott profilok mellett. Az acél- vagy faszerkezetek esetén biztonsági korlátrendszerekről, lépcsőszerkezetekről vagy akár egyedi pódiumokról is beszélhetünk. A GRP-profilok megmunkálása, szerkezeti építése nem igényel különleges technológiai hátteret, egyszerű vágó, megmunkáló szerszámokkal lehetséges a kivitelezés (2. ábra).

GRP biztonsági rácsok és padlók

A GRP-profilok mellett szükséges megemlíteni a padlószerkezeteket, amelyek teherbírás szempontjából különböző kivitelben készülnek és könnyen installálhatók akár meglévő acélszerkezetek kiegészítő elemeként is. Felhasználhatók vasúti kocsimosók padozatához a korrózióállóság és erős vegyszer- és lúgállóság miatt, de vasúti peronok bővítésére is alkalmasak, sőt függőlegesen akár kerítésnek is kiválók (3. ábra).

GRP kábelcsatornák-kábellétrák

A GRP-kábellétrák ideális megoldást jelentenek az ipari területen történő kábelfektetések során. A GRP-kábellétrák, -kábelcsatornák szerelése gyors, egyszerű és az egyedi igények szerint végezhető, a terhelhetőség miatt nagy fesztávok is áthidalhatók a GRP-kábeltartók használatával (4. ábra).

Magasfeszültség elleni védelemre használt GRP-profilok

A GRP-profilok jó szigetelőképességgel rendelkeznek, ezért a magasfeszültség alatt álló helyeken történő munkavégzéshez kiválóan használhatók GRP-lemezek védőelemként. Európában már elterjedtek a madárvédelemben használt GRP-szerkezetek, amelyek a madarak magasfeszültségtől való elterelésére szolgálnak. A GRP-profilok jó szigetelőképességének köszönhetően a polimer kompozit hevederes sínkötések a sínszálak egymástól való elektromos szigetelését is képesek biztosítani (5. ábra).

Szenzációs nemzetközi megoldás GRP felhasználásával

A lengyelországi Torunban, a Visztula folyó felett húzódó Marshal Jozef Pilsudski híd műszaki felújítása során a régi híd két oldalára konzolos kialakítással négyméteres sáv épült a gyalogos- és a kerékpáros-forgalom számára. A Visztulát átszelő híd 1938-ban épült, amelynek korára és szerkezetére való tekintettel csak könnyű, de rendkívül erős anyag jöhetett szóba a bővítéshez, ezért tökéletes választás volt az üvegszál-erősített műanyag. A híd teljes hossza 1004 méter, a kétoldali bővítéshez 16 km hosszú, fél méter széles, erre a célra tervezett GRP-profilt használtak a kivitelezők. Ez a nagyszabású nemzetközi projekt is egy lehetséges alkalmazás bemutatása a pultrúdált kompozitok felhasználási lehetőségének (6. ábra).

Avius Kft., a magyar GRP-gyártó német gyökerekkel

A nagykanizsai Avius Kft. Magyarországon piacvezetőként közel húsz éve gyárt üvegszál-erősítésű műanyag profilokat. A 200 főt foglalkoztató vállalat a gyártás mellett nagy hangsúlyt fektet a kompozit anyagok kutatás-fejlesztésére és a kompozit anyag előnyös tulajdonságainak javítására is.
Az Avius Kft. a sztenderd szelvények (I gerenda, zártszelvények, kör- és rúdprofilok) mellett mintegy 1300 egyedi GRP-profilt képes gyártani a technológiai hátterének köszönhetően, de rövid határ­idővel ügyfélspecifikus gyártást is vállal a nemzetközi és a hazai partnerek igényei szerint. A közel 20 éve működő cég több pillérre építi piaci növekedését. A félkész termék gyártása (profilok) mellett késztermékek, mint például létrák, lépcsőszerkezetek és korlátrendszerek egyedi tervezését és összeszerelését, továbbá helyszíni kivitelezését is vállalja a cég Magyarország egész területén.
Amíg egy építőipari késztermék a gyártótól a végfelhasználóhoz jut, számos probléma, hiányosság felmerülhet az összehangolatlan tervezés vagy a nem megfelelő kivitelezés miatt. Ezen folyamatok az Avius Kft.-nél egy kézben összpontosulnak, hiszen a tervezéstől a gyártáson át egészen a kivitelezésig a vevői igénynek való maximális megfelelés a cél. A megrendelő személyre szabott, komplett megoldást kap.

Összefoglalás

A kompozit anyagok felhasználása egyre elterjedtebb a vasút területén is, ahogy az ipar számos szektorában. A környezeti ellenállóság, hosszú élettartam és a szerkezeti tulajdonságok egyedi, funkcionális igényekre szabása emeli ki a kompozitokat a hagyományosan egykomponensű anyagok közül.
A technológia fejlődése következtében kialakult környezeti és mechanikai kihívásokra is megfelelő alternatíva lehet a kompozit a hagyományos anyagokkal szemben sokszor előnyösebb tulajdonságai miatt.
Mindent összevetve, a kompozit anyagok hosszú távon gazdaságosabb és hatékonyabb lehetőséget kínálnak az ipari szerkezetek kiváltására.