Перечень и характеристика сырьевых материалов

 

2. Технология производства

2.1 Основные способы производства пластмасс

       Пластмассы представляют собой материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании и под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения.

   Органические искусственные вещества - полимеры - построены, как известно, из макромолекул многочисленных малых основных молекул (мономеров). Процесс их образования зависит от разных факторов - отсюда широкие возможности варьирования и комбинирования, а следовательно и неисчерпаемые возможности получения продуктов с самыми разнообразными свойствами. Основные процессы образования макромолекул это полимеризация, ступенчатая.

  Полимеризация - это химическая реакция образования высокомолекулярных продуктов вследствие сцепления простых ненасыщенных органических мономеров, протекающая без отщепления каких либо частей молекул

       Полиприсоединение - это объединение различных основных молекул в высокомолекулярные продукты без отщепления третьего вещества.     Поликонденсация - реакция образования высокомолекулярного вещества из мономеров различного вида, которая сопровождается отщеплением низкомолекулярного продукта.

    Помимо полимера в состав пластмасс часто входят различные добавки: наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие компоненты.

  Наполнители - это вещества, служащие для придания пластмассе необходимых эксплуатационных свойств (например, высокой прочности, термостойкости и др.), облегчения переработки, снижения стоимости. В качестве наполнителей применяют опилки, сажу, графит, стеклянные, асбестовые, химические волокна. В слоистых пластиках (пластмассы, упрочненные параллельно расположенными слоями наполнителя) роль наполнителя выполняют бумага, ткани; в пенопластах газы, например азот. Применение наполнителей снижает стоимость пластмассы. Ведь, как правило, наполнители - это отходы различных производств, они значительно дешевле самого полимера.

  Пластификаторы вводят в состав пластмассы с целью повышения пластичности или эластичности полимера и готовой пластмассы. В качестве пластификаторов используют, главным образом, нелетучие, химически инертные вещества, например дибутилфталат (C6 H4 (COOC4 H9 ) 2 ), нефтяные масла. Молекулы пластификатора, например глицерина ослабляют связи между макромолекулами полимера. Это облегчает процесс формования пластмассы, позволяет проводить его при меньшей температуре.

  Стабилизаторы - вещества, тормозящие старение пластмассы, происходящее, как правило, в результате деструкции. Деструкция полимеров процесс разрушения их молекул под действием тепла, кислорода, света и др. В результате деструкции изменяются многие свойства полимеров и часто они становятся непригодными для использования. Стабилизаторы защищают полимеры от окисления (ароматические амины, фенолы), действия атмосферы, озона (воски), предохраняют полимеры от воздействия света (сажа) и ультрафиолетового света, защищают от разрушения под действием ионизирующих излучений (ароматические углеводороды, амины).

    Пластмассы различаются по своим эксплуатационным свойствам (например, пластмассы с высоким электрическим сопротивлением, атмосферо-, термо-, или огнестойкие), по природе наполнителя (например, стеклопластики, графитопласты, газонаполненные пластмассы), по способу расположения наполнителя в материале (слоистые пластики, волокниты - пластмассы, состоящие из рубленого волокна, пропитанного термореактивной синтетической смолой), а также по типу полимера (например, аминопласты, белковые пластики).

  В зависимости от характера превращений, происходящих с полимером при формовании, пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты. Реактопласты или термореактивные пластмассы, подобно обожженной глине, не способны вернуть вновь пластичное состояние. Это связано с тем, что их переработка в изделие сопровождается химическим взаимодействием между макромолекулами и образованием пространственной структуры полимера. После такой переработки реактопласты утрачивают пластичность, становясь неплавкими и нерастворимыми. Повторно переработать такой материал в новое изделие уже невозможно. Обычно реактопласты - это фенольные, карбамидные и полиэфирные смолы. Чаще всего в исходном состоянии они представляют жидкости, которые при добавлении катализатора или нагревании необратимо затвердевают вследствие образования сшитых молекул.

  Термопласты при нагревании вновь приобретают пластичность, их можно формовать многократно. Их легче превращать в готовые изделия, можно рационально обрабатывать и перерабатывать методами литья под давлением, вакуумной формовки или простой формовки. К термопластам относятся полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и АБС-полимеры.

    Рассмотрим основные методы переработки пластических масс в готовые изделия.

  Основные методы переработки термопластов - литье под давлением, экструзия, вакуумформование, пневмоформование; реактопластов - прессование и литье под давлением.

  Литье под давлением - способ получения отливок в форме, в которую расплавленная пластмасса поступает под давлением, а после затвердевания в результате остывания или отверждения приобретает конфигурацию внутри полости формы. Этот метод применяется главным образом для получения сложных изделий с высокой точностью.

  Экструзия - это способ изготовления профилированных изделий большой длины. Заключается в непрерывном выдавливании размягченной пластмассы через отверстие определенного сечения. Применяется в производстве труб, пленок, при наложении электрической изоляции на провода.

  Вакуумформование - метод производства изделий из листовых термопластов. Изделие требуемой конфигурации получают за счет разности давлений, возникающей вследствие разрежения в полости формы, над которой закреплен лист. Применяется, например, в производстве емкостей, деталей холодильников, корпусов приборов.

  Пневмоформование - это, как и вакуумформование, способ изготовления изделий из листовых термопластов. Изделие оформляется под действием сжатого воздуха на лист, закрепленный над полостью формы. Применяется, например, в производстве ванн, раковин, деталей остекления самолетов.

  Прессование - это способ производства изделий из пластмасс в пресс-формах, заключающийся в размягчении материала при нагревании и фиксации формы изделия в результате выдержки под давлением. При прямом (компрессионном) прессовании материал нагревают в пресс-форме, при литьевом (трансферном) прессовании - в камере, из которой продавливается в пресс-форму по так называемым литниковым каналам.

  Рассмотрим подробнее два метода переработки пластмасс - горячее прессование и литье под давлением.

При горячем прессовании смесь полимера с добавками засыпают в горячую пресс-форму. Пресс-форма состоит из неподвижной подставки, форма которой соответствует форме прессуемых изделий и подвижного поршня - пуансона. После загрузки смеси пресс-форму закрывают и давят на смесь пуансоном, который постепенно входит в подставку. Благодаря нагреванию смесь становится пластичной и под действием давления заполняет все каналы в пресс-форме. Если формуется реактопласт, то нагретая масса через некоторое время затвердевает, и готовое изделие вынимают из пресс-формы. Если же формуется термопласт, то пресс-форму надо охлаждать, иначе изделие растечется и потеряет нужные очертания. Это замедляет и удорожает процесс формования. Поэтому термопласты перерабатывают литьем под давлением. Здесь пластмасса размягчается при нагревании в отдельной камере, а затем уже с помощью насоса под давлением подается в холодную пресс-форму. Пластмасса заполняет ее и, охладившись, быстро затвердевает. Горячее прессование и литье под давлением позволяют изготовлять детали различной формы.

Переработка

  Полиэтилен перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена возможна на оборудовании с установленным «универсальным» червяком.

   Применение

Полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочных, например, пузырчатая упаковка),

·Тара (бутылки, банки, ящики, канистры, садовые лейки, горшки для рассады)

·Полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения.

·Электроизоляционный материал.

·Полиэтиленовый порошок используется как термоклей.

·Броня (бронепанели в бронежилетах).

·Корпуса для лодок, вездеходов.

  

 

 

 

 

2.2 Подробное изложение одного из  изученных методов производства  пластмасс

      Литье пластмасс под давлением — самый распространенный метод изготовления пластмассовых деталей. Он весьма технологичен, обеспечивает высокую производительность, хорошо автоматизируется и не требует проведения последующей механической обработки. Термопластичные материалы, используемые при литье под давлением, имеют широкий диапазон физических и химических свойств и легко поддаются повторной переработке. Сырьем для литья пластмасс служат гранулы термопластичного полимера. Перед производством гранулы просушиваются для удаления излишков влаги, а затем засыпаются в приемный бункер термопластавтомата. Оттуда пластик ссыпается непосредственно в шнек машины, где расплавляется и под действием поршня подается с высоким давлением в пресс-форму. Расплав проходит через литниковые каналы, и с большой скоростью заполняет полость пресс-формы, после чего форма охлаждается и материал застывает, образуя пластиковую деталь. Пресс-форма раскрывается, деталь выпадает, и цикл повторяется вновь.

Устройство термопластавтомата

       Весь цикл литья осуществляется на термопластавтомате, в который монтируется пресс-форма. Собственно термопластавтомат состоит из двух основных частей: узла пластикации и узла смыкания. Все движения этих узлов осуществляются гидроприводами, а давление в гидросистеме обеспечивает электродвигатель. Процессами управляет блок ЧПУ – центральный контроллер, который не только задает все параметры цикла литья, но и может управлять внешними устройствами – электро- и гидро- приводами, нагревателями и т. п.

Схема термопластавтомата 
1 Узел смыкания. 2 Пресс-форма. 3 Блок ЧПУ. 4 Узел пластикации.  
5 Загрузочный бункер. 6 Двигатель. 7 Гидравлическая система.Основными параметрами, характеризующими конкретную модель ТПА, являются:

• Усилие смыкания формы, в тоннах (а точнее в тысячах килограмм силы) или килоньютонах ( 1т = 10КН ). Это максимальная сила, с которой узел смыкания может удерживать пресс-форму в закрытом состоянии.
• Объем, а точнее масса впрыска, обычно измеряемая в граммах или унциях полистирола. Это максимальная масса полистирола, которую машина может переработать за один цикл.
• Давление впрыска. Это максимальное давление расплава, которое может поддерживать узел впрыска в цикле литья.
• Расстояние между колонками. Это ширина просвета между колонками — направляющими подвижной плиты ТПА. Просвет определяет максимальную ширину пресс-формы, которую можно установить на машину.

Все перечисленные параметры находятся во взаимной зависимости. Так увеличение давление впрыска может быть достигнуто снижением диаметра шнека, а следовательно и объема впрыска. С другой стороны, большее давление приведет к возрастанию усилия, раздвигающего пресс-форму и потребует либо увеличения усилия смыкания, либо уменьшения геометрических размеров формы.                                                                                       Узел пластикации и впрыска.                                                                            Этот узел является определяющим для всего процесса литья. Его функция заключается в расплавлении полимера и его подаче в полость пресс-формы.

Схема узла пластикации 
1 Сопло. 2 Шнековая камера. 3 Обратный клапан. 4 Шнек. 5 Бункер.Принцип работы узла пластикации следующий: полимерный материал засыпается в бункер, а затем поступает в материальный цилиндр, где вращающийся шнек перемещает его в сторону сопла. В цилиндре материал разогревается кольцевыми ТЭНами и впрыскивается в пресс-форму в расплавленном состоянии. Для того, чтобы избежать выдавливания полимера назад в бункер, шнек оснащен обратным клапаном, перекрывающим движение материала в момент впрыска.                                                                                                                                            Цикл литья под давлением.Цикл работы термопластавтомата можно представить в виде круговой диаграммы, показывающей длительность каждого из этапов литья.

Цикл литья под давлением.По диаграмме видно, что основное время цикла занимают процессы выдержки под давлением и охлаждения изделия. Причем, чем больше масса изделия, чем толще его стенки, тем большую долю займут эти два процесса. В тонкостенных изделиях, напротив, более критичными становятся скоростные характеристики термопластавтомата, так называемое время "сухого цикла". Для таких изделий использование скоростного оборудования является весьма желательным, а иногда и обязательным условием.Рассмотрим каждый из этапов цикла подробнее.

A. Смыкание и впрыск 
1 Хвостовик. 2 Приводной цилиндр. 3 Плита толкателей. 4 Подвижная плита(плита пуансона). 
5 Неподвижная плита (плита матрицы). 6 Материальный цилиндр. 7 Обратный клапан. 8 Шнек. 
9 Направляющие колонки. 10 Толкатели. 11 Полость формы. 12 Сопло.Цикл литья начинается со смыкания пресс-формы, после чего в её полость впрыскивается расплав полимера. Процесс впрыска на современных машинах может разбиваться на несколько ступеней, с управлением скоростью впрыска на каждой из них. Это позволяет обеспечить нужную скорость прохождения материала по различным каналам и полостям формы. Наладчик может добиться качественной детали, подобрав скорость вхождения материала в центральный и разводящий литники, затем в основную полость отливки и, наконец, в её тонкие ребра и стенки.