Переработка полимеров

гнездо пресс-формы.

В простейшем виде пресс-форма представляет собой систему из двух

частей: одна из частей движущаяся, другая — стационарная (см. рис.6).

Стационарная часть пресс-формы фиксируется на конце цилиндра, а подвижная

снимается и надевается на нее.

При помощи специального механического устройства пресс-форма плотно

закрывается, и в это время происходит вспрыскивание расплавленного

пластического материала под давлением 1500 кг/см[pic]. Закрывающее

механическое устройство должно быть сделано таким образом, чтобы

выдерживать высокие рабочие давления. Равномерное течение расплавленного

материала во внутренних областях пресс-формы обеспечивается ее

предварительным нагревом до определенной температуры. Обычно эта

температура несколько ниже температуры размягчения прессуемого

пластического материала. После заполнения формы расплавленным полимером ее

охлаждают циркулирующей холодной водой, а затем открывают для извлечения

готового изделия. Весь этот цикл может быть повторен многократно как в

ручном, так и в автоматическом режиме.

ОТЛИВКА ПЛЕНОК. Метод отливки используют также и для производства

полимерных пленок. В этом случае раствор полимера соответствующей

концентрации постепенно выливают на движущийся с постоянной скоростью

металлический пояс (рис.4), на поверхности которого и происходит

образование непрерывного слоя полимерного раствора.

[pic]

Рис.4. Схема процесса отливки пленок

/ — раствор полимера; 2 — распределительный клапан; 3 — раствор полимера

растекается с образованием пленки; 4 — растворитель испаряется; 5 —

бесконечный металлический пояс; 6 — непрерывная полимерная пленка; 7 —

сматывающая катушка

При испарении растворителя в контролируемом режиме на поверхности

металлического пояса происходит образование тонкой полимерной пленки. После

этого пленка снимается простым отслаиванием. Этим способом получают

большинство промышленных целлофановых листов и фотографических пленок.

2.5 ПРЯМОЕ ПРЕССОВАНИЕ

Метод прямого прессования широко используется для производства изделий

из термореактивных материалов. На рис.5 представлена типичная пресс-форма,

используемая для прямого прессования. Форма состоит из двух частей —

верхней и нижней или из пуансона (позитивная форма) и матрицы (негативная

форма). В нижней части пресс-формы имеется выемка, а в верхней — выступ.

Зазор между выступом верхней части и выемкой нижней части в закрытой пресс-

форме и определяет конечный вид прессуемого изделия.

В процессе прямого прессования термореактивный материал подвергается

однократному воздействию температуры и давления. Применение гидравлического

пресса с нагреваемыми пластинами позволяет получить желаемый результат.

[pic]

Рис.5. Схематическое изображение пресс-формы, используемой в процессе

прямого формования

1 — полость формы, наполненная термореактивным материалом; 2 —

направляющие шипы; 3 — заусенец; 4 - сформованное изделие

Температура и давление при прессовании могут достигать 200 °С и 70

кг/см2 соответственно. Рабочие температура и давление определяются

реологическими, термическими и другими свойствами прессуемого пластического

материала. Выемка пресс-формы полностью заполняется полимерным компаундом.

Когда под давлением пресс-форма закрывается, материал внутри нее

сдавливается и прессуется в требуемую форму. Избыточный материал

вытесняется из пресс-формы в виде тонкой пленки, которую называют

"заусенец". Под действием температуры прессуемая масса отвердевает. Для

освобождения конечного продукта из пресс-формы охлаждения не требуется.

[pic]

Рис..6. Схематическое изображение процесса литья под давлением

1 — компаундированный пластический материал; 2 — загрузочная воронка; 3 —

поршень; 4 — электрический нагревательный элемент; 5 — стационарная часть

формы;

6 — подвижная часть формы; 7 — основной цилиндр; 8 - торпеда; 9 -

размягченный пластический материал; 10 — пресс-форма; 11 - изделие,

сформованное методом литья под давлением

2.6 ФОРМОВАНИЕ

ПНЕВМОФОРМОВАНИЕ. Большое количество полых пластических изделий

производят методом пневмоформования: канистры, мягкие бутылки для напитков

и пр. Пневмоформованию могут быть подвергнуты следующие термопластичные

материалы: полиэтилен, поликарбонат, поливинилхлорид, полистирол, найлон,

полипропилен, акрилы, акрилонитрил, акрилонитрил-бутадиенсти-рольнын

полимер, однако по ежегодному потреблению первое место занимает полиэтилен

высокой плотности.

Пневмоформование ведет свое происхождение от стеклодувной

промышленности. Схема этого процесса дана на рис.7.

Горячую размягченную термопластичную трубку, называемую "заготовкой",

помещают внутрь полой формы, состоящей из двух частей. Когда форма закрыта,

обе ее половины зажимают один конец заготовки и иглу для подачи воздуха,

расположенную на другом конце трубки.

[pic]

Рис.7. Схематическая диаграмма, объясняющая стадии процесса

пневмоформования

а — заготовка, помещенная в открытую пресс-форму; б — закрытая пресс-форма;

в — вдувание воздуха в пресс-форму; г — открывание пресс-формы. 1—

заготовка;

2 - игла для подачи воздуха; 3 - пресс-форма; 4 - воздух; 5 - изделие,

изготовленное методом пневмоформования

Под действием давления, подаваемого из компрессора через иглу, горячая

заготовка раздувается как шар до плотного соприкосновения с относительно

холодной внутренней поверхностью формы. Затем форму охлаждают, открывают и

вынимают готовое твердое термопластичное изделие.

Заготовка для пневмоформования может быть получена методом литья под

давлением или экструзии, и в зависимости от этого метод называют

соответственно литьем под давлением с раздувкой или пневмоформованием с

экструзией.

ФОРМОВАНИЕ ЛИСТОВЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ. Формование листовых термопластов

является чрезвычайно важным процессом для производства трехмерных изделий

из пластиков. Этим методом из листов акрилонитрилбутадиенстирола получают

даже такие крупные изделия, как корпуса подводных лодок.

Схема этого Процесса такова. Термопластичный лист нагревают до

температуры его размягчения. Затем пуансон впрессовывает горячий гибкий

лист в матрицу металлической пресс-формы (рис.9), при этом лист принимает

определенную форму. При охлаждении сформованное изделие затвердевает и

извлекается из пресс-формы.

В модифицированном методе под действием вакуума горячий лист

засасывается в полость матрицы и принимает требуемую форму (рис.10). Этот

метод называется методом вакуумного формования.

2.7 ЭКСТРУЗИЯ

Экструзия является одним из самых дешевых методов производства широко

распространенных пластических изделий, таких, как пленки, волокна, трубы,

листы, стержни, шланги и ремни, причем профиль этих изделий задается формой

выхлопного отверстия головки экструдера. Расплавленный пластик при

определенных условиях выдавливают через выходное отверстие головки

экструдера, что и придает желаемый профиль экструдату. Схема простейшей

экструзионной машины показана на рис.8.

[pic]

Рис 8. Схематическое изображение простейшей экструзионной машины

1 — загрузочная воронка; 2 - шнек; 3 - основной цилиндр; 4 —

нагревательные элементы; 5 — выходное отверстие головки экструдера, а —

зона загрузки; б — зона сжатия; в ~ зона гомогенизации

В этой машине порошок или гранулы компаундированного пластического

материала загружают из бункера в цилиндр с электрическим обогревом для

размягчения полимера. Спиралевидный вращающийся шнек обеспечивает движение

горячей пластической массы по цилиндру. Поскольку при движении полимерной

массы между вращающимся шнеком и цилиндром возникает трение, это приводит к

выделению тепла и, следовательно, к повышению температуры перерабатываемого

полимера. В процессе этого движения от бункера к выходному отверстию

головки экструдера пластическая масса переходит три четко разделенные зоны:

зону загрузки (а), зону сжатия (б) и зону гомогенизации (в) (см. рис 9).

Каждая из этих зон вносит свой вклад в процесс экструзии. Зона

загрузки, например, принимает полимерную массу из бункера и направляет ее в

зону сжатия, эта операция проходит без нагревания.

[pic]

Рис. 9. Схема процесса формования листовых термопластов

1 — лист термопластического материала; 2 — зажим; 3 — пуансон; 4 —

размягченный нагревом лист; 5 — матрица; 6 — изделие, полученное методом

формования листовых термопдастов

[pic]

Рис.10. Схема процесса вакуумного формования термопластов

1 — зажим; 2 — лист термопласта; 3 — пресс-форма; 4 — изделие, полученное

методом вакуумного формования термопластов

В зоне сжатия нагревательные элементы обеспечивают плавление

порошкообразной загрузки, а вращающийся шнек сдавливает ее. Затем

пастообразный расплавленный пластический материал поступает в зону

гомогенизации, где и приобретает постоянную скорость течения, обусловленную

винтовой нарезкой шнека.

Под действием давления, создаваемого в этой части экструдера, расплав

полимера подается на выходное отверстие головки экструдера и выходит из

него с желаемым профилем. Из-за высокой вязкости некоторых полимеров иногда

требуется наличие еще одной зоны, называемой рабочей, где полимер

подвергается воздействию высоких сдвиговых нагрузок для повышения

эффективности смешения. Экструдированный материал требуемого профиля

выходит из экструдера в сильно нагретом состоянии (его температура

составляет от 125 до 350°С), и для сохранения формы требуется его быстрое

охлаждение. Экструдат поступает на конвейерную ленту, проходящую через чан

с холодной водой, и затвердевает. Для охлаждения экструдата также применяют

обдувку холодным воздухом и орошение холодной водой. Сформованный продукт в

дальнейшем или разрезается или сматывается в катушки.

Процесс экструзии используют также для покрытия проволок и кабелей

поливинилхлоридом или каучуком, а стержнеобразных металлических прутьев —

подходящими термопластичными материалами.

2.8 ВСПЕНИВАНИЕ

Вспенивание является простым методом получения пено- и губкообразных

материалов. Особые свойства этого класса материалов — амортизирующая

способность, легкий вес, низкая теплопроводность - делают их весьма

привлекательными для использования в различных целях. Обычными

вспенивающимися полимерами являются полиуретаны, полистирол, полиэтилен,

полипропилен, силиконы, эпоксиды, ПВХ и пр. Вспененная структура состоит из

изолированных (закрытых) или взаимопроникающих (открытых) пустот. В первом

случае, когда пустоты закрыты, они могут заключать в себе газы. Оба тина

структур схематически представлены на рис.11.

[pic]

Рис.11. Схематическое изображение ячеистых структур открытого и закрытого

типов, образующихся в процессе вспенивания

1- дискретные (закрытые) ячейки; 2 — взаимопроникающие (открытые) ячейки;

3 — стенки ячеек

Существует несколько методов для производства вспененных или ячеистых

пластиков. Один из них заключается в том, что через расплавленный компаунд

продувают воздух или азот до его полного вспенивания. Процесс вспенивания

облегчается при добавлении поверхностно-активных агентов. По достижении

требуемой степени вспенивания матрицу охлаждают до комнатной температуры. В

этом случае термопластичный материал затвердевает во вспененном состоянии.

Термореактивные жидкие форполимеры могут быть вспенены в холодном

состоянии, а затем нагреты до полного их отвердения. Обычно вспенивание

достигается добавлением в полимерную массу пено- или газообразователей.

Такими агентами являются низкомолекулярные растворители или определенные

химические соединения. Процесс кипения таких растворителей, как н-пентан и

н-гексан, при температурах отвердения полимерных материалов сопровождается

интенсивным процессом парообразования. С другой стороны, некоторые

химические соединения при этих температурах могут разлагаться с выделением

инертных газов. Так, азо-бис-изобутиронитрил термически разлагается,

освобождая при этом большой объем азота [pic], выделяющийся в полимерную

матрицу в результате протекания реакции между изоцианатом и водой, также

используется для производства вспененных материалов, например пены

полиуретана:

[pic]

Поскольку полиуретаны получают по реакции полиола с диизоцианатом, то

для вспенивания продукта реакции необходимо добавление дополнительных

небольших количеств диизоцианата и воды.

Итак, большое количество паров или газов, выделяемых пено- и

газообразователями, приводит к вспениванию полимерной матрицы. Полимерную

матрицу во вспененном состоянии охлаждают до температур ниже температуры

размягчения полимера (в случае термопластичных материалов) или подвергают

реакции отвердения или сшивания (в случае термореактивных материалов), в

результате матрица приобретает жесткость, необходимую для сохранения

вспененной структуры. Этот процесс называется процессом "стабилизации

пены". Если матрицу не охлаждать ниже температуры размягчения или не

сшивать, наполняющие ее газы покидают систему пор и пена коллапсирует.

Пенопласты могут быть получены в гибкой, жесткой и полужесткой формах.

Для того чтобы получить изделия из пенопласта напрямую, вспенивание следует

проводить непосредственно внутри пресс-формы. Пенопластовые листы и стержни

также могут быть использованы для производства различных изделий. В

зависимости от природы полимера и степени вспенивания плотность пенопластов

может составлять от 20 до 1000 кг/см3. Использование пенопластов весьма

многообразно. Например, автомобильная промышленность использует большие

количества пенопластов из ПВХ и полиуретана для обивки. Большую роль эти

материалы играют и при изготовлении мебели. Жесткие полистирольные

пенопласты широко используются для упаковки и теплоизоляции зданий.

Пенорезины и пенополиуретаны используют для набивки матрасов и пр. Жесткие

пенополиуретаны также применяются для теплоизоляции зданий и для

изготовления протезов.

2.9 АРМИРОВАНИЕ

При армировании пластической матрицы высокопрочным волокном получают

системы, называемые "армированные волокном пластики" (АВП). АВП обладают

весьма ценными свойствами: их отличает высокое отношение прочности к весу,

значительная коррозионная стойкость и простота изготовления. Методом

армирования волокнами удается получать широкий круг изделий. Например,

конструкторов, создателей космических кораблей при создании искусственных

спутников в АВП прежде всего привлекает поразительно высокое отношение

прочности к весу. Красивый внешний вид, небольшой вес и коррозионная

стойкость позволяют использовать АВП для обшивки морских судов. Кроме того,

АВП используют даже в качестве материала для танков, в которых хранят

кислоты.

Остановимся теперь подробнее на химическом составе и физической

Страницы: 1, 2, 3, 4