Зачёт по растительному сырью. Вопросы к зачету_БВГ(2023). 1 Начало промышленного производства ряда полимеров и пластмасс

Название	1 Начало промышленного производства ряда полимеров и пластмасс
Анкор	Зачёт по растительному сырью
Дата	17.04.2023
Размер	279.02 Kb.
Формат файла
Имя файла	Вопросы к зачету_БВГ(2023).docx
Тип	Документы #1068474
страница	3 из 8

1 2 3 4 5 6 7 8

Центробежные смесители (миксеры) с вертикальным расположением оси вращения перемешивающего устройства в технике переработки полимерных материалов занимают особое место, т.к. представляют универсальный тип машин. Их называют скоростными (центробежными) или турбулентными смесителями. Перемешиваемая масса быстроходным перемешивающим устройством отбрасывается к стенкам аппарата. По стенке она поднимается вверх и перемещается вновь к стенке смесителя. Благодаря этому масса интенсивно перемешивается и разогревается под воздействием диссипативного тепловыделения. Центробежные смесители применяют для приготовления полимерных композиций. Такой смеситель периодического действия показан на рис. 2.21. Они используются в двух вариантах: с обогреваемыми (смесители горячего смешения) и охлаждаемыми (смесители холодного смешения) корпусами.

Универсальным являются двухстадийный турбоскоростной центробежный смеситель, который состоит из двух самостоятельных баков верхнего (горячего смешения) и нижнего (холодного смешения) (рис. 2.22). Принцип работы данного смесителя основан на гидродинамической циркуляции. В верхнем баке перемешивание осуществляется с помощью крыльчатки и центробежного лопастного диска. В нижнем баке смесь перемешивается двухлопастным ротором.

Смесители для пластических (вязких) материалов

2.4.4 Смесители для пластических (вязких) материалов
К высоковязким средам относят расплавы полимеров, пасто- и тестообразные полимерные композиции. Их перемешивание осуществляется в основном различными механическими способами. Совмещение происходит в ламинарном режиме. Такие смесители могут быть периодического и непрерывного действия. В смесителе могут происходить следующие виды течения:

тангенциальное – масса перемещается параллельно пути, описываемую рабочим перемешивающим органом;
радиальное – масса движется от рабочего органа перпендикулярно оси его вращения;
осевое – масса поступает и вытекает из смесителя параллельно оси вращения рабочего органа.

Для перемешивания высоковязких сред наиболее распространены лопастные, планетарные, червячные смесители, вальцы.

Червячные и дисковые смесители и вальцы будем рассматривать в темах по экструзии и вальцеванию.

Лопастные смесители периодического действия широко используют в процессах разминания и перемешивания с одновременным нагревом или охлаждением разнообразных пластичных материалов, паст, замазок, клея и т.п. Рабочие органы лопастных смесителей изготовляют обычно в виде двух отдельных Z – образных лопастей сплошного профиля. На рис. 2.23 представлен двухвальный смеситель сZ – образные лопастями. Лопасти вращаются в противоположных направлениях с различными скоростями. Смесители работают под вакуумом или атмосферным давлением. Смесь выгружается или опрокидыванием смесителя или через нижний выгрузочный затвор. Недостатки двухвальных смесителей: большой расход энергии, сложность загрузки и продолжительность очистки после каждого цикла.

Планетарные смесители, у которых смешивающий рабочий представляет собой лопасть Т или П-образной формы и вращается вокруг своей оси одновременно движется вокруг корпуса смесителя (рис. 2.24). Движения могут быть направлены как в одну, так и в разные стороны. В некоторых планетарных смесителях вращается и корпус. Есть шнековые планетарные смесители, в которых шнек вращается вокруг свой оси и одновременно вокруг оси конического корпуса.
Роторные смесители лопасти, которых занимают 60 % объема закрытой смесительной камеры. Эти смесители называют закрытыми роторными смесительными машинами. Лопасти таких смесителей носят название роторов. Наиболее распространены двухроторные скоростные смесители периодического действия типа “Бенбери” (рис. 2.25). Основными путями повышения интенсивности процесса смешения в этих машинах являются увеличение частоты вращения роторов и повышение давления смеси.

Зубчато-дисковые мешалки (дисольвер), где рабочим органом служит зубчатый диск смесительной головки. Диск представляет собой плоскую круглую пластину с расположенными по кромке зубцами (рис. 2.26). Привод мешалки обслуживает несколько передвижных емкостей-деж, которые фиксируются зажимами. Смесительная головка опускается в дежу и диском приводит во вращательно-бегающее движение композицию.

Оборудование для сушки полимерных материалов

2.5 Оборудование для сушки полимерных материалов
В производстве полимерных материалов значительное место занимает сушка промежуточных и конечных продуктов, а также часто и сушка при их переработке. Сушка может происходить при непосредственном соприкосновении влажного материала с теплоносителем (конвективная) или через обогревательную стенку (контактная), токами высокой частоты и инфракрасным излучением. Последние два способа нашли применение для сушки пропитанных термореактивными связующими волокнистых и тканных наполнителей.

Конвективные сушилки для полимерных материалов классифицируются в зависимости от:

давления в рабочем пространств: атмосферные и вакуумные;
цикличности процесса: периодические и непрерывные;
движения теплоносителя по отношению к высушиваемому материалу – прямоточные, противоточные, перекрестные;
конструкции – барабанные, гребковые, туннельные, шахтные, вальцовые, ленточные, распылительные, “кипящего слоя”, турбинные, роторные и комбинированные.

В крупносерийном производстве при переработке термопластов на экструзионном и литьевом оборудовании, работающем в автоматическом режиме, устанавливаются приемные бункера-сушилки, а также специальные сушилки с регенерацией влажного воздуха, например, системы “Colotronick”, позволяющие высушивать гранулы до остаточной влажности 0,0002%. Например, в сушилке марки СТТ 20412, в которой воздух не только нагревается, но из него также удаляется влага (проходит через адсорбент), прежде чем он проходит через сушильную воронку с гранулами термопласта. Функциональная схема сушилки представлена на рис. 2.29. Сушильные секции работают поочередно: первая на стадии сушки, вторая – на стадии регенерации (очистки от влаги адсорбента). После достижения точки росы в первой секции, она переключаются на режим регенерации, а вторая – на режим сушки.

Оборудование для дозирования материалов

2.6 Оборудование для дозирования материалов
В производстве и переработке полимерных материалов дозирование исходных материалов является одной из основных технологических операций. Весоизмерительные и весодозирующие устройства применяются для дозирования сыпучих и жидких материалов. По назначению они разделяют на шесть групп:

Весы дискретного действия изготавливают с коромыслами шкального типа, с циферблатными и квадратными указателями, с цифроуказывающими и печатающими указательными приборами и пультами, с печатающими аппаратами автоматической записи результатов взвешивания.
Весы непрерывного действия конвейерные и ленточные, ведущие непрерывный учет массы транспортируемого материала.
Дозаторы дискретного действия и к ним относятся дозаторы для суммарного учета (порционные весы) и дозаторы для фасовки сыпучих материалов, используемые в технологических процессах, а также специальные комплексы и линии автоматического дозирования.
Дозаторы непрерывного действия, используемые в различных технологических процессах, где требуется непрерывная подача материала с заданной производительностью.

К пятой и шестой группе относятся образцовые весы и гири, передвижные весоповерочные средства, устройства для специальных измерений.

В непрерывном технологическом процессе производства полимерных композиций, когда дозирование сухих компонентов ведется дискретным или пульсирующими способами, но с определенным периодом, применяют автоматические дозаторы. Например, весы автоматические дозировочные ДСС-1 (рис. 2.30), дозаторы автоматические для составных частей полимерных материалов ОДП-2 (рис. 2.31). Для загрузки дозаторов применяют винтовые шнековые питатели, например ПШ-220 (рис. 2.32).
На центральных складах сырья предприятий для учета поступающих на переработку полимерных материалов применяют следующие весы: платформенные типа РП (шкальные и циферблатные), автомобильные и вагонные типа РС.

Для порционного дозирования жидкостей применяют весовые дозаторы, например, дозатор автоматический для жидких составных частей полимерных материалов АВДЖ (рис. 2.33).

При дозировании жидких материалов применяется как объемное, так и весовое дозирование. Для объемного дозирования при работе смесителей непрерывного действия широко применяют насосы-дозаторы марки НД (рис. 2.34). Это агрегаты электронасосные, дозировочные, одноплунжерные предназначены для объемного дозирования жидкостей, эмульсий суспензий с кинематической вязкостью от 0,0035 до 8 см²/с с температурой от минус 15 до 200 ⁰С и концентрацией твердой фазы до 10 % (масс).

Оборудование для таблетирования полимерных материалов

2.7 Оборудование для таблетирования полимерных материалов

Таблетирование – процесс изготовления из порошкового или волокнистого термореактивного пресс-материала заготовок (таблеток), определенной формы, размеров и плотности. Прессование одно- или двухстороннее является основным этапом таблетирования (рис. 2.35).
Под действием давления прессуемый материал из порошкообразного или волокнистого превращается в пористое, а затем м твердое тело. Основным фактором, обеспечивающим образование прочной таблетки при прессовании, являются силы электростатического притяжения. Они проявляются при сближении частиц на расстоянии порядка 10^-8 см. Это обеспечивается без нагрева материала при давлении 75÷120 МПа. Обычно таблетирование осуществляется в цилиндрических матрицах между двумя пуансонами, при их движении навстречу друг другу (схема брис. 2.35). Наиболее распространенна цилиндрическая форма таблеток с плоскими основаниями.

Таблетирование применяется для повышения плотности, теплопроводности материала, удаления воздуха между частицами, уменьшения размеров загрузочных камер пресс-форм, сокращения длительности предварительного подогрева и цикла прессования пресс-изделий, и уменьшения пыления, и обеспечения чистоты рабочего места прессовщика и транспортировке, повышения точности дозирования и качества пресс-изделий.

Таблетирование осуществляют в автоматических таблеточных машинах. Таблеточные машины, применяемые в промышленности полимерных материалов и других отраслях, например, в фармацевтической, по существу являются пресс-автоматами (более 50 типов), специализированными для выпуска таблеток определенных размеров и массы.

По виду привода таблет-машины делятся на механические и гидравлические. Механические, в свою очередь, делятся на кривошипные (эксцентриковые) и ротационные. По расположению рабочих органов они могут быть горизонтальными (гидравлические) и вертикальными (механические).

Кривошипные (эксцентриковые) таблет-машины с усилием таблетирования от 20 до 1000 кН применяются для изготовления точных по массе таблеток диаметром Ø12÷100 мм и высотой 15÷200 мм. На рис. 2.36 представлена кинематическая схема работы машины. По конструкции она представляет собой автоматический однопозиционный пресс с приводом всех исполнительных механизмов от главного коленчатого вала. Эксцентрик при помощи тяги перемещает загрузочное устройство к матрице. В нее высыпается доза таблетируемого материала. Затем загрузочное устройство отводится назад, а пуансон, приводимый в движение через шатун, опускается вниз и прессует таблетку. После подъема пуансона эксцентрик при помощи тяги и выталкивателя выталкивает таблетку из матрицы.

Ротационные таблет-машины – многопозиционный пресс-автомат, в котором все операции осуществляются при не прерывном вращении ротора. Ротационные машины имеют высокую производительность от 6,6 до 338 тыс. шт/ч в зависимости от числа комплектов пуансонов и матриц, расположенных в роторе от 4 до 47). Усилие таблетирования не велико 60÷200 кН. Поэтому такие машины применяют для изготовления небольших таблеток Ø20÷40 мм. Таблетки отличаются по массе. На рис. 2.37 представлен общий вид отечественной машины марки МТ-3А (модернизация МТ-3А и МТР-6,5*2). На рис. 2.38 представлена циклограмма работы этой машины. Кинематика работы заключается в следующем. По окружности ротора на равных расстояниях один от другого расположены комплекты пресс-инструмента, состоящих из матриц и пуансонов верхнего и нижнего. Оси пуансонов параллельны оси вращения ротора. Пуансоны по мере вращения ротора совершают возвратно-поступательные движения в вертикальном направлении при помощи неподвижных направляющих-клиньев давления. Торцевые ролики верхних и нижних пуансонов при вращении ротора набегают на клинья давления и идет двух сторонне прессование.
Гидравлические таблет-машины представляют собой горизонтальный пресс-автомат. На таких машинах изготавливают таблетки повышенной массы Ø35÷230 мм и высотой 50÷190 мм. Машины можно использовать как 1-, 2- и 3-гнездные.

В зависимости от конструкции пресс-инструмента на гидравлической таблет-машине изготавливают круглые и прямоугольные таблетки. Усилие прессования от 120 до 1520 кН. Производительность их небольшая 350÷2100 шт/ч. На рис. 2.39 представлена принципиальная схема работы машины. Отечественные машины – марок МГТ-32, МГТ-63-1, МГТ-1000.

Шнековые (червячные) платикаторы, как самостоятельное оборудование, применяют в основном при переработке реактопластов. Они предназначены для получения пластицированных доз пресс-материала перед прессованием. Эффективность использования пластикаторов заключается в том, что изготовляются стабильные по массе таблетки. Они находятся перед прессованием в пластичном состоянии. Их применение существенно сокращает цикл прессования, дает возможность автоматизации процесса. По исполнению шнековые пластикаторы разделяются на горизонтальные, вертикальные и наклонные. Основной рабочий орган – обогреваемый цилиндр, внутри которого вращается шнек. На рис. 2.40 представлена принципиальная схема работы горизонтального пластикатора.

На рис. 2.41 представлена схема работы вертикального пластикатора волокнитов.

Так, отечественный шнековый пластикатор волокнитов типа ПВЧ-63В с часовой производительностью 60 кг/ч позволяет изготовлять таблетки Ø63, 85, 100 мм и высотой 50÷200 мм с максимальной массой 2100 г. Парк типоразмеров зарубежных шнековых пластикаторов большой и позволяет изготавливать таблетки с массой от 65 до 1580 г.

Аппараты для предварительного подогрева материалов

2.8 Аппараты для предварительного подогрева материалов
2.8.1 Цель предварительного подогрева
Полимерные материалы при их переработке в изделия предварительно нагревают, прежде всего, для интенсификации процесса производства. Так, предварительный нагрев термореактивных пресс-материалов (реактопластов) позволяет снизить давление и время прессования, увеличить текучесть материала, прессовать изделия со сложной и тонкой арматурой, удаляется влага и летучие вещества. Это способствует повышению диэлектрических свойств и уменьшению усадки изделия. При переработке термопластов предварительный нагрев применяется при формовании изделий на внутренней или внешней поверхности из листовых материалов и при сварке.
2.8.2 Способы предварительного нагрева
Предварительный нагрев осуществляют в шкафах-термостатах (конвективный нагрев), в контактных нагревателях (контактная теплопередача), инфракрасными нагревателями (радиационный нагрев), в генераторах токов высокой частоты (высокочастотный нагрев).

Термостаты применяются главным образом для подогрева реактопластов в виде порошка или гранул при температуре 80÷140 ⁰С в течение 5÷20 мин. Нагрев применяется электрический, паровой или воздушный. Паровой или воздушный применяется для регулирования содержания влаги в материале, что положительно влияет на усадку и устойчивость размеров пресс-изделий. Подогрев сухим воздухом (электрический) используется, когда необходимо получить изделия с хорошими диэлектрическими свойствами. Предварительный нагрев пресс-материала в термостатах в настоящее время в массовом производстве используется редко, т.к. самый продолжительный. Он может вызвать преждевременное отверждение реактопласта. При прессовании изделий большой массы из волокнитов является эффективным.

Инфракрасные нагреватели применяются при формовании на внутренней или внешней поверхности крупногабаритных изделий из листовых термопластов и при некоторых видах их сварки. Инфракрасный нагрев относится к радиационному типу нагрева (лучеиспускание). Применяют лампы с инфракрасным излучением или нагревательные спирали сопротивления.

Контактные нагреватели применяются при предварительном нагреве таблеток диаметром до 30 мм из реактопластов. Интенсивность нагрева почти в два раза выше, чем в термошкафах, т.к. осуществляется контактным способом теплопередачи.

На рис. 2.42 и рис. 2.43 представлены два типа контактных малогабаритных нагревателей. При их работе исключены радио- и телепомехи, которые имеют место при работе генераторов ТВЧ.

Генераторы токов высокой частоты. Контактный и тем более конвективный нагрев не обеспечивают равномерного распределения температуры в материале и высокой скорости нагрева. В современном производстве пресс-изделий из реактопластов распространен высокочастотный (диэлектрический) предварительный подогрев, обладающий следующими преимуществами по сравнению с другими методами нагрева:

высокая скорость;
равномерность и избирательность нагрева;
простота регулирования режимов нагрева;
возможность механизации и автоматизации технологических процессов.

Принцип нагрева реактопластов (полярных диэлектриков) токами высокой частоты заключается в следующем. В полярном диэлектрике каждая молекула имеет равное количество положительных и отрицательных зарядов. Они находятся в устойчивом равновесии. Если диэлектрики поместить в электрическое поле, то положительные заряды смещаются по направлению к отрицательному электроду, а отрицательные – к положительному. Происходит электрический сдвиг. В переменном электрическом поле этот сдвиг будет происходить с частотой, близкой к частоте этого поля. В материале возникают токи сдвига. При токах сдвига вследствие внутреннего молекулярного трения возникают диэлектрические потери, которые вызывают образование тепла. Количество тепла зависит от частоты электрического поля. При низких частотах поля в диэлектриках возникает небольшое количество тепла, а при высоких (15÷80 МГц) выделяется такое количество тепла, которое можно использовать для промышленного нагрева реактопластов. Поскольку преобразование электрической энергии в тепловую происходит по всей массе материала, то температурные перепады минимальны (рис. 2.44).
Нагрев материала происходит из центра объема материала. Высокочастотный нагрев эффективен при подогреве таблетированных пресс-материалов, т.к. скорость нагрева зависит от плотности материала.

Различные полимерные материалы, помещенные в переменное электрическое поле, нагреваются с разной интенсивностью. Критерием оценки поведения материала в высокочастотном электрическом поле является величина коэффициента диэлектрических потерь К, равного произведению диэлектрической проницаемости ε на тангенс угла диэлектрических потерь tgδ:

(2.5)

Удельная мощность, выделяемая в виде тепла в единице объема диэлектрического материала при нахождении его в электрическом поле, определяется как:

, (2.6)

где f – частота колебаний электрического поля, Гц; Е – напряженность поля, В/м.

Для предварительного нагрева полимерных материалов применяют различные типы генераторов токов высокой частоты. Они различаются выходной мощностью (0,63÷10 кВт) и работают на двух частотах 40,68 и 81,36 МГц. Также отличаются размерами: настольные и напольные шкафы. Масса нагреваемого материала от 0,08 до 1,6 кг.

На рис. 2.45 представлен график скоростей нагрева таблетированного пресс-материала различными способами.

Тема Т4 Технология и оборудование для изготовления изделий методом прессования

Дать понятия горячего прессования, компрессионного (прямого) или литьевого (трансферного)прессования.

Прессование – это технологический процесс изготовления изделий из полимерных материалов, заключающийся в пластической деформации материалов при действии на него давления и последующей фиксации формы изделия. Основной формующий инструмент пресс-форма, давление в которой создается прессом.

Если формуемый материал способен к пластической деформации без нагревания, то процесс ведется в холодной форме и носит название холодного прессования. В этом случае основным фактором образования прочного изделия являются силы электростатического притяжения, которые вступают в действие при сближении отдельных частиц на расстоянии 10^-8 см.

Формование в нагретой форме, т.е. горячее прессование, применяется, когда нагрев необходим для снижения вязкости материала перед подачей давления и когда фиксация формы изделия осуществляется:

- либо за счет реакции отверждения полимерной матрицы, протекающей при повышенной температуре (прессование реактопластов);

- либо при охлаждении отформованного изделия под давлением в форме (прессование термопластов).

Горячее прессование в зависимости от конструкции пресс-форм проводится методами компрессионного (прямого) или литьевого (трансферного)прессования.

Метод прессования широко применяется при переработке реактопластов, резиновых смесей, и ряде случаев при переработке высоковязких или высоконаполненных полимерных композиций на основе термопластов.

Компрессионное прессование реактопластов – наиболее распространенный и простой в аппаратурном оформлении метод. Он применяется при переработке высоконаполненных пресс-материалов на основе реакционно-способных олигомеров, содержащих до 40¸70 % наполнителя: пресс-порошков, волокнитов, слоистых пластиков. Его используют при изготовлении изделий конструкционного назначения, к которым предъявляются высокие требования по однотонности и точности и изделий массой свыше 1 кг. Прессование осуществляется в пресс-формах, конфигурация внутренней полости которой соответствует форме изделия. С конструкцией пресс-форм ознакомитесь в дисциплине “Расчет и конструирование оснастки и изделий из пластмасс и композиционных материалов”. Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования представлена на рис. 3.1.

При формовании изделий сложной конструкции, имеющих:

или малую толщину стенки, но достаточно большую высоту,
или тонкую сквозную металлическую арматуру применяется литьевое прессование. Это метод передавливания (впрыскивания) пресс-материала в оформляющую полость пресс-формы в размягченном (пластицированном) состоянии из загрузочной камеры формы через литниковые каналы. Этим методом перерабатываются быстроотверждающиеся реактопласты, а также высоковязкие и высоконаполненные термопласты. Литьевое прессование делится на два вида:

на собственно литьевое прессование, осуществляемое в пресс-форме с верхней загрузочной камерой, называемой передаточной;
на трансферное прессование, осуществляемое в пресс-форме с нижней загрузочной камерой и вспомогательным плунжером.

Схемы двух способов литьевого прессования представлены на рис. 3.2 и. рис. 3.3

Физико-химические основы формования изделий из реактопластов методом прессования

При прямом прессовании термореактивный пресс-материал, испытывая давление, которое передается через пуансон пресс-формы от усилия пресса:

во-первых, превращается в расплав в результате теплопередачи от нагретых формующих поверхностей матрицы и пуансона;

во-вторых, уплотняется и заполняет всю формующую полость пресс-формы;

в-третьих, отверждается в результате образования пространственной сетчатой структуры полимерной матрицы с выделением или без выделения тепла экзотермической реакции отверждения.

Таким образом, прессование можно рассматривать, как процесс нестационарного течения сплошной среды, сопровождающийся химическими превращениями материала, и его можно описать соответствующими уравнениями теплопередачи, гидродинамики и химической кинетики.

В уплотнении исходного пресс-материала в пресс-форме различают три стадии (рис. 3.5):

Сближение частиц;
Образование компактного тела (частицы сближаются настолько, что между ними возникают силы межмолекулярного и электростатического взаимодействия);
Объемное сжатие компактного тела.

Коэффициент уплотнения (отношение прироста плотности материала к приросту давления (P/) максимален на первой стадии и минимален на третьей. Практическое значение имеет вторая стадия уплотнения, для которой характерна следующая зависимость:

, (3.2.1)

где R – универсальная газовая постоянная; T- температура прессования; A и B – постоянные коэффициенты.

Течение пластицированного реактопласта и заполнение пресс-формы – это процесс, при котором давление на материал не остается постоянным.

Изменение давления в цикле формования наглядно показывает диаграмма “давление в форме – время” (рис. 3.6). На данной диаграмме можно выделить следующие участки.OK – начальный период смыкания пресс-формы. Для растекания не нагретого предварительно пресс-материала необходимо относительно длительное время прессования и повышенное давление (кривая 1). Участок KABC - окончательное смыкание пресс-формы. На отрезке AB давление снижается из-за растекания материала по всей формующей полости. ТочкаB соответствует началу отверждения материала. Последний подъем давления (отрезок BC) связан с замыканием пресс-формы. Отверждение пресс-материала

6

происходит при практически постоянном давлении (отрезокCD). При размыкании формы давление резко снижается (отрезокDN).

Для прессования реактопластов, предварительно нагретых ТВЧ, требуется значительно меньшее давление (кривая 2). В этом случае оно повышается до момента полного смыкания формы (точка F), продолжительность отверждения (отрезокFG) и всего цикла прессования сокращается. Еще более эффективно прессование материала, предварительно пластифицированного в червячном пластикаторе (кривая 3), поскольку такой материал находится практически в вязко-текучем состоянии. Давление смыкания (точка E) еще ниже, чем точка F на кривой 2.

Теплохимические процессы отверждения реактопластов при прессовании. Процесс нагрева пресс-материала от формующих поверхностей матрицы и пуансона (теплопередача) первичный процесс (рис. 3.7), т.е. материал разогревается от начальной температуры T_н и переходит в вязко-текучее состояние. Затем химический – отверждения. Эти процессы начинают протекать одновременно, когда материал прогреется до определенной температуры. Данная температура называется температурой начала интенсивного отверждения T_1.Температурой начала интенсивного отвержденияT_1. – это температура, при которой процесс отверждения начинает протекать с заметной скоростью.

Характер изменения температуры в объеме прессуемого изделия за время выдержки будет определяться: отверждается ли данный реактопласт без выделения или с выделением тепла экзотермической реакции.

Для пресс-материалов, отверждающихся без выделения экзотермического тепла (на основе КФО, КОС, ПИ), термограмма процесса отверждения имеет следующий вид (рис. 3.7а). После загрузки пресс-материала в пресс-форму и его уплотнения под давлением пуансона сначала прогреваются наружные слоиT_{н с}, а через некоторое время и внутренние слои T_{в с}. В это время наружные слои в зависимости от толщины изделия (h) и температуры прессованияT_п имеют температуру порядка 120150 ⁰С. Также вперед начинают отверждаться наружные слои после их разогрева выше температуры начала интенсивного отверждения T₁, а потом и внутренние слои. После прогрева наружных, а затем и внутренних слоев выше T₁ начинают протекать одновременно два процесса: нагрева от T₁ до T_п и отверждения полимерной матрицы в этом интервале температур нагрева, т.е. в неизотермических условиях (не при постоянной температуре). Когда весь объем прессуемого изделия прогреется до температуры прессованияT_п, то уже при этой температуре идет доотверждение в изотермических условиях (при постоянной температуре) до конечной заданной степени отверждения.

При прессовании реактопластов, отверждающихся с выделения экзотермического тепла (на основе ФФО, ЭС, НПС и их модификаций), термограмма процесса отверждения имеет следующий вид (рис. 3.7б). До температуры начала интенсивного отвержденияT₁, нагрев материала происходит, как и в первом случае (рис. 3.7а). После T₁ прогрев ускоряется за счет выделения тепла экзотермической реакции отверждения. Температуры прессования T_п все слои изделия достигают практически одновременно. Затем температура внутренних слоевT_в.с превышает температуру прессования. Величина температурного градиента (T = T_ц.с - T_п) зависит типа связующего и его содержания, вида наполнителя (влияет на теплопроводность материала), толщины изделия и температуры прессования. Величина Tможет превышать 200 ⁰С (особенно для ЭС и нПЭф). Из рис. 3.7б следует, что процесс отверждения происходит в неизотермических условиях.

Оба процесса нагрева и отверждения, протекающие при прессовании реактопластов, характеризуются следующей системой дифференциальных уравнений:

(3.2.2)

где a – коэффициент температуропроводности, м²/с;

Q– количество экзотермического тепла, кДж/кг;

с – удельная теплоемкость, кДж/(кгК);

 - плотность материала, кг/м³;

 - степень отверждения;

U – кажущееся энергия активации процесса отверждения, кДж/моль;

R – универсальная газовая постоянная, кДж/(мольК);

T() – закон изменения температуры в материале в процессе прессования;

f() = ^m(1-)ⁿ – степенной закон изменения степени отверждения, mи n– показатели порядка реакции.

Первое уравнение Фурье – уравнение теплопроводности характеризует процесс нагрева материала с учетом тепла экзотермической реакции. Второе уравнение – уравнение химической кинетики характеризует процесс отверждения на основе закона Аррениуса.

На основании данной системы уравнений рассчитывается время выдержки (время прессования) изделия в пресс-форме до достижения необходимой степени отверждения или заданных эксплуатационных свойств.

Как показывает эта система, время выдержки (время прессования) является функцией следующих параметров процесса прессования:

, (3.2.3)

где h – толщина изделия;  - коэффициент, определяющий скорость нагрева в зависимости от формы изделия; ₀– время отверждения материала при температуре стандартных испытаний T₀.

Конструкции и классификации прессов

3.3 Конструкции и классификации прессов
Для изготовления изделий из реактопластов методом прессования основным видом оборудования являются пресса. Исходя из целевого назначения, прессовое оборудование классифицируется по многим конструктивно-технологическим признакам.

Прежде всего пресса классифицируют по типу станины и виду привода. По типу станины прессы делятся на колонные, рамные, челюстные.

Колонные прессы бывают двух-, четырех- и многоколонные (рис. 3.8). Рамные (рис. 3.9) и челюстные (рис. 3.10) могут быть двух- и многостоечные. При этом каждая из стоек вырезается из листового проката. Челюстные прессы применяются в тех случаях, когда при изготовлении изделий необходим доступ к пресс-форме с трех сторон, например, при прессовании изделий из пенопластов.

По виду привода прессы делятся на механические, гидромеханические, гидравлические.

К механическим прессам относятся винтовые, коленорычажные, эксцентриковые и ротационные. Их целесообразно применять для изготовления мелких деталей при больших скоростях прессования, коротких выдержках и небольших усилиях прессования. В промышленности пластических масс механические прессы нашли наибольшее применение для таблетирования пресс-материалов, а также в конструкциях некоторых пресс-автоматов.

Гидромеханические прессы позволяют, используя рычажные механизмы, получить в начале рабочего хода большую скорость смыкания и небольшое усилие на рабочей плите (от механического привода), а в конце рабочего хода – большее усилие при небольшой скорости смыкания. Гидромеханические прессы имеют высокую производительность, но конструктивно сложней, чем гидравлические, и дороже.

Гидравлические прессы имеют ряд преимуществ по сравнению с механическими и гидромеханическими прессами. Обеспечивают возможность определять и в широких пределах регулировать усилие прессования. Позволяют регулировать величины и скорости рабочего хода, а также осуществлять выдержку под давлением и ее регулирование. В гидропрессах обеспечивается независимость величины усилия прессования от хода пресса, отсутствует жесткая связь пресса с приводом.

Общее устройство и работа гидравлического пресса

3.4 Конструкционная классификация гидравлических прессов
На заводах промышленности пластических масс применяются гидропрессы с размерами рабочего стола от 200×200 мм до2500×10000 мм, с ходом подвижной плиты от 20 мм до 4000 мм. Гидравлические прессы имеют комбинированную систему низкого и высокого давления от 2 до 4 МПа во время замыкания пресс-формы и от 10 до 55 МПа в процессе прессования.

Гидравлические прессы подразделяются в зависимости от:

усилия прессования – прессы малой мощности от 250 до 10000 кН и большой мощности от 10000 до 50000 кН;
конструкции станины – колонные и рамные;
типа привода – с индивидуальным и групповым приводом; в последних – давление в гидроцилиндрах создается от гидрокомперссорных аккумуляторных станций;
направления закрытия пресс-формы – вертикальные, горизонтальные и угловые;

направления главного рабочего усилия – с вертикальным, нижним и комбинированным давлением;
количества главных рабочих гидроцилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые;
конструкции главного гидроцилиндра – прессы с цилиндром одностороннего действия и возвратными (ретурными) цилиндрами, прессы с цилиндром двухстороннего действия, снабженного дифференциальным плунжером;
количества прессующих плит – одноэтажные, двухэтажные и многоэтажные;
периодичности работы – прессы циклические и карусельные;
способа управления – с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

3.5 Общее устройство и работа гидравлического пресса

Рассмотрим на примере рамного пресса с верхним давлением (рис. 3.9). Рама пресса сварная и состоит из двух стоек, связанных поперечными плитами (две плиты сверху и две плиты снизу). В верхней части жестко закреплен главный гидроцилиндр пресса (рис. 3.11).

В цилиндре движется дифференциальный плунжер с прикрепленным к нему штоком. Плунжер и шток уплотняются с гидроцилиндром манжетами. Шток соединен с подвижной плитой. Она перемещается по направляющим, прикрепленным к стойкам. К подвижной плите и рабочему столу прикреплены стальные рабочие плиты с пазами для крепления пуансона и матрицы пресс-формы. В нижней части рамы пресса расположен выталкиватель, состоящий из гидроцилиндра, дифференциального плунжера с уплотняющими манжетами и штока. Для ограничения хода подвижной плиты и штока выталкивателя предусмотрены конечные выключатели.

Главный гидроцилиндр и гидроцилиндр выталкивателя соединены с индивидуальным гидроприводом (рис. 3.12). Он состоит из масляного бака, куда заливается масло через фильтр, двух насосов – поршневого высокого давления и шестеренного низкого давления, электродвигателя и гидравлической аппаратуры управления. Она состоит из гидропанели, регулятора промежуточного давления и предохранительного клапана. Клапанами, находящимися в гидропанели, управляют электромагниты. Управление гидропрессами сводится к распределению рабочей жидкости по цилиндрам пресса при помощи различного вида распределителей (дистрибуторов). При этом управление может быть ручным, полуавтоматическим и автоматическим.

Распределители изготовляются трех видов: шпиндельные, золотниковые и клапанные. В прессах с индивидуальным гидроприводом применяются клапанные дистрибуторы для автоматического управления прессом. Работой клапана управляет соленоидная электромагнитная катушка.

Технологический расчет пресса

3.8 Технологический расчет пресса
Основным параметром, используемым для характеристики, является номинальное усилие прессования.

Определение усилия пресса

Номинальное усилие Q_н пресса определяется:

, (3.8.1)

где Р_н– номинальное (расчетное) давление рабочей жидкости в гидроцилиндре; D – диаметр главного плунжера пресса.

Эффективное усилие Q_эффпресса (фактическое) равно:

, (3.8.2)

где Р_max– максимальное давление рабочей жидкости в гидроцилиндре; G – вес подвижных деталей пресса (главного плунжера, подвижной плиты и пуансона пресс-формы), G = 9,81m; m – масса деталей; T – потери на трение в уплотнении; R – потери усилия пресса вследствие противодавления возвратных цилиндров (в колонных прессах) или штоковой части (дифференциального плунжера).

1 2 3 4 5 6 7 8