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.
• Имя файла: Вопросы к зачету_БВГ(2023).docx
• Тип: Документы; #1068474
• страница: 4 из 8

Потери на трение в уплотнениях из кожаных или резиновых манжет:

, (3.8.3)

где h – высота соприкосновения манжет с плунжером; f – коэффициент трения материала манжет плунжера (для краснодубной легкой кожи f=0,06; хромовой кожи f=0,08; резины f=0,010,02; прорезиненной ткани f=0,1).

Потери на трение в уплотнениях манжет на основе пластиката ПВХ:

, (3.8.4)

где f – коэффициент трения, равный 0,350,45;q – контактное давление от предварительного натяга манжет [принимается равным (0,981,96) МПа, а при малых давлениях жидкости, учитывая предварительную затяжку манжет q=(1,964,9) МПа)].

Усилие противодавления в возвратных цилиндрах:

, (3.8.5)

где d – диаметр возвратного плунжера; n – количество возвратных плунжеров; T₁ – потери на трение в уплотнениях возвратных цилиндров:

, (3.8.6)

где h – высота уплотнения; k – усилие трения на единицу трущейся поверхности набивки, k=(0,0390,127) МПа.

Усилие противодавления в штоковой части дифференциального плунжера:

, (3.8.7)

где d– диаметр штока плунжера, (n=1).

6. 
   Входной контроль качества пресс-материалов (технологические свойства реактопластов)
   

3.9.2 Входной контроль качества пресс-материалов

(технологические свойства реактопластов)

Одной из первых технологических операций процесса прессования изделий из реактопластов является входной контроль качества пресс-сырья. Контроль качества сырья проводится как в целях проверки его соответствия техническим условия (ГОСТ или ТУ), так и с целью уточнения режимов подготовки сырья и режимов его переработки методом прессования. Качество сырья оценивают по технологическим и основным физико-механическим и другим конструкционным (или другим эксплуатационным) свойствам, показатели которых определены ГОСТ или ТУ на данный пресс-материал.

Технологические свойства – это свойства пресс-материала в исходном неотвержденном состоянии, определяющие его состав и перерабатываемость в изделия. У пресс-материалов (пресс-порошков и пресс-волокнитов) на основе термореактивных связующих определяют следующие технологические свойства:

1. Содержание влаги и летучих веществвлияет на текучесть материала; большое количество влаги и летучих приводит к образованию вздутий и пор в отпрессованных изделиях. Методика определения основана на фиксации потери массы испытуемого пресс-материала при нагревании в термошкафу при температуре 105 ⁰С или 105 ⁰С (в зависимости от типа и марки материала) в течение 120 или 30 мин. Навеска берется в бюксах по 35 г. Относительное содержание влаги и летучих веществ (%) вычисляют по формуле (среднее арифметическое по 23 определениям.):

, (3.9.6)

где g₀ – масса бюкса, г; g₁ и g₂ – масса бюкса с материалом до и после сушки, г.

2. Содержание связующего.Более точно можно определить содержание полимерной матрицы в полимерных материалах с неорганическими наполнителями. Методика основана на фиксации потери массы испытуемого материала при нагревании (прокаливании) в муфельных печах при температуре 500600⁰С, выдерживая его до полного выгорания связующего. Навеска по 35 г берется в прокаленных керамических тиглях. Содержание полимерного связующего (%) рассчитывают по формуле:

, (3.9.7)

где g_т – масса прокаленного тигля, г; g₁ и g₂ – масса тигля с материалом до и после выжигания, г; x – содержание влаги и летучих веществ в материале, %.

Если в состав полимерной матрицы входит кремнийорганическое или элементоорганическое связующее, то при расчете содержания связующего вводят поправку K, учитывающей его зольность полимера после выжигания:

, (3.9.8)

3. Содержание растворимой части связующего характе­ризует содержание в термореактивном связующем олигомера, находящегося в стадии А (резола). Методика основана на экстракции соответствующим растворителем растворимой части связующего из реактопласта. Применяют два метода экстрагирования (навеска материала в 35 г):

• 
  экстрагирование в течение 24 ч в 200 мл растворителя;
  
• 
  в аппарате Сокслета в течение 6 ч (рис. 3.26).
  

Содержание растворимой части связующего в пресс-материале (%) рассчитывают по формуле:

, (3.9.9)

где g_п – масса абсолютно-сухого патрона, г; g₁ – масса а.с. патрона с материалом до экстрагирования, г; g₂ – масса а.с. патрона с материалом после экстрагирования и сушки до постоянной массы (при 105 ⁰С), г; x – содержание влаги и летучих веществ в материале, %.

4. Гранулометрический состав пресс-порошков характеризуется размером их частиц и соотношением между количеством частиц разных размеров (фракционный состав). Для определения гранулометрического состава пресс-порошков используют ситоанализаторы с набором сит с размерами ячеек 1,0; 0,5; 0,25; 0,!8 мм, через которые просеивают пробу пресс-порошка. Затем определяют массу частиц порошка (массу фракции), оставшихся на каждом сите. Рассеивают такое количество пресс-порошка, чтобы получалось по 0,2 кг каждой фракции. Для фенопластов оптимальным является следующий гранулометрический состав:

5. Сыпучесть пресс-материалов с дисперсными наполнителями называется способность данных материалов равномерно высыпаться из какой-либо емкости (бункер, питатель). Сыпучесть пресс-материалов обуславливается их гранулометрическим составом и влажностью. Чем однороднее материал по составу, чем меньше его влажность и содержание в нем пыли, тем лучше его сыпучесть. Применяются три методики определения.

5.1. Определение сыпучести по времени опорожнения стандартной воронки (для пресс-порошков). Методика основана на определении времени, необходимого для опорожнения стандартной металлической конической воронки с отверстиями диаметром от 4 до 10 мм (набор воронок) и углом при вершине 60⁰, вмещающей 120 г материала (рис. 3.27).

Время (с), в течение которого высыпается загруженная порция пресс-порошка, характеризует сыпучесть прес-порошка. Сыпучесть можно охарактеризовать так же отношением массы материала времени опорожнения (кг/мин или г/с).

5.2. Определение сыпучести по углу обрушения (для пресс-материалов с крупнодисперсным наполнителем). Углом обрушения называется угол между горизонтальной плоскостью и образующей конуса, полученного при обрушении слоя сыпучего материала, высыпающегося через отверстие в горизонтальной плоскости (рис. 3.28).

Для определения угла обрушения испытуемый материал насыпают в прямоугольный короб равномерным слоем высотой 100 мм. Открывают задвижку в дне короба (набор задвижек с отверстиями различного диаметра) дают материалу высыпаться. Образуется конус. Измеряют расстояние между образующей конуса и стенкой короба АВ и вычисляют расстояние СВ (ОD-АВ).

Угол обрушения (⁰) определяют по формуле

, (3.9.11)

5.3. Определение сыпучести по углу естественного откоса.Методика основана на измерении угла между горизонтальной плоскостью и образующей конуса, самопроизвольно создаваемого сыпучим материалом. Для определения сыпучести пользуются приспособлением (рис. 3.29). На основании нанесены концентрические окружности диаметром от 100 до 500 мм (шаг 10 мм). На стойке со шкалой для измерения высоты перемещается планка. Полый цилиндр (100×300 мм) устанавливают на основание, совмещая его с окружностью 100 мм. Насыпают в него пресс-материал и поднимают строго вертикально вверх. Рассыпаясь, пресс-порошок приобретает форму, близкую к конической. Фиксируя высоту конуса h (мм) и диаметр основания конуса D (мм), по среднему

значению 56 измерений рассчитывают показатель сыпучести – угол естественного откоса (⁰):

, (3.9.12)

Коэффициент внутреннего трения М, также характеризует сыпучесть и определяется по формуле:

, (3.9.13)

7. 
   Объемные характеристики пресс-материала
   

6. Объемные характеристики пресс-материала

6.1. Насыпная плотностьвыражается массой единицы объема исходного (неотвержденного) пресс-материала;

6.2. Удельный объем выражается объемом единицы массы пресс-материала, т.е. обратно пропорциональная величина насыпной плотности.

Определение этих показателей для пресс-порошков проводится следующим образом. Пробу пресс-порошка через воронку ссыпают в измерительный цилиндр вместимостью 100 см³. Избыток материала удаляют линейкой и цилиндр с материалом взвешивают. Насыпную плотность (кг/м³) и удельный объем (м³/кг) вычисляют по формулам:

, (3.9.14)

, (3.9.15)

где g₁ – масса измерительного цилиндра с пресс-порошком, г; g_ц – масса пустого цилиндра, г.

Насыпная плотность и удельный объем волокнистых пресс-материалов, которые представляют собой в исходном состоянии рыхлую массу, определяются по следующей методике. В цилиндр 100 мм и объемом 1000 мл помещают пресс-материал и частично его уплотняют поршнем массой 2,3 кг. Замеряют высоту уплотненного материала. Насыпную плотность (кг/м³) и удельный объем (м³/кг) вычисляют по формулам:

, (3.9.16)

, (3.9.17)

где d – диаметр цилиндра, мм; h – высота уплотненного пресс-материала, мм.

6.3. Коэффициент уплотнения представляет собой отношение плотности отформованного изделия к насыпной плотности, т.е. показывает насколько пресс-материал уплотняется в процессе формования изделия. Коэффициент уплотнения вычисляют по формуле:

, (3.9.18)

где ρ – плотность отформованного (прессованного) изделия, кг/м³

Объемные характеристики зависят от плотности и формы частиц, гранулометрического состава, влажности и других факторов, В зависимости от показателей ρ_н, V_уд и k_у рассчитывают размеры загрузочных камер пресс-форм, бункеров и некоторые параметры перерабатывающего и транспортного оборудования.

7. Таблетируемость пресс-материала определяет его склонность уплотнятся без спекания или сплавления. Она зависит от размеров частиц и однородности гранулометрического состава, а также от содержания влаги, растворимой части связующего и смазывающих веществ в материале. Таблетируемость проверяют на таблет-форме (рис. 3.30) для двухстороннего прессования, позволяющей получать таблетки Æ20 мм и высотой до 15 мм. В таблет-форму помещают 7,5 г пресс-материала и устанавливают между плитами пресса. Начальное давление таблетирования 30 МПа. Последующие запрессовки проводят при давлении, превышающем предыдущее на 15 МПа. Выдержка под давлением не менее 30 с.

Определяют плотность и прочность таблеток. Для этого штангенциркулем измеряют диаметр и высоту таблеток с точностью до 0,1 мм. Массу таблеток определяют на технических весах с точностью до 0,01 г. Плотность таблеток (кг/м³) вычисляют по формуле:

, (3.9.19)

где G_т – масса таблетки, г; d и h – диаметр и высота таблетки, мм.

Прочность таблетки из пресс-порошков определяют путем вдавливания в нее стального шарика Æ5,5 мм. За прочность таблетки принимают усилие, при котором происходит ее разрушение. Таблетки пригодны для переработки, если их прочность не ниже 785 Н. Фиксируется давление таблетирования, при котором достигается данная прочность.

8. Температура размягчения пресс-материала определяется на визкозиметре с плоскопараллельными плитами (рис. 3.31). Таблетку Æ20 мм и толщиной 3 мм нагревают между плитами пресса под давлением 0,3 МПа. При этом следят за стрелкой индикатора, показывающего изменение толщины таблетки. За температуру размягчения Т_р принимают такую температуру, при которой происходит резкое уменьшение толщины таблетки. Температуру размягчения определяют для выбора режима предварительного подогрева пресс-материалов и режимов таблетирования волокнистых пресс-материалов.

9. Текучесть пресс-материалов определяет их способность к заполнению пресс-формы при прессовании, т.е. это способность пресс-материала растекаться между формующими поверхностями пресс-форм под действием приложенного давления при его разогреве, когда материал находится в вязко-текучем состоянии. Текучесть зависит от типа связующего и вида наполнителя, содержания влаги и растворимой части связующего, количества и типа смазывающего вещества, скорости отверждения пресс-материала и температуры пресс-формы.

Стандартным методом определения текучести пресс-материалов является капиллярный метод Краля-Рашига (текучесть по Рашигу) и заключается в прессовании стандартного стержня и измерении его длины. Текучесть по Рашигу является относительной величиной.

Определение текучести проводят в пресс-форме Рашига (рис. 3.32), имеющей конический канал для формования стержня. Нетаблетированную навеску или таблетку материала в 7,5 г помещают в загрузочную камеру пресс-формы, предварительно нагретую до температуры испытаний. Затем опускают пуансон и дают давление 30 МПа, время выдержки 3 мин. Материал в течение этого времени переходит в вязко-текучее состояние, течет, заполняя канал формы, и отверждается. После окончания выдержки снимают давление, распрессовывают форму и извлекают образец-стержень. За текучесть по Рашигу принимают длину плотной части стержня (мм).

10. Время отверждения (выдержки) – это время, необходимое для перехода реактопласта в неплавкое и нерастворимое состояние при температуре прессования. Время отвержения зависит как от состава пресс-материала (типа связующего и отвердителя и его количества), так и от технологических факторов: температуры формы, толщины изделия и т.д. Для сравнительной оценки качества различных партий пресс-материала относительное время отверждения (выдержки) устанавливают по запрессовке стандартного конусного стаканчика (рис. 3.33) в определенных условиях. За время отверждения (с) принимают минимальное время выдержки от момента смыкания пресс-формы до извлечения качественного по внешнему виду (глянцевого) стаканчика.

11. Пластометрические испытания реактопластов.

Наиболее полную технологическую характеристику реактопласта получают при вискозиметрических испытаниях на пластометрах системы Канавца (рис. 3.34). К основным технологическим показателям термореактивных пресс-материалов, определяемых на пластометре относят вязкость (напряжение сдвига материала в вязко-текучем состоянии), время нахождения материала в вязко-текучем состоянии (текучесть), время отверждения при температуре стандартных испытаний, а также зависимость этих характеристик от температуры прессования и скорости сдвига.

Метод заключается в испытании пресс-материала, помещенного в нагретую пресс-форму пластометра и подвергнутого однородному сдвигу в узком зазоре между коаксиальными цилиндрами (прибор ППР-1) или конусами (прибор ПМР-1) при заданных температуре, давлении и постоянной скорости сдвига. При этих условиях испытания в материале устанавливается равновесное напряжение сдвига, замеряемое силоизмерительным устройством, а записывающий прибор вычерчивает график (пластометрическую кривую) в координатах “напряжение сдвига – время”. По пластометрической кривой определяют следующие параметры процесса отверждения реактопласта (рис. 3.35):

-время вязко-текучего состояния - τ_втс (с);

-время отверждения при температуре стандартных испытаний Т₀ – τ_о (с);

- предел текучести– τ_сд (МПа).

Предел текучести –сопротивление сдвигу в период нахождения материала в вязко-текучем состоянии. Снимая пластометрические кривые при различных температурах прессования, можно определить кажущуюся энергию активации процесса отверждения (кДж/моль) реактопласта:

, (3.9.20)

12. Контроль скорости и степени отверждения реактопластов. В процессе формования изделий из реактопластов контроль скорости и глубины (степени) отверждения позволяет регулировать их структуру и свойства, оптимизировать технологические

параметры переработки. Для контроля скорости и глубины отверждения чистых связующих используют различные методы:

• 
  оценка изменения вязкости реакционной системы;
  
• 
  определение степени конверсии (превращения) функциональных групп реакционно-способных олигомеров;
  
• 
  определение содержания гель-фракции (или золь-фракции) экстракцией в растворителе (в аппарате Сокслета);
  
• 
  определение степени отверждения по плотности полимерной сетки.
  

Однако реактопласты представляют собой сложные гетерогенные системы, в которых наряду с процессами отверждения протекают адсорбционные, диффузионные, стеклования и другие физико-химические процессы. Они не позволяют однозначно перенести информацию о кинетике отверждения чистого связующего на отверждения композиционного материала. Поэтому наибольший интерес для технологического контроля отвержедения реактопластов имеют те методы, которые позволяют оценивать кинетику процесса в присутствии наполнителей, модифицирующих добавок и моделировать условия, возникающие при формовании изделий. К таким методам относятся:

• 
  метод динамических (механических) потерь;
  
• 
  метод ротационной вискозиметрии (в т.ч. пластометрический Канавца);
  
• 
  оценка деформационной теплостойкости;
  
• 
  дилатометрический метод (определение удельного объема композиции);
  
• 
  метод диэлектрических потерь;
  
• 
  калориметрические (тепловые) методы (по количеству выделяющегося экзотермического тепла);
  
• 
  магнетохимический метод.
  

13. Усадка – одна из важных не только технологических, но и конструкционных характеристик полимерного материала. Под усадкой понимают уменьшение объема (объемная усадка) или размеров (линейная усадка), происходящих при отверждении или охлаждении материала в изделии. Оценка величины линейной усадки проводится на дисках стандартного размера

(Æ100 мм). Практически важно отличать действительную и расчетную линейные усадки, характеризующие изменение размеров детали. Схема образования усадки приведена на (рис. 3.36).

Действительная усадка:

• 
  абсолютная величина действительной усадки (мм):
  

; (3.9.21)

• 
  относительная величина действительной усадки (%):
  

; (3.9.22)

Расчетная усадка:

• 
  абсолютная величина расчетной усадки (мм):
  

; (3.9.23)

• 
  относительная величина расчетной усадки (%):
  

. (3.9.24)

Значения усадки могут колебаться в некоторых пределах, т.е., например, величина относительной расчетной усадки приобретает значения х_minи x_max. Разность между ними Δх есть допуск относительной расчетной усадки.

8. 
   Выбор давления и расчет усилия прессования
   

Поскольку при прессовании изделий из пресс-материалов не происходит гидростатической передачи давления (как при сжатии жидкостей или газов), то расчетная величина давления определяется как усилие, приходящееся на единицу площади горизонтальной проекции изделия. Оно является лишь условной характеристикой фактического давления в данной точке.

При прессовании изделий из реактопластов давление, необходимо для:

• 
  обеспечения течения расплава, т.е. формования изделия;
  
• 
  уплотнения пресс-материала;
  
• 
  противодействия усадочным явлениям;
  
• 
  удаления воздуха, летучих веществ из материала.
  

Уровень давления прессования, которое необходимо для обеспечения заданной плотности и эксплуатационных свойств изделия, зависит от типа перерабатываемого материала, его вязко-пластических свойств (текучести) и в какой-то мере от количества выделяющихся летучих веществ. В литературе вы встретите, что уровень давления прессования зависит от формы изделия и отношения высоты заполнения к толщине стенки. На первый взгляд это действительно так. Чем больше это отношение, тем выше должно быть давление прессования. При таком подходе к выбору давления и расчета усилия прессования не учитываются реологические аспекты процесса прессования изделий различной формы.

Выбор давления прессования. Давление прессования определяется опытным путем. Нижний его предел, так называемое минимальное давление определяют при прессовании плоских стандартных образцов-пластин, при формовании которых почти не затрачивается усилие на обеспечение процесса течения пресс-материала между оформляющими поверхностями матрицы и пуансона, т.е. происходит только уплотнение прессуемого материала. В обычной практике выбора давления делают серию запрессовок плоских образцов при различных давлениях, а затем определяют их плотность. Строят график ρ=f(p). Давление прессования, как усилие, приходящееся на единицу площади горизонтальной проекции изделия, при котором достигается предельная плотность ρ_* и принимается как минимальное давление .
Расчет усилия прессования. На практике распространена методика определения усилия прессования как произведение давления прессования на площадь горизонтальной проекции изделия (рис. 3.50):

, (3.13.9)

При прессовании изделий сложной формы, с высокими стенками давление в различных точках детали неодинаковое. На его распределение влияет текучесть при данной температуре прессования, высота стенок изделия и их толщина. Для обеспечения достаточной плотности и других физико-механических свойств изделия давление прессования во всех точках пресс-формы должно быть не менее минимального . При прессовании такого изделия усилие требуется не только уплотнить пресс-материал, но и обеспечить процесс его течения между оформляющими поверхностями пуансона и матрицы.

Таким образом, необходимо преодолеть сопротивление расплава материала процессу течения. Знание сопротивления материала сдвигу (предела текучести τ_сд) позволяет рассчитать распределение давления и найти усилие прессования. В общем случае усилие прессования определяется как проекция равнодействующих сил, приложенных к пуансону (или матрице):

, (3.13.10)

где S – поверхность пуансона (или матрицы), контактирующая с пресс-материалом; p – давление как функция координат точек поверхности; α – угол между направлением прессования и внешней нормалью поверхности S.

Разбивая любое осесимметричное изделие на типовые элементы и интегрируя уравнение (3.13.10), можно представить минимальное усилие прессования в виде:

, (3.13.11)

где p_* – минимальное давление прессования; τ_сд – предел текучести пресс-материала; А и В – коэффициенты, зависящие от геометрии изделия и пресс-формы. Коэффициент А можно принять равным площади горизонтальной проекции изделия. Коэффициент В зависит от площади оформляющей поверхности пуансона и матрицы и зазора между ними (толщины стенки изделия):

, (3.13.12)

где S_б.п. – площадь боковой поверхности пуансона м²; S_н.п. – площадь нижнего основания пуансона, м²; H – высота формующей части пуансона, м; h_б – толщина боковой стенки изделия, м; h_о – толщина изделия в нижнем основании пуансона, м; d – диагональ основания пуансона, м; α – угол между направлением прессования и внешней нормалью боковой поверхности S_б.п..

Для изделий сложной формы расчетный метод определения усилия прессования по ф.(3.13.11) может оказаться неэффективным. В этом случае целесообразно использовать расчетно-экспериментальный метод, состоящий в следующем.

При опытных запрессовках пресс-материала двух партий, отличающихся по показателям p_* и τ_сд, измеряют усилие необходимое для качественного оформления изделия. Получают уравнения:

, (3.13.13)

где F₁ и F₂ – усилия прессования изделия для двух партий материала; - минимальные давления прессования и предела текучести для партий (1) и (2) соответственно.

Давление и усилие при литьевом прессовании определяются с учетом потерь давления в литниках Δp_л и давления, которое необходимо создать в формующей полости формы:

(3.13.14)

где p_* - давление в форме, равное минимальному давлению для компрессионного прессования.

Общий перепад давления в литниковой системе определяют как сумму перепадов на всех ее участках:

(3.13.15)

Методика расчета Δp_л и размеров литниковых каналов дана в [6, с. 267-269]. При правильно выбранных размерах литниковых каналов Δp_л должен быть равен: Δp_л≤40÷50 МПа.

При литьевом прессовании усилие прессования должно быть равно:

(3.13.16)

В формах с верхней (передаточной) загрузочной камерой для предотвращения раскрытия формующей полости при поступлении в нее расплава площадь загрузочной камеры S_з.к. должна быть больше, чем площадь изделий и литников:

, (3.13.17)

где S_изд – площадь изделия в плоскости разъема формы; n –число гнезд в формующей полости; S_л – площадь литников в плоскости разъема.

В формах с нижней загрузочной камерой при трансферном прессовании усилие смыкания создается верхним гидроцилиндром и должно быть равно:

, (3.13.18)

Н.И. Басов [5] предлагает следующую формулу расчета усилия прессования при известных размерах литьевого пуансона и литниковой системы:

, (3.13.19)

где D – диаметр литьевого пуансона, d – диаметр литникового канала; L – ход литьевого пуансона; f – коэффициент трения пресс-материала о сталь,f = 0,2÷0,3.

9. 
   Прессование декоративных и двухцветных изделий