Курс лекций по дисциплине Технология и оборудование переработки полимеров и эластомеров для студентов дневной и заочной форм обучения
 Скачать 2 Mb.
|
Министерство образования и науки Украинытехнологический институт ВосточноукраинскОГО национальнОГО университета имени Владимира Даля (г. Северодонецк)Курс лекций по дисциплине «Технология и оборудование переработки полимеров и эластомеров» для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 6.091612 –Технология переработки полимеров (часть 1) Утверждено на заседании кафедрытехнологии полимеров Протокол № _1_ от_28.08.2009 г._ Северодонецк - 2009 Курс лекций по дисциплине «Технология и оборудование переработки полимеров и эластомеров» (часть 1) для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 6.091612 – Технология переработки полимеров/Сост. Е.П.Шарун – Северодонецк, ТИ, 2009 – 118 с.Приведены материалы, необходимые для изучения дисциплины «Технология и оборудование переработки полимеров и эластомеров» по следующим темам: - основные подготовительные операции, предшествующие процессам переработки полимерных композиций в изделия; - изготовление полимерных изделий методом каландрования и экструзии; - теоретические и технологические особенности процесса вулканизации, как процесса переработки каучука в резину с целью получения резинотехнических изделий широкого спектра использования; - изготовление полимерных изделий методом литья под давлением Составитель: Е.П.Шарун, доц. Ответственный за выпуск: зав. кафедрой технологии полимеров Ю.П.Кудюков, проф. Рецензент В.Т.Мякухина, доц. Оглавление стр. 1. Введение……………………………………………………………………...4 2. Лекция №1. Вводная лекция………………………………………….……..6 3. Лекция №2. Подготовка полимерных композиций к переработке………………………………………………………………..10 4. Лекция №3. Аппаратурное оформление стадии смешения ингредиентов полимерных композиций…………………………………...15 5. Лекция №4. Декристаллизация и пластикация каучуков…………….…...19 6. Лекция №5. Изготовление полимерных изделий каландрованием………………………………………………………..….....23 7. Лекция №6. Аппаратурное оформление процесса каландрования…………………………………………………………....….26 8. Лекция №7. Изготовление полимерных изделий методом экструзии…...29 9. Лекция №8. Аппаратурное оформление процесса экструзии………….…34 10. Лекция №9. Экструзия на специализированных агрегатах…………..….39 11. Лекция №10. Основные способы производства полимерных пленок…..45 12. Лекция №11. Способы производства плоских и «дышащих» полимерных пленок……………………………………………………..….49 13. Лекция №12. Методы получения комбинированных и модифицированных пленок……………………………………………......53 14. Лекция №13. Изготовление полых изделий методом экструзии с раздувом…………………………………………………………….……..58 15. Лекция №14. Технические способы вулканизации………………..……..65 16. Лекция №15. Технологические особенности процесса вулканизации…………………………………………………………….....69 17. Лекция №16. Аппаратурное оформление процесса вулканизации……………………………………………………..………...74 18. Лекция №17. Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением………………………………………………..…………………82 19. Лекция №18. Технологические операции процесса литья под давлением термопластов…….…………………………………..……85 20. Лекция №19. Инжекционное формование. Литье под давлением реактопластов………………………………………………………..…….89 21. Лекция №20. Производство резиновых изделий методом литья под давлением………………….………………………..………......95 22. Лекция №21. Аппаратурное оформление процесса литья под давлением………………………………………………………..……..98 23. Лекция №22. Основные конструктивные элементы червячных литьевых машин…………………………………………………………..104 24. Лекция №23. Дефекты литьевых деталей из полимерных материалов и способы их устранения…………………………………...109 25. Литература……………………………………………………..……….....117 Введение Дисциплина «Технология и оборудование переработки полимеров и эластомеров» читается студентам специальности 6.091612 – Технология переработки полимеров дневной и заочной форм обучения. Согласно учебному плану общий объем дисциплины составляет 432 часа, из них количество лекций для студентов дневной формы обучения – 98 часов, количество практических занятий – 84 часа; для студентов заочной формы обучения, соответственно, – 18 и 20 часов. Учебным планом дисциплины предусмотрена самостоятельная работа студентов: соответственно, 250 и 394 часов для дневной и заочной форм обучения. Изучение дисциплины осуществляется в течение двух семестров, при этом общий объем дисциплины распределен по семестрам следующим образом: 166 и 266 часов, соответственно. В настоящее время ускоренно развивается производство различных синтетических материалов, в том числе, пластических масс и эластомеров Соответственно расширяется производство изделий на их основе, которые теперь используются везде, где это технически целесообразно и экономически выгодно. Изделия из пластических масс и эластомеров применяют во всех отраслях народного хозяйства – в машиностроительной, химической, авиационной, автомобильной промышленности, в сельском хозяйстве, в огромном количестве они используются для бытовых целей. Переработкой полимеров в изделия занято большое число специализированных заводов и цехов во всех отраслях промышленности. Развитие промышленности требует непрерывного увеличения числа квалифицированных специалистов по производству синтетических смол и пластических масс, а также по их переработке в изделия. Целью изложения дисциплины «Технология и оборудование переработки полимеров и эластомеров» является подготовка студентов к практическому освоению своей специальности – Технология переработки полимеров, а именно: дать студентам знания о физико-химических закономерностях переработки пластических масс и эластомеров в изделия, о сущности и способах промышленного осуществления технологических процессов изготовления полимерных изделий различной конструкции. В лекциях рассматриваются основные технологические процессы переработки полимеров в изделия (каландрование, экструзия, литье под давлением, прессование РТИ с последующей вулканизацией), перспективные режимы их осуществления, а также принципы действия и строение основного технологического оборудования, используемого для осуществления различных процессов переработки полимеров в изделия. Лекционный материал позволяет получить навыки экономического анализа использования того или иного метода переработки, выбора наиболее оптимального вида полимерной композиции, а также типа оборудования для ее переработки. Излагаемый курс базируется практически на всех химических, фундаментальных и инженерно-технических дисциплинах и, в свою очередь, является основой для последующего изучения курсов «Спецтехнология переработки эластомеров», «Расчеты и конструирование изделий из пластмасс и эластомеров», для курсового и дипломного проектирования. Целью выполнения самостоятельной работы является получение навыков работы с литературой, умение самостоятельно овладевать знаниями для дальнейшего решения практических задач. Текущий контроль осуществляется в форме активизирующих вопросов на лекциях, контрольных работ по темам и индивидуального опрашивания. Для дневной формы обучения предусмотрено проведения модульного контроля. Контроль самостоятельной работы осуществляется в форме защиты рефератов. Итоговый контроль осуществляется в форме экзамена - 7 семестр (дневная и заочная формы обучения), зачета – 8 семестр (дневная и заочная формы обучения), тестового государственного экзамена - 8 семестр (дневная и заочная формы обучения). Лекция №1 Вводная лекция Основные виды полимерных материалов К полимерным материалам относятся: пластические массы, эластомеры (каучуки и резины), искусственные волокна, лакокрасочные материалы. Пластические массы – это твердые в условиях эксплуатации полимеры, используемые как конструкционные материалы в различных отраслях хозяйственной деятельности: в строительстве, машиностроении и пр. Эластомеры – полимеры, обладающие в широком интервале температур, соответствующем условиям их эксплуатации, высокоэластическими свойствами, то есть способностью подвергаться значительным (до 1000 и более %) обратимым деформациям при малых значениях напряжений, вызывающих эти деформации. Волокнообразующие полимеры – это полимеры, способные в определенных условиях переработки (расплавы или растворы) образовывать нити, пригодные для изготовления текстильных материалов. Лакокрасочные полимерные материалы, содержащие пленкообразующие полимеры, способны образовывать прочные пленки и разнообразные покрытия на металлических, бетонных, деревянных и прочих поверхностях [1]. Полимерные материалы находят применение в различных отраслях народного хозяйства в виде изделий (например, деталей ап- паратов и машин) и полуфабрикатов – труб, пленок, листов и пр. Использование полимерных материалов вместо традиционных позволяет добиться значительной экономии. Например, трудоемкость изготовления большинства изделий из пластических масс в среднем в 2,5-4 раза меньше, чем трудоемкость изготовления аналогичных изделий из металлов. При изготовлении изделий из современных пластмасс электроэнергии потребляется в 3-5 раз меньше, чем при производстве этих же изделий из черных металлов и примерно в 1,2-1,3 раза меньше, чем из древесины и пиломатериалов. Переработка пластмасс в изделия и полуфабрикаты состоит из следующих этапов:
Пластические массы и эластомеры – многокомпонентные системы Пластмассы и эластомеры представляют собой многокомпонентные системы. Основой этих систем является полимер или смесь полимеров. Кроме полимера в состав полимерных композиций входят различные добавки – ингредиенты. Основными добавками для полимерных композиций являются: 1. пластификаторы – органические малолетучие жидкости или низкоплавкие твердые вещества, добавляемые к полимерным материалам для повышения их пластичности и облегчения переработки. Необходимо, чтобы:
2. наполнители– твердые тонкодисперсные вещества, вводимые в полимерные композиции для улучшения (усиления) технических свойств получаемых изделий, а иногда с целью окрашивания. Введение большого количества наполнителей снижает стоимость готовых изделий из полимерных материалов. 3. стабилизаторы – вещества, предохраняющие полимер от воздействия света, тепла, кислорода, азота воздуха, радиации. 4. красители – вещества, вводимые в состав композиции, для придания изделиям определенного цвета и привлекательного вида. 5. смазки – соединения, обеспечивающие оптимальные режимы переработки полимеров. Их назначение – способствовать отлипу полимерной композиции от различного металлического оборудования и оснастки при переработке полимерной композиции в изделия. Основой пластических масс являются полимеры, находящиеся при формовании изделий в вязкотекучем и частично высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации – в стеклообразном и частично кристаллическом состоянии [8]. Выбор базового полимера в состав полимерных композиций определяется областью применения изделий и полуфабрикатов. При конструировании изделия необходимо знать, какие нагрузки оно будет воспринимать, и в каких условиях будет работать. Повышение температуры снижает прочностные показатели материала. Некоторые пластмассы в процессе работы способны поглощать определенное количество атмосферной влаги, что изменяет механические свойства и размеры детали. На ряд пластмасс неблагоприятно действуют различные масла, кислоты и другие вещества. При динамических нагрузках существенное значение имеет зависимость прочности материала от скорости его нагружения. Таким образом, основные положения, касающиеся выбора марки пластмассы для изготовления определенного изделия, можно свести к следующим:
В зависимости от характера процессов, приводящих к фиксированию формы получаемых изделий, пластические массы делят на термопласты и реактопласты. Характеристика реактопластов Фиксирование формы изделий из реактопластов сопровождается химическими реакциями образования трехмерного полимера – отверждением, в результате чего реактопласты необратимо утрачивают способность переходить в вязкотекучее состояние. Это их свойство, в основном, и определяет методы их переработки. Изделия из реактопластов изготавливают из технологических полуфабрикатов. Эти полуфабрикаты представляют собой композиции, в состав которых входят не готовые полимеры, а их полупродукты, которые только в процессе переработки превращаются в полимер с развитой трехмерной структурой. В качестве таких полупродуктов используются олигомеры с молекулярной массой 500-1000. После того, как к такому олигомеру добавлены все ингредиенты, текучесть системы остается достаточно высокой, так что из нее можно формовать изделия свободной заливкой в форму, контактным формованием и другими способами. Полимерные композиции на основе реактопластов различают также по виду входящего в их состав наполнителя. Премикс или полимерный компаунд – композиция, содержащая наполнитель в виде мелкодисперсных частиц или волокон. Препреги – композиции, в которых в качестве наполнителя используются ткань или бумага. В реактопластах в качестве связующего чаще всего используют фенолоформальдегидные, полиэфирные и эпоксидные смолы. Характеристика термопластов Форма изделий из термопластов фиксируется не за счет химических реакций, а вследствие охлаждения ниже температуры стеклования (или кристаллизации). При нагревании термопластов выше температуры текучести они способны вновь переходить из твердого в вязкотекучее состояние без существенного изменения химической структуры. При охлаждении термопластов они снова становятся твердыми. Таким образом, они могут перерабатываться многократно с некоторым ухудшением свойств. Описанные свойства термопластов определяют способы их переработки. Обычно эти материалы перерабатываются методами горячего формования. Термопласты могут обрабатываться на токарных, фрезерных, сверлильных и других станках, а также свариваться и склеиваться. Наиболее распространенными термопластами являются полиолефины, поливинилхлорид, полистирол. Характеристика эластомеров К эластомерам в настоящее время относят каучуки и резины. Резиновые смеси представляют собой композиционный материал на основе каучуков. Каучуки – это полимеры, состоящие из макромолекул, связанных между собой только относительно малопрочными силами межмолекулярного взаимодействия. По этой причине, если образец каучука или сырой резиновой смеси подвергнуть каким-либо механическим воздействиям ( например, растяжению или сжатию), силы межмолекулярного взаимодействия не в состоянии помешать смещению молекул полимера относительно друг друга. Оно становится необратимым. Поэтому после снятия нагрузки образец не принимает исходных размеров. Этим объясняется пластичность сырых невулканизованных резиновых смесей. Необратимое смещение полимерных цепей можно свести к минимуму, если каким-либо способом связать отдельные молекулы между собой связями, не разрушающимися при приложении к материалу механических нагрузок. Процесс образования подобных связей приводит к формированию резин и называется вулканизацией. Таким образом, резина представляет собой продукт вулканизации каучука, так называемый вулканизат. Все рассмотренные особенности реактопластов, термопластов и эластомеров так или иначе учитываются при производстве из них изделий различной формы [3]. Контрольные вопросы к лекции 1. Каковы основные виды полимерных материалов, дать определение? 2. Основные ингредиенты полимерных композиций, их назначение. 3. Классификация полимеров по характеру процессов, приводящих к фиксированию формы изделия. 4. Особенности переработки термопластов и реактопластов. 5. Премиксы и препреги: дать определения. 6. Привести конкретные примеры термопластов и реактопластов. 7. Каучуки и резины: выделить общее, назвать отличия. 8. Назначение процесса вулканизации. |