Физико-химические свойства применяемого сырья и полуфабрикатов. Технологические свойства
 Скачать 17.7 Kb.
|
|
Технологические свойства - это свойства материала, которые определяют способность материала к формованию и процессы формования [1-2]. Выделяют несколько групп технологических свойств. 1. Реологические свойства, которые подразделяют: - на вязкостные, определяющие процесс вязкого течения (деформирования) с развитием необратимой пластической деформации; - эластические, определяющие процесс развития и накопления эластической деформации при течении; - релаксационные, определяющие процессы релаксации касательных и нормальных напряжений, эластической деформации ориентированных макромоле- кулярных цепей. 2. Стойкость ИМ к термоокислительной, гидролитической и механической деструкции в процессе формования под действием температуры, кислорода воздуха, влаги и механических напряжений. 3. Теплофизические свойства, которые подразделяют: - на параметры объемного расширения и сжатия, определяющие процессы изменения объема ИМ при воздействии температуры (тепловое расширение) и давления (сжатие)-, - параметры, определяющие процессы нагревания и охлаждения (коэффициенты теплопроводности, температуропроводности, удельной теплоемкости), описываемые законами термодинамики и теплопередачи; - параметры, определяющие процессы кристаллизации и плавления. 4. Физико-химические свойства: - параметры образования физической сетки связей; - параметры образования кристаллической структуры; - параметры образования надмолекулярной структуры; - параметры химической реакции образования сетки пространственных химических связей. 5. Влажность, влияющая на реологические свойства ИМ в условиях формования и вызывающая гидролитическую деструкцию ИМ при переработке. 6. Усадка при формовании (объемная и линейная), определяющая точность размеров изделий из 11М, напряженность структуры материала в изделии; необходимая при расчете размеров формующей оснастки. 7. Объемные характеристики сыпучих полуфабрикатов в твердом состоянии (насыпная плотность, гранулометрический состав, сыпучесть, коэффициент уплотнения, пористость). Технологические свойства ИМ используют: • для паспортизации ПМ и их марок, т. е. для нормирования свойств различных марок материалов, предназначенных для формования различными методами в изделия различного ассортимента и для оценки их поведения в условиях формования; • построения математических моделей и расчета процессов формования; • расчета и выбора оптимальных технологических параметров и режимов формования, параметров технологического оборудования, размеров оснастки и формующего инструмента; для разработки требований к марочному ассортименту 11М по вязкости, обеспечивающему их формование разными методами в изделия широкого ассортимента, и рекомендаций по применению различных марок ИМ; • разработки условий подготовки материалов к формованию [1,3]. Технологические свойства ПМ определяются фундаментальными свойствами компонентов ПМ: химическим строением полимера, олигомера, от которого зависят гибкость, полярность, молекулярные характеристики и свободный объем; природа и вид наполнителя, параметры гетерогенной, гетерофазной структуры материала и т. д. 11а технологические свойства ПМ в условиях формования влияют технологические параметры: давление, температура, скорость и напряжение деформации, скорость нагревания и охлаждения и т. д. Технологические свойства в условиях формования зависят от продолжительности приложения технологических параметров и влажности исходного материала. Сочетание фундаментальных свойств, технологических параметров и условий подготовки определяет технологические свойства ПМ, проявляющиеся в процессах формования, и эксплуатационные свойства ПМ в изделии [ 1 ]. Различные технологические свойства в разной степени зависят от фундаментальных свойств и параметров процессов формования. Например, такие теплофизические свойства как плотность, коэффициенты термического расширения и сжатия, коэффициенты теплопроводности, температуропроводности, удельной теплоемкости, а также влагопоглощение главным образом зависят от фундаментальных свойств макромолекул полимеров: химической структуры, которая предопределяет полярность, гибкость, свободный объем, склонность к кристаллизации. Параметры процессов формования оказывают на них существенно меньшее влияние [1 ]. На объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоянии оказывают влияние условия получения полуфабрикатов (гранул, порошков). Различные фундаментальные свойства в разной степени определяют реологические свойства. Например, вязкостные свойства определяются химическим строением полимера, молекулярной массой (ММ) и молекулярно-массовым распределением (ММР), эластические свойства в большей степени определяются ММР [1]. Существенное влияние на реологические свойства оказывают параметры процессов формования и влажность [1]. Например, влияние температуры на реологические свойства в первую очередь определяется гибкостью макромолекул и межмолекулярным взаимодействием. Гибкоцепные, линейные неполярные полимеры (ПЭ, полиформальдегид — ПФ) имеют малые значения энергии вязкого течения в ньютоновской области и релаксационных процессов (30-35 кДж/моль), которая характеризует температурную зависимость вязкости и процессов релаксации. Жесткоценные полимеры с громоздкими группами в основной цепи или заместителями (II К, полистирол — ПС) характеризуются сильной зависимостью вязкости и релаксационных свойств от температуры (энергия активации составляет 108-120 кДж/моль). Влияние скорости сдвига на реологические свойства в первую очередь определяется их молекулярными характеристиками (ММ и ММР). Чем шире ММР полимера (промышленные ПС), тем при более низких скоростях и напряжениях сдвига начинается аномалия вязкости (ее уменьшение с повышением скорости сдвига). У полимеров с меньшей ММ аномалия вязкости начинается при более высоких скоростях сдвига. Расширение ММР приводит к менее интенсивному снижению вязкости с повышением скорости сдвига в области аномально вязкого течения [ 1 ]. Влияние давления на реологические свойства полимеров главным образом определяется свободным объемом, регулярностью цепи, наличием стерических препятствий. Например, вязкостные свойства НС, НК, ПС-Н (полисульфона), ЛММА (полиметилметакрилата), характеризующихся сравнительно большой величиной свободного объема и наличием громоздких групп в основной цепи или боковых заместителей, в сильной степени зависят от давления [1]. Влияние влажности на реологические свойства в первую очередь определяется их межмолекулярным взаимодействием, которое зависит от полярности макромолекул. Такие полярные полимеры, как 11 А, характеризуются сильной зависимостью вязкости от влажности [ 1 ]. Методы определения показателей технологических свойств просты, надежны и точны. Показатель должен информативно характеризовать технологические свойства полимеров в условиях переработки. Для этого предварительно устанавливают взаимосвязь этого показателя с технологическими свойствами полуфабриката в диапазонах изменения параметров, реализуемых при переработке, а также в интервале изменения фундаментальных свойств промышленных материалов. Если известны количественные зависимости, позволяющие по показателям рассчитывать технологические свойства полимеров в условиях переработки в широких интервалах изменения параметров, то эти показатели можно задавать в качестве исходных свойств материала для расчета процессов переработки. Технологические свойства определяют процессы переработки. С другой стороны, полуфабрикаты создают с такими технологическими свойствами, которые удовлетворяют условиям переработки. Эти условия определяются особенностями метода, конструкцией и параметрами перерабатывающего оборудования, конфигурацией и размерами получаемых изделий. Поэтому, например, полуфабрикаты выпускают в широком марочном ассортименте с такими вязкостными параметрами, которые обеспечивают их переработку разными методами. Материалы стабилизируют различными способами для обеспечения термостабильности в температурно-временном интервале переработки. Создают марки материала быстро кристаллизующегося или с повышенным коэффициентом температуропроводности для ускорения охлаждения после формования. Полуфабрикаты ИМ имеют определенную насыпную плотность, гранулометрический состав, сыпучесть, при которых рационально осуществляются процессы дозирования, уплотнения гранулированного и порошкообразного полуфабриката. При описании технологических свойств полуфабрикатов наполненных ИМ, необходимо исходить из поведения полимера (связующего) при формовании. Именно поведение связующего при формовании и, соответственно, его технологические свойства как термопластичного (ТП) или термореактивного (ТР) определяют технологию производства того или иного полимерного материала. |