Физико-химические основы переработки пластмасс - Изготовление деталей из пластмасс
В основе процессов переработки пластмасс находятся физические и физико-химические процессы структурообразования и формования:
- 1) нагревание, плавление, стеклование и охлаждение; 2) изменение объема и размеров при воздействии температуры и давления; 3) деформирование, сопровождающееся развитием пластической (необратимой) и высокоэластичной деформации и ориентацией макромолекулярных цепей; 4) релаксационные процессы; 5) формирование надмолекулярной структуры, кристаллизация полимеров (кристаллизующихся); 6) деструкция полимеров.
Эти процессы могут проходить одновременно и взаимосвязанно. Преобладающим будет только один процесс на определенной стадии.
В процессе формования изделий полимер нагревают до высокой температуры, деформируют путем сдвига, растяжения или сжатия и затем охлаждают. В зависимости от параметров указанных процессов можно в значительной мере изменить структуру, конформацию макромолекул, а также физико-механические, оптические и другие характеристики полимеров.
При охлаждении большого количества полимеров протекает процесс кристаллизации.
Кристаллизация в зависимости от состояния расплава приводит к различным видам структуры. Кристаллизация из расплава полимера в равновесном состоянии без деформации приводит к образованию сферолитных структур. Центром образования таких структур является зародыш, от которого образуются лучеобразные фибриллы, состоящие из множества упакованных ламелей. Фибриллы, разрастаясь в радиальном направлении и в ширину, образуют сферообразные структуры - сферолиты. Сферолиты образуются одновременно в большом числе центров кристаллизации. На основе этого сферолиты в местах контакта образуют грани и представляют собой многогранники произвольной формы и размеров. Электронно-микроскопичес-кие исследования показывают, что фибрилла сферолитов составлена из множества ламелей, уложенных друг на друга (рис.7) и скрученных вокруг радиуса сферолита.
Кристаллизация из расплава полимера протекает при введении в полимерный материал кристаллизаторов - зародышей.
Если кристаллизация протекает под высоким давлением (300...500 Мпа) и при высокой температуре, то образуется кристаллическая структура из выпрямленных цепей; при быстром охлаждении того же расплава кристаллизация проходит с образованием сложных цепей, макромолекулы в этом случае в расплаве в виде доменов, а быстрое охлаждение не позволяет им перейти в новую конформацию, т. е. приобрести вытянутую форму. Установлено также, что с увеличением давления температура кристаллизации повышается. Практическое значение этого свойства: возможность перехода полимера непосредственно из расплава без охлаждения в квазикристаллическое состояние при повышении давления; при этом исключается течение и затормаживаются релаксационные процессы. При повышении давления образуются более мелкие сферолиты и поэтому увеличивается механическая прочность изделий. Размеры кристаллов также зависят от скорости охлаждения и температуры в процессе формования изделия. При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую структуру, так как времени на перегруппировку кристаллов недостаточно.
Более крупную структуру полимера можно получить при увеличении температуры, времени выдержки и медленном охлаждении или путем предварительного нагрева расплава до более высокой температуры перед кристаллизацией.
Форма кристаллов может быть изменена. Так, используя центры кристаллизации и искусственные зародыши (1...2% от массы), можно регулировать форму кристаллов. При использовании подложки-кристаллизатора у ее поверхности возникает большое количество центров кристаллизации и образуется плотно упакованный слой из перпендикулярно расположенных к поверхности кристаллов. Искусственные зародыши являются дополнительными центрами кристаллизации, форма кристалла при этом зависит от формы зародыша кристаллизации, на мелких кристаллах растут сферолитные структуры, на длинных игольчатых кристаллах - лентообразные структуры. Структурообразователями (зародышами) в этом случае являются окислы алюминия и ванадия, кварц, двуокись титана и др. Структурообразователи обычно способствуют измельчению сферолитной структуры полимера.
Нестационарные условия теплопередачи и скорости охлаждения при формовании изделий из полимеров способствуют получению изделий с неоднородной структурой (более мелкие кристаллы у поверхностных слоев).
В случае необходимости однородные свойства изделия можно обеспечить с помощью отжига или последующей термообработки при температуре ниже температуры плавления. При отжиге уменьшается объем изделия и повышается плотность; причем чем выше температура и больше время выдержки, тем выше плотность изделия. Термообработка целесообразна в тех случаях, когда необходимы повышенные твердость, модуль упругости, механическая прочность, теплостойкость и стойкость к циклическим нагрузкам; при этом уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость.
Полнота протекания указанных процессов, кроме деструкции в значительной мере определяет качество готового изделия, а скорость протекания этих процессов определяет производительность способа переработки. На качество изделия в значительной степени влияет скорость протекания деструкции полимера, повышаемая термическим и механическим воздействием на материал со стороны рабочих органов инструментов при формировании.
Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при нагреве полимера. При переработке реактопластов формирование изделия обеспечивают путем сочетания физических процессов формирования с химическими реакциями отверждения полимеров. При этом свойства изделий определяют скорость и полнота отверждения. Неполное использование при отверждении реакционных способностей полимера обусловливает нестабильность свойств изделия из реактопластов во времени и протекание деструкционных процессов в готовых изделиях. Низкая вязкость реактопластов при формировании приводит к снижению неравномерности свойств, увеличению скорости релаксации напряжений и меньшему влиянию деструкции при переработке на качество готовых изделий из реактопластов.
В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с формованием изделия (при прессовании), происходит после оформления изделия в полости формы (литьевое прессование и литье под давлением реактопластов) или при термической обработке сформованной заготовки (при формовании крупногабаритных изделий, например, листов гетинакса, стеклотекстолита и др.). Полное отверждение реактопластов требует в некоторых случаях нескольких часов. Для увеличения съема продукции с оборудования окончательное отверждение может производиться вне формующей оснастки, так как устойчивость формы приобретается задолго до завершения этого процесса. По этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения.
При переработке полимеров (особенно термопластов) происходит ориентация макромолекул в направлении течения материала. Наряду с различием в ориентации на разных участках неоднородных по сечению и длине изделий возникает структурная неоднородность и развиваются внутренние напряжения.
Наличие температурных перепадов по сечению и длине детали ведет к еще большей структурной неоднородности и появлению дополнительных напряжений, связанных с различием скоростей охлаждения, кристаллизации, релаксации, и различной степенью отверждения.
Неоднородность свойств материала (по указанным причинам) не всегда допустима и часто приводит к браку (по нестабильности физических свойств, размеров, короблению, растрескиванию). Снижение неоднородности молекулярной структуры и внутренних напряжений удается достигнуть термической обработкой готового изделия. Однако более эффективно использование методов направленного регулирования структур в процессах переработки. Для этих целей в полимер вводят добавки, оказывающие влияние на процессы образования надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с желаемой структурой.
Похожие статьи
-
Свойства полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
Все свойства полимеров зависят от их химического состава и молекулярной массы. Прочность, твердость, температура перехода, диэлектрическая проницаемость,...
-
Характеристика способов горячего формования - Изготовление деталей из пластмасс
Литье под давлением применяют для изготовления деталей из термо - и реактопластов. При литье под давлением (рис.16) материал в гранулированном или...
-
Особенности формования кристаллизующихся полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
При формовании изделия, расплав полимера кристаллизуется в результате теплопередачи его тепла более холодным стенкам прессформы. Скорость охлаждения в...
-
Подготовка полимеров к переработке - Изготовление деталей из пластмасс
Технологические свойства, процессы переработки и качество готовой продукции существенно зависят отвлажности и температуры полимера. Придание материалу...
-
К технологическим свойствам пластмасс относят: текучесть, влажность, время отверждения, дисперсность, усадку, таблетируемость, объемные характеристики....
-
Особенности формования аморфных полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
Аморфные полимеры при изготовлении из них расплава изделий переходят в твердое состояние без изменения фазового (аморфного) состояния. Параметром...
-
Введение - Изготовление деталей из пластмасс
Пластмассы - материалы на основе органических природных, синтетических или органических полимеров, из которых можно после нагрева и приложения давления...
-
Температурно-временная область переработки полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
Эту область необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы процесс переработки был стабильным и изделия получали со стабильными показателями качества. Эти...
-
Физико-химические основы строения, Структура полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
Структура полимеров Полимеры состоят из повторяющихся групп атомов - звеньев исходного вещества - мономера, образующих молекулы в тысячи раз превышающих...
-
Марочный ассортимент полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
Марочный ассортимент полимеров создан с целью быстрого выбора вида и марки полимера для изготовления высококачественных изделий. Марочный ассортимент...
-
Признаки выбора Основными признаками выбора пластмасс являются эксплуатационные и технологические свойства. Для ускорения процесса выбора материала...
-
В зависимости от типа производства (массовое, серийное, единичное) и требований к качеству изделия выбирают способ изготовления изделия - горячее...
-
Пластические массы, Классификация пластмасс - Изготовление деталей из пластмасс
Классификация пластмасс Признаками классификации пластмасс являются: назначение, вид наполнителя, эксплуатационные свойства и другие признаки....
-
Сплав Д1 - относится к числу дюралюминов. Такой вид сплавов обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и относится к числу нормальных...
-
ЛИТЕРАТУРА - Изготовление деталей из пластмасс
1. Бортников В. Г. Основы технологии и переработки пластических масс. Учебное пособие для вузов. Д. Химия, 1983, 304 с. 2. Калинчев Э. Л., Саковцева М....
-
Особенности механической обработки - Изготовление деталей из пластмасс
При разделительной штамповке, наряду с известными особенностями для штамповки металлов, имеют место особенности, связанные с резкой анизотропией...
-
Способы механической обработки - Изготовление деталей из пластмасс
Общие сведения. Механическую обработку деталей из пластмасс применяют с целью: 1 - изготовления более точных, чем при прессовании или литье деталей; 2 -...
-
Стальной аппарат с мешалкой. Он состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус! включает в себя: цилиндрическую обечайку с приварным...
-
Мороженое обладает высокой пищевой ценностью. Оно содержит молочный жир, белки, углеводы, минеральные вещества и витамины, легко усваивается организмом....
-
Получение сульфата аммония основано на поглощении аммиака из коксового газа раствором серной кислоты и протекании реакции нейтрализации....
-
Возможные способы получения заготовки Виды обработка металлов давлением Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида: 1)...
-
Производство стали - Разработка технологического процесса изготовления детали "зубчатое колесо"
Сущность процесса Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап). Содержание углерода и примесей в стали...
-
Наименование детали - фланец. Назначение детали - деталь служит для образования разъемных соединений труб. Обозначение материала детали - сталь 45 ГОСТ...
-
Исследования сорбционных испытаний газопоглотителей на основе титан-ванадиевого сплава На основе выбранного порошка титан-ванадиевого сплава было...
-
Физико-химические показатели при хранении молока и механической обработке - Химический состав молока
1). Изменение составных частей при хранении и транспортировании молока. 2). Изменение составных частей при механической обработке. 3). Изменение...
-
1. Постройте с применением правила фаз кривую нагревания для алюминия Рисунок 1 - Кривая нагревания алюминия Фаза б - первичный твердый раствор,...
-
Классификация пластмасс, применяемых в машиностроении Пластмассами называют материалы, способные при определенных температуре и давлении принимать...
-
Величина рабочего давления зависит от вырубаемого картона (плотность, толщина), степени износа ножей, качества приправки. Оценочный расчет позволяет...
-
Деталь "Переходник" предназначена для присоединения электродвигателя к корпусу редуктора и защиты места соединения вала двигателя с валом редуктора, от...
-
Производство ювелирных украшений в нашей стране осуществляется двумя способами: вручную и с применением специального оборудования И Промышленных...
-
Спецификацию деталей и сборочных единиц изделия выполняем в виде таблицы 2. При составлении спецификации определяем размеры заготовок, которые...
-
Сварка корневого слоя шва выполняется сварщиками в количестве не менее 3-х. Сварка заполняющих и облицовочного слоев шва выполняется двумя сварщиками....
-
Проверяем пригодность роликоподшипников конических однорядных по ГОСТ 333-79, условное обозначение - 7202. Проверим пригодность подшипника по [8;c.103]:...
-
Производственный процесс -- понятие более широкое, включающее в себя кроме технологического процесса все другие вспомогательные процессы, подготовку...
-
1. Механическая обработка (подгонка деталей друг к другу и создание шероховатости с помощью шкурки) 2. Обезжиривание поверхностей, подготавливаемых для...
-
Глубина резания при сверлении, мм: t =0,5-D, [4, с. 276] Где D - диаметр отверстия, мм. Глубина резания при зенковании, мм: t=0,5-(D-d); t2=0,5-9=4,5 мм....
-
Свойства масляных СОЖ условно разделяют на пять групп: физико-химические и функциональные свойства; химическая активность; эксплуатационные и...
-
Для технологического процесса изготовления пластмасс наиболее важны физические и механические свойства пластических масс. В связи с этим рассмотрим...
-
Сборка литейной формы Включает: установку нижней полуформы; установку стержней, устойчивое положение которых обеспечивается стержневыми знаками; контроль...
-
"Переработка животноводческой продукции" - Переработка животноводческой продукции
Способы пастеризации, длительное, кратковременное и мгновенное. Эффективная пастеризация. Критерии Пастера Действие пастеризации на микроорганизмы,...
Физико-химические основы переработки пластмасс - Изготовление деталей из пластмасс