Изготавление изделий из пласмассы

и другие.

По совокупности параметров эксплуатационных свойств пластмассы

делятся на две

большие группы: 1 - общетехнического назначения, 2 - инженерно-

технического назначения.

Пластмассы общетехнического назначения имеют более низкие

характеристики параметров эксплуатационных свойств, чем пластмассы

инженерно-технического назначения. Пластмассы инженерно-

технического назначения сохраняют высокие значения механических

свойств не только при нормальной и повышенной температурах, но

могут работать и при кратковременных нагрузках при повышенных

температурах. Этого не обеспечивают пластмассы общетехнического

назначения; они работают в ненагруженном или слабонагруженном

состоянии при обычной и средних температурах (до 55 С). Пластмассы

инженерно-технического назначения делят на группы, обеспечивающие

определенные свойства в некотором интервале; различают пять групп

пластмасс по этому классификационному признаку.

По значению отдельных параметров эксплуатационных свойств

составляют ряды пластмасс для различных параметров эксплуатационных

свойств. Порядок расположения пластмасс в рядах соответствует

снижению параметра эксплуатационных свойств. Параметры

классификации: электро- и радиотехнические свойства - объемное и

поверхностноеэлектросопротивление, электрическая прочность,

диэлектрическая проницаемость, механические свойства - коэффициент

трения, износа, Пуассона, линейного теплового расширения и другие.

В зависимости от применяемости наполнителя и степени его

измельчения все материалы подразделяют на четыре группы: порошковые

(пресспорошки), волокнистые, крошкообразные и слоистые.

В таблице № 1 приведены параметры некоторых свойств пластмасс.

Таблица 1.

Значения параметров свойств некоторых типов пластмасс.

|№ |Свойства |Пресспоро-ш|Волокнистые |Слоистые |

| | |ок |пластики |пластики |

| 1 |Плотность, кг/м3 |1390-1850 |1350-1950 |1300-1880 |

| 2 |Предел прочности, МПа |25-130 |15-500 |60-500 |

| 3 |Твердость по Бринелю, |180-500 |200-450 |- |

| |НВ | | | |

| 4 |Водопоглаще-ние, % |0.07-0.8 |0.2-1.8 |- |

| 5 |Теплостойкость | | | |

| |по Мартенсу, С |125-300 |100-180 |125-280 |

| 6 |Диэлектрическая | | | |

| |прониаемость при |3.2-10 |6-10 |5-8 |

| |частоте 50 ГЦ | | | |

| 7 |Тангенс угла | | | |

| |диэлектрических потерь | | | |

| |при частоте : |0.004-0.01 |- |- |

| | |0.12-0.1 |0.04-0.12 |0.002-0.5 |

| |- 1 Мгц | | | |

| |- 50 Гц | | | |

| 8 |Удельное сопротивлеие, | | | |

| |ом |100-200000 |0.1 - 100 |0.01-1000 |

| |(v |- |10 - 2000 |- |

| |(s | | | |

| 9 |Электрическая | | | |

| |прочность, Мв/м |11-29 |1.7-16 |2-50 |

2.3.2. Технологические свойства пластмасс влияют на выбор

метода их переработки. К технологическим свойствам пластмасс

относят: текучесть, влажность, время отверждения, дисперсность,

усадку, таблетируемость, объемные характеристики.

Текучесть характеризует способность материала к вязкому

течению под полимера, выдавленной в течение 10 мин через

стандартное сопло под давлением определенного груза при заданной

температуре. Так для литья под давлением текучесть равна 1,2-3 г/10

мин, для нанесения покрытий используют полимеры с текучестью 7 г

/10 мин. Текучесть реактопласта равна длине стержня в мм,

отпрессованного в подогреваемой прессформе с каналом уменьшающегося

поперечного сечения. Этот показатель текучести, хотя и является

относительной величиной, позволяет предварительно установить метод

переработки: при текучести по Рашигу 90-180 мм применяют литьевое

прессование, при текучести 30-150 мм - прямое прессование.

Усадка характеризует изменение размеров при формовании изделия

и термообработке:

У = (Lф-Lи) / Lф * 100 % ; Уд = (L-Lт) / Lф * 100 % ;

где У - усадка после формования и

охлаждения; Уд - дополнительная усадка после термообработки; Lф, Lи

- размер формы и размер изделия после охлаждения; L, Lт - размер

изделия до термообработки и после охлаждения.

Усадка изделий из реактопластов зависит от способа формования

изделия и вида реакции сшивания: полимеризации или поликонденсации.

Причем последняя сопровождается выделением побочного продукта -

воды, которая под действием высокой температуры испаряется. Процесс

усадки протекает во времени; чем больше время выдержки, тем полнее

протекает химическая реакция, а усадка изделия после извлечения из

формы меньше. Однако после некоторого времени выдержки усадка при

дальнейшем его увеличении остается постоянной. Влияние температуры

на усадку: усадка увеличивается прямо пропорционально увеличению

температуры. Усадка после обработки также зависит от влажности

прессматериала и времени предварительного нагрева: с увеличением

влажности усадка увеличивается, а с увеличением времени

предварительного нагрева - уменьшается.

Усадка изделий из термопластов после формования связана с

уменьшением плотности при понижении температуры до температуры

эксплуатации.

Усадка полимера в различных направлениях по отношению к

направлению течения для термо- и рекатопластов различна, т.е.

полимеры имеют анизотропию усадки. Усадка термопластов больше

усадки реактопластов.

Содержание влаги и летучих веществ. Содержание влаги в

прессматериалах и полимерах увеличивается при хранении в открытой

таре из-за гигроскопичности материала или конденсации ее на

поверхности. Содержание летучих веществ в полимерах зависит от

содержания в них остаточного мономера и низкокипящих

пластификаторов, которые при переработке могут переходить в

газообразное состояние.

Оптимальное содержание влаги: у реактопластов 2,5 - 3,5%, у

термопластов - сотые и тысячные доли процента.

Гранулометрический состав оценивают размерами частиц и

однородностью. Этот показатель определяет производительность при

подаче материала из бункера в зоны нагрева и равномерность нагрева

материала при формовании, что предупреждает вздутия и неровности

поверхности изделия.

Объемные характеристики материала: насыпная плотность,

удельный объем, коэффициент уплотнения. (Удельный объем - величина,

определяемая отношением объема материала к его массе; насыпная

плотность - величина обратная удельному объему). Этот показатель

определяет величину загрузочной камеры прессформы, бункера и

некоторые размеры оборудования, а при переработке пресспорошков с

большим удельным объемом уменьшается производительность из-за

плохой теплопроводности таких порошков.

Таблетируемость - это возможность спрессовывания

прессматериала под действием внешних сил и сохранения полученной

формы после снятия этих сил.

2.3.3. Физико-химические основы переработки 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.

2.3.4. Марочный ассортимент полимеров

Марочный ассортимент полимеров создан с целью быстрого выбора

вида и марки полимера для изготовления высококачественных изделий.

Марочный ассортимент включает марки, различающиеся по вязкости и

эксплуатационным свойствам.

Марочный ассортимент по вязкости разделяют на марки,

предназначенные для переработки различными методами (литьем под

давлением, прессованием и др.), с повышением номера марки

увеличивается молекулярная масса и, как следствие, увеличивается

вязкость. Это марки базового ассортимента. Марки по вязкости

модифицируют для улучшения технологических свойств:

а) для увеличения производительности создают

быстрокристаллизирующиеся марки;

б) для изделий сложной конфигурации - марки со смазками;

в) термостабилизированные марки.

На основе базового ассортимента марок по технологическим

свойствам создают путем химической или физической модификации марки

с улучшенными свойствами. Эти марки разрабатывают с такими

свойствами, чтобы при рекомендуемых режимах получать качественные

изделия по всем параметрам ( точности, прочности, внешнему виду и

др.). В настоящее время полимерные материалы выпускают в

ассортименте и поэтому для каждого изделия и способа формования

можно подобрать соответствующую базовую марку полимера и, если

необходимо, марку с улучшенными технологическими свойствами.

Базовые марки с целью изготовления качественных изделий

разделяют на группы:

1) в зависимости от вязкости полимера и толщины S стенки

изделия;

2) в зависимости от относительной длины изделия L/S (S-

длина).

Все множество марок пластмасс содержит около 10000

наименований.

3. Выбор пластмасс

3.1. Признаки выбора. Основными признаками выбора пластмасс

являются эксплуатационные и технологические свойства. Для ускорения

процесса выбора материала используют специальные таблицы, в каждой

из которых приведены марки материалов в порядке снижения среднего

значения представляемого эксплуатационного свойства. Так созданы

таблицы групп материалов по коэффициенту трения и износа,

электрической прочности и электросопротивлению, диэлектрической

проницаемости, коэффициенту светопропускания и преломления и другим

признакам.

3.2. Порядок и алгоритм выбора пластмасс

Пластмассы выбирают исходя из требований к эксплуатационным

свойствам и геометрическим параметрам изделия. Поэтому сначала

выбирают вид пластмассы на основе требований к ее эксплуатационным

свойствам, а затем базовую марку и марку с улучшенными

технологическими свойствами, которую можно эффективно переработать

выбранным способом.

Существует два метода выбора вида пластмасс:

1 - метод аналогий - качественный;

2 - количественный метод.

Метод аналогий применяют при невозможности точного задания

параметров эксплуатационных свойств пластмассы; в этом случае

используют для выбора характерные параметры эксплуатационных

свойств, назначение, достоинства, ограничения, рекомендации по

применению и способам переработки; в этом случае для выбора также

могут быть использованы рекомендации по применению пластмасс в

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5