Технологические особенности производства изделий из полимерных материалов. Свободное литьё в формы. Оборудование и оснастка.

Министерство  образования Республики Беларусь

Учреждение образования

“Гродненский государственный  университет имени Янки Купалы”

 

Факультет строительства и транспорта

 

Контрольная работа

 

По дисциплине

Технология материалов

Тема: 1.Технологические особенности производства изделий из полимерных материалов. Свободное литьё в формы. Оборудование и оснастка.

2.Технологические особенности  современных способов сварки. Физические  основы образования сварного  соединения.

 

 

Специальность: 1-370106 Техническая эксплуатация автомобилей

 

 

Выполнил:                                                                                                          студент  7 группы  2 курса

                                                                                                                               Вариант  32

                                                                                                                     Чекавый Евгений Валерьевич

Проверил:                                                                                                          преподаватель кафедры МиРТ

                                                                                                                               Воронцов Александр Сергеевич

                                                                                            

 

Гродно 2009

1. Технологические особенности производства изделий из полимерных материалов. Свободное литьё в формы. Оборудование и оснастка.

 

Историческая справка

Термин “полимерия” был введен в науку И.Берцелиусом в 1833 для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества (полимеры), имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. “Истинные” синтетические полимеры к тому времени еще не были известны.

Ряд полимеров был, по-видимому, получен  еще в первой половине 19 века. Однако химики тогда обычно пытались подавить полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к “осмолению” продуктов основной химической  реакции, т.е., собственно, к образованию полимеров (до сих пор полимеры часто называют “смолами”). Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол),

                Химия полимеров возникла только  в связи с созданием А.М.Бутлеровым  теории химического строения. А.М.Бутлеров  изучал связь между строением  и относительной устойчивостью  молекул, проявляющейся в реакциях полимеризации. Дальнейшее свое развитие наука о полимерах получила главным образом благодаря интенсивным поискам способов  синтеза  каучука, в которых участвовали крупнейшие учёные многих стран (Г.Бушарда, У.Тилден, немецкий учёный К Гарриес,  И.Л.Кондаков, С.В.Лебедев и другие). В 30-х годов было доказано существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У.Карозерса.

С начала 20-х годов 20 века развиваются  также теоретические представления о строении полимеров Вначале предполагалось, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые синтетические полимеры, сходные с ними по свойствам (например, полиизопрен), состоят из малых молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория “малых блоков”). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, частиц необычайно большой молекулярной массы, был Г.Штаудингер. Победа идей этого учёного заставила рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.

 

 

Полимеры

   Полимеры –  высокомолекулярные соединения, вещества  с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в которых атомы, соединенные химическими связями, образуют линейные или разветвленные цепи, а также пространственные трехмерные структуры. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.

В зависимости от строения основной цепи полимеры делятся на линейные, разветвленные, и пространственные структуры. Линейные и разветвленные  цепи можно превратить в трехмерные действием химических агентов, света, и радиации, а также путем вулканизации.

Линейные ВМС могут иметь  как кристаллическую, так и аморфную (стеклообразную) структуру. Разветвленные  и трехмерные полимеры, как правило, являются аморфными. При нагревании они переходят в высокоэластическое состояние подобно каучуку, резине, и другим эластомерам. При действии особо высоких температур, окислителей, кислот и щелочей, органические и элементоорганические ВМС подвергаются постепенному разложению, образуя газообразные, жидкие, и твердые соединения.

Физико-механические свойства линейных и разветвленных полимеров во многом связаны с межмолекулярным взаимодействием за счет сил побочных валентностей. Так, например, молекулы целлюлозы взаимодействуют между собой по всей длине молекул, и это явление обеспечивает высокую прочность целлюлозных волокон.  А разветвленные молекулы крахмала взаимодействуют лишь отдельными участками, поэтому не способны образовывать прочные волокна. Особенно прочные волокна дают многие синтетические полимеры (полиамиды, полиэфиры, полипропилен и др.), линейные молекулы которых расположены вдоль оси растяжения. Трехмерные структуры могут лишь временно деформироваться при растяжении, если они имеют сравнительно редкую сетку (подобно резине), а при наличии густой пространственной сетки они бывают упругими или хрупкими в зависимости от строения.

ВМС делятся на две  большие группы: гомоцепные, если цепь состоит из одинаковых атомов (в  том числе карбоцепные, состоящие  только из углеродных атомов), и гетероцепные, когда цепь включает атомы разных элементов. Внутри этих групп полимеры подразделяются на классы в соответствии с принятыми в химической науке принципами.

Так, если в основную или  боковые цепи входят металлы, сера, фосфор, кремний и др., полимеры относятся  к элементоорганическим соединениям.

Полимерные материалы  делятся на три основные группы: пластические массы, каучуки, волокна  химические. Они широко применяются  во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных  отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные технологические особенности производства полимерных материалов

Эти особенности базируются на учете свойств перерабатываемых пластмасс — их способности отверждаться при определенных условиях.

Переработка пластмасс — комплекс процессов, обеспечивающий получение  изделий с заданными свойствами на специальном оборудовании. Переработка  включает приготовление материала  и подготовку его к формованию (например, гранулирование), формование изделий и их последующую обработку (термическую, радиационную и др.). Наиболее важным является процесс формования.

Классификация методов переработки  основана на особенностях физического  состояния перерабатываемого материала  в момент формования:

—  формование из полимеров, находящихся  в вязко-текучем состоянии: литье  под давлением, экструзия, прессование;

— формование из полимеров, находящихся  в высокоэластичном состоянии: вакуумформование, пневмоформование, горячая штамповка;

— формование из полимеров, находящихся в твердом состоянии (стеклообразном или кристаллическом), основанное на их способности проявлять вынужденную высокоэластичность (штамповка при комнатной температуре, прокатка и др.).

Выбор метода переработки осуществляется с учетом большого числа факторов. Наиболее важными из них являются конструктивные особенности изделия, особенности свойств и технологические возможности выбранного полимера, условия эксплуатации изделия и вытекающие из них требования к нему (чистота и качество поверхности, точность размеров и др.).

Для переработки термопластов используют следующие основные методы:

— литье под давлением — метод  формования, заключающийся в размягчении  материала до вязкотекучего состояния  и последующем перемещении его  в литьевую форму, где материал затвердевает при изменении температуры, приобретая конфигурацию внутренней полости формы. Способ предусматривает использование литьевых машин. Величина давления и температура полимерной массы зависят от вида полимера. Давление может составлять от 40 до 150 МПа. Температура размягчения полимерной массы — 200-450 °С. Метод используется для изготовления облицовочных плиток;

— экструзия — непрерывное профильное продавливание вязкоте-кучей полимерной композиции через формообразующее  устройство (мундштук) экструзионной машины. Специально приготовленные гранулы размягчают в экструдере путем нагрева и перемешивают до гомогенного состояния. Способ позволяет получать непрерывные изделия любого профиля: погонажные изделия, пленки, листы и др.;

— переработка на вальцах с последующим каландрированием. Каландрирование — операция, при которой пластмасса формуется в изделие путем пропускания размягченного материала в зазор между валками (вальцами) каландра, образующими бесконечную ленту изделия, толщину и ширину которой можно регулировать. Валки имеют полированную поверхность и нагреваются до определенной температуры (в зависимости от вида полимера и состава полимерной массы). Применяют для изготовления пленок, рулонных материалов. Метод позволяет получать одно- и двухслойные материалы;

—  метод намазывания, предусматривающий  нанесение тонкого слоя полимера в горячем виде на ту или иную основу посредством погружения, обмазки  или распыления.

Производство термопластов практически  безотходно, так как отходы могут  вновь перерабатываться в готовые изделия.

Термопласты легко поддаются механической обработке, сварке, склеиванию. Эти  особенности позволяют получать штампованные, сварные, клееные и  т.д. материалы и изделия.

Для переработки реактопластов  используют методы, аналогичные вышеперечисленным методам переработки термопластов. Но для них характерны некоторые особенности. Так, необходимо сочетание физических процессов формования с химическими реакциями трехмерных полимеров (отверждением). Свойства изделий определяются скоростью и полнотой отверждения.

Основными методами переработки реактопластов  в материалы и изделия являются:

— формование под давлением, предусматривающее  использование пресс-порошков, представляющих собой смесь порошкообразного наполнителя  с термореактивной смолой, подвергнутую частичному отверждению (предотверждению). Пресс-порошок вводят в пресс-форму, где подвергают одновременному воздействию давления и нагрева. Порошок размягчается, заполняет всю полость пресс-формы и в горячем состоянии затвердевает, превращаясь в готовое изделие;

—  литье под давлением. Его  особенностью являются необходимость  строгой регулировки температуры (при температуре пластикации  выше оптимальной происходит отверждение  материала еще до заполнения литьевой формы; при температуре ниже оптимальной реактопласт плавится долго и затвердевает, не превратившись в расплав необходимой вязкости) и подача материала в обогреваемую форму, а не в охлаждаемую, как при литье термопластов;

— метод намазывания, заключающийся  в нанесении тонкого слоя полимера на ту или иную основу посредством погружения, обмазки или распыления с последующим нагревом для полимеризации после нанесения на основу.