Переробка полімерів

РефератДопомога в написанніДізнатися вартістьмоєї роботи

Переробка полімерів (реферат, курсова, диплом, контрольна)

Полімерні молекули є великий клас сполук, основними відмітними характеристиками яких є велика молекулярна маса кафе і висока конформационная гнучкість ланцюга. Можна з упевненістю сказати, що й характеристичні властивості таких молекул, і навіть пов’язані з тими властивостями можливості їх застосування обумовлені вищевказаними особенностями.

У нашому урбанізованому швидко не зовсім розвиненому світі різко зріс попит на полімерні матеріали. Важко собі уявити повноцінну роботу заводів, електростанцій, котельних, навчальних закладів, електричної побутової техніки від, яка нас оточує будинки і на роботі, сучасних обчислювальних машин, автомобілів і багато іншого без використання тих матеріалів. Хочемо ми зробити іграшку або створити космічний корабель — і у цьому, в іншому разі уникнути полімерів. Але як можна надати полимеру необхідну форму й посвідку? Щоб це питання, розглянемо інший аспект технології полімерів, саме їх переробку, як і предмет даної работы.

У широкому значенні переробку полімерів можна як якусь інженерну спеціальність, що займається перетворенням вихідних полімерних матеріалів необхідні кінцеві продукти. Більшість методів, застосовуваних нині в технології переробки полімерів, є модифікованими аналогами методів, які у керамічної і металообробній промисловості. Справді, слід зрозуміти всі тонкощі переробки полімерів у тому, щоб замінити звичайні традиційні матеріали іншими матеріалами з поліпшеними властивостями і зовнішнім видом.

Близько 50 років тому я існувало дуже обмежену кількість процесів переробки полімерів в кінцеві вироби. Нині є чимало процесів і методів, основними є каландрование, виливок, пряме пресування, лиття під тиском, экструзия, пневмоформование, холодне формование, термоформование, пінення, армування, формование з розплаву, сухе і мокре формование. Останні три методу використовують із виробництва волокон з волокнообразующих матеріалів, інші ж — на переробку пластичних і эластомерных матеріалів промислові вироби. У наступних розділах спробував загалом вигляді розглянути ці важливі процеси. Для детального ознайомлення з цими та інші процесами, такі як нанесення покриттів окунанием і методом вихрового напилювання псевдоожиженного шару, електронна і теплова герметизація і зварювання, варто звернутися до спеціальним підручників з переробці полімерів. За межі цього реферату також виходять і питання, що стосуються покриттів і адгезивов.

Перш ніж, як безпосередньо можливість перейти до розгляду засобів і методів переробки полімерів в кінцеві продукти необхідно дізнатися: що саме є полімери, які бувають і можна використовувати, тобто. які кінцеві продукти можна отримати з полімерів? Роль полімерів дуже й ми повинні заважати зрозуміти необхідність їх переработки.

1. ПОЛІМЕРИ І ПОЛІМЕРНІ МАТЕРИАЛЫ.

1.1 СПІЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА І КЛАССИФИКАЦИЯ.

Полімером називається органічна речовина, довгі молекули якого побудовано з однакових багаторазово повторюваних ланок — мономерів. По походженню полімери діляться втричі группы.

Природні утворюються у результаті життєдіяльності рослин i тварин і звинувачують зберігають у деревині, вовни, шкірі. Це протеїн, целюлоза, крохмаль, шелак, лигнин, латекс.

Зазвичай природні полімери піддаються операціям виділення очищення, модифікації, у яких структура основних ланцюгів залишається незмінною. Продуктом такий переробки є штучні полімери. Прикладами є натуральний каучук, виготовлений з латексу, целулоїд, являє собою нитроцеллюлозу, пластифицированную камфорою для підвищення эластичности.

Природні і штучні полімери зіграли більшу роль сучасної техніці, а деяких сферах залишаються незамінними і досі пір, наприклад, у целюлозно-паперової промисловості. Проте різке зростання виробництва та споживання органічних матеріалів стався з допомогою синтетичних полімерів — матеріалів, отриманих синтезом з низькомолекулярних речовин і мають аналогів у природі. Розвиток хімічної технології високомолекулярних речовин — невід'ємна і значна частина сучасної НТР. Без полімерів не міг відбутися ні одна галузь техніки, тим паче нової. По хімічної структурі полімери діляться на лінійні, розгалужені, сітчасті і пространственные.

Молекули лінійних полімерів хімічно інертні стосовно друг до одної Ельза й пов’язані між собою лише силами Ван-дер-Ваальса. При нагріванні в’язкість таких полімерів зменшується і вони можуть можна зупинити переходити спочатку у высокоэластическое, та був й у вязкотекучее стану (рис. 1).

[pic].

Мал.1. Схематичне діаграма в’язкості термопластичных полімерів залежно від температури: Т1 — температура переходу із стеклообразного в високо еластичне стан, Т2 — температура переходу із высокоэластичного в вязкотекучее состояние.

Оскільки єдиним наслідком нагріву є зміна пластичності, лінійні полімери називають термопластичными. Не слід думати, термін «лінійні» позначає прямолінійні, навпаки, їм характерніша зубчаста чи спіральна конфігурація, що дає таким полимерам механічну прочность.

Термопластичные полімери можна лише плавити, а й розчиняти, так як зв’язку Ван-дер-Ваальса легко рвуться під впливом реагентов.

Розгалужені (щеплені) полімери міцніші, ніж лінійні. Контрольоване розгалуження ланцюгів слугує однією з основних промислових методів модифікації властивостей термопластичных полимеров.

Сітчаста структура характерна тим, що ланцюга пов’язані один з одним, а це дуже обмежує рух і призводить зміну як механічних, і хімічних властивостей. Звичайна гума м’яка, але за вулканізації сірої утворюються ковалентные зв’язку типу S-0, і міцність зростає. Полімер може придбати сітчасту структуру і спонтанно, наприклад, під впливом світла, і кисню станеться старіння із утратою еластичності і працездатності. Нарешті, якщо молекули полімеру містять реакционно-способные групи, то при нагріванні вони з'єднуються безліччю міцних поперечних зв’язків, полімер виявляється зшитим, т. е. набуває просторову структуру. Отже, нагрівання викликає реакції, різко, і необоротно які змінюють властивості матеріалу, який здобуває міцність і високі в’язкість, стає нерастворимым і неплавким. У результаті великий реакційної здібності молекул, що дається взнаки у разі підвищення температури, такі полімери називають термореактивными. | | |Рис.2 Реакції освіти | |полімерів: | |а) — полімеризація, | |б) — поліконденсація |.

Термопластичные полімери здійснюють за реакції полімеризації, протікаючим за схемою пМ[pic]Мп (мал.2), де М — молекула мономера, Мп — макромолекула, що складається з мономерных ланок, п — ступінь полимеризации.

При ланцюгової полімеризації молекулярна маса наростає майже миттєво, проміжні продукти нестійкі, реакція вразлива щодо присутності домішок і вимагає, зазвичай, високого тиску. Не дивно, що така процес у природних умовах неможливий, і всі природні полімери утворилися інакше. Сучасна хімія створила новий інструмент — реакцію полімеризації, а завдяки йому великий клас термопластичных полімерів. Реакція полімеризації реалізується лише складну апаратуру спеціалізованих виробництв, і термопластичные полімери споживач одержує у готовому виде.

Реакционно-способные молекули термореактивных полімерів можуть утворитися простішим і природним шляхом — поступово від мономера до димеру, потім до тримеру, тетрамеру тощо. буд. Таке об'єднання мономерів, їх «конденсацію», називають реакцією поліконденсації; вона вимагає ні високої чистоти, ні тисків, але супроводжується зміною хімічного складу, а вони часто й виділенням побічних продуктів (зазвичай водяної пари) (рис. 2). Саме ця реакція реалізується у природі; може бути легко здійснена з допомогою лише невеликої нагріву найпростіших умовах, до домашніх. Така висока технологічність термореактивных полімерів надає широкі можливості виготовляти різні вироби на нехимических підприємствах, зокрема на радиозаводах.

Незалежно від виду та складу вихідних речовин та способів отримання матеріали з урахуванням полімерів можна класифікувати так: пластмаси, волокниты, шаруваті пластики, плівки, покриття, клеї. Я особливо загострювати увагу до всіх таких продуктах, розповім лише про самих широко використовуваних. Необхідно показати, наскільки великою є потреба полімерних матеріалів час, отже, і важливість їх переробки. Інакше проблема було б просто необоснованна.

1.2 ПЛАСТИКИ.

Слово «пластик «відбувається з грецької мови та позначає матеріал, що може бути спресований чи сформован на будь-яку форму за вибором. Відповідно до цієї етимології навіть глину можна було б назвати пластиком, проте насправді пластиками називають лише вироби з синтетичних матеріалів. Американське товариство випробувань, і матеріалів визначає, що таке пластик, так: «це будь-який представник кола різноманітних матеріалів, в цілому або частково органічних за складом, якому можна надати необхідну форму при вплив температури і (чи) тиску » .

Відомі сотні пластиків. У табл. 1 представлені основні їх види й наведено окремі представники кожного з видів. Слід зазначити, що у час немає єдиного засобу опису усієї розмаїтості пластиків через їх многочисленности.

Таблиця 1. Основні типи пластиков.

Першим термопластом, знайшли широке застосування, був целулоїд — штучний полімер, отриманий шляхом переробки природного — целюлози. Він відіграв велику роль техніці, особливо у кінематографі, але внаслідок виняткової пожароопасности (за складом целюлоза дуже близька до бездымному пороху) вже у XX в. його виробництво впала майже нуля.

Розвиток електроніки, телефонному зв’язку, радіо настійно вимагало створення нових электроизоляционных матеріалів із гарними конструкційними і технологічними властивостями. Так штучні полімери, виготовлені з урахуванням тієї ж целюлози, названі за першими літерами областей застосування этролами. Нині лише 2 … 3% світового виробництва полімерів становлять целлюлозные пластики, тоді як приблизно 75% — синтетичні термопласты, причому 90% їх частку лише трьох: полістиролу, поліетилену, поливинилхлорида.

Полістирол вспенивающийся, наприклад, широко використовують як теплозвукоизоляционный будівельний матеріал. У радіоелектроніки він знаходить застосування герметизації виробів, коли має бути забезпечено мінімальні механічні напруги, створити тимчасову ізоляцію від впливу тепла, випромінюваного іншими елементами, чи низьких температур і усунути їх впливом геть електричні властивості, отже, — в бортовий і НВЧаппаратуре.

1.3 ЭЛАСТОМЕРЫ.

Зазвичай эластомеры називають каучуками. Повітряні кулі, підошви черевиків, шини, хірургічні рукавички, садові шланги — це типові приклади виробів з эластомеров. Класичним прикладом эластомеров є природний каучук.

Макромолекула каучуку має спіральне будова з періодом ідентичності 0,913 нм і має понад тисячу изопреновых залишків. Будова макромолекули каучуку забезпечує його високу еластичність — найбільш важливе технічне властивість. Каучук має разючою здатністю можна зупинити розтягуватися до 900% початкової длины.

Різновидом каучуку є менш еластична гутаперча, чи балата, — сік деяких каучуконосных рослин, які ростуть таки в Індії і Малайському півострові. На відміну від каучуку молекула гутаперчі коротше й має транс-1,4-строение з періодом ідентичності 0,504 нм.

Визначний технічне значення натурального каучуку, відсутність їх у деяких країнах, зокрема Радянському Союзі, економічно рентабельних джерел, прагнення розташовувати матеріалами, переважаючими за низкою властивостей (олію-, морозостійкість, міцність до стирання) натуральний каучук, стимулювали дослідження з отриманню синтетичного каучука.

Нині використовується кілька синтетичних эластомеров. Вони містять у собі полибутадиены, сополимеры стиролу з бутадиеном, акрилонитрила з бутадиеном (нитрильный каучук), полиизопрен, полихлоропрен (неопрен), сополимер етилену з пропиленом, сополимер изопрена з изобутиленом (бутиловый каучук), полифторуглерод, поліуретан і силіконові каучуки. Сировиною щоб одержати синтетичного каучуку за способом Лебедєва служить етиловий спирт. Тепер розроблено отримання бутадієну з бутану через каталітичне дегидрирование последнего.

Вчені досягли успіху і сьогодні як однієї третини гуми, виробленої у світі, виготовляється із синтетичної каучуку. Каучук і гума внести величезний внесок у технічний прогрес останнього століття. Пригадаємо хоча б про гумових чоботах й різноманітних ізоляційних матеріалах, і ми стане зрозумілою роль каучуку найважливіших галузях господарства. Більше половини світового виробництва эластомеров витрачається виробництво шин. На виготовлення покришок для малолітражки потрібно близько 20- ти кг каучуку, причому різних сортів і марок, а самоскида майже 1900 кг. Менша частина йде інші види гумових виробів. Каучук робить нашу життя удобнее.

1.4 ВОЛОКНА.

Усім ми знаємо волокна природного походження, такі, як бавовну, шерсть, льон і шовк. Також нам знайомі синтетичні волокна з найлона, полиэфиров, поліпропілену і акрилов. Основний відмінністю волокон і те, що й довжина у сотні разів переважає їхні діаметр. Якщо натуральні волокна (крім шовку) є штапельні волокна, то синтетичні можна отримати як у вигляді безперервних ниток, і у вигляді штапельною волокна.

З погляду споживача волокна може бути трьох типів; повсякденного попиту, безпечні і промышленные.

Волокнами повсякденного попиту називають волокна, використовувані для виготовлення нижньої і верхнього одягу. У цю групу входять волокна для виготовлення білизни, шкарпеток, сорочок, костюмів тощо. Ці волокна повинні мати відповідної міцністю і растяжимостью, м’якістю, не горючестью, поглинати вологу і добре забарвлюватися. Типовими представниками цього волокон є бавовну, шовк, шерсть, найлон, полиэфиры і акрилаты.

Безпечними волокнами називають волокна, використовувані для килимів, завіс, чохлів для крісел, драпіровок тощо. Такі волокна повинні прагнути бути жорсткими, міцними, довговічними і износостойкими. З точки зору безпеки до цих волокнам пред’являються такі вимоги: вони повинні погано вогник, не поширювати полум’я і за горінні виділяти мінімум тепла, диму і токсичних газів. При додаванні невеликих кількостей речовин, містять такі атоми, як У, N, Si, P, C1, Вг чи Sb, в волокна повсякденного попиту вдається надати їм вогнестійкі властивості отже, перетворити в безпечні волокна. Введення ЄІАС у волокна модифицирующих добавок зменшує їх горючість, знижує поширення полум’я, але з приводить до зменшення виділення токсичних газів і диму при горінні. Дослідження засвідчили, що на посаді безпечних волокон «можна використовувати ароматні полиамиды, полиимиды, полибензимидазолы і полиоксидиазолы. Проте за горінні цих волокон спостерігається виділення токсичних газів, що у їх молекулах містяться атоми азоту. Цього нестачі позбавлені ароматні полиэфиры.

Промислові волокна використовують як армирующих матеріалів композитах. Ці волокна також називають структурними волокнами, оскільки вони мають високим модулем, міцністю, термостойкостью, жорсткістю, довговічністю. Структурні волокна використовують із зміцнення таких виробів, як жорсткі урбаністи і гнучкі труби, трубки і шланги, соціальній та композиційних структурах, званих волокнитами і що застосовуються у конструкціях кораблів, автомобілів, літаків і навіть будинків. До цього класу волокон ставляться одноосно орієнтовані волокна ароматичних полиамидов і полиэфиров, вуглецеві і кремнієві волокна.

2. ПЕРЕРОБКА ПОЛИМЕРОВ.

2.1 КОМПАУНДИРОВАНИЕ.

Полімери в чистому вигляді, отримані з промислових підприємств після їх виділення, тож очищення, називаються «первинними «полімерами чи «первинними «смолами. За винятком окремих полімерів, як-от полістирол, поліетилен, поліпропілен, первинні полімери звичайно придатні для прямий переробки. Первинний полівінілхлорид, наприклад, є матеріалом рогоподобной фактури не може бути сформован без попереднього пом’якшення шляхом додавання пластификатора. Аналогічно цьому для формування натурального каучуку потрібно введення у нього вулканизующего агента. Більшість полімерів захищають від термічної, окислительной і фотодеструкции введенням у них підхожих стабілізаторів. Додавання в полімер барвників і пігментів перед формованием дозволяє їм отримати вироби найрізноманітніших квітів. Для зменшення тертя і поліпшення течії полімеру всередині переробного обладнання більшість полімерів додають мастильні матеріали і ті речовини підвищення технологічних властивостей. Наповнювачі ж у полімер зазвичай додають щоб надати їм спеціальних властивостей і зменшення вартості кінцевого продукта.

Процес, до складу якого у собі запровадження таких інгредієнтів, як пластифікатори, вулканизирующие агенти, отвердители, стабілізатори, наповнювачі, барвники, пламегасители і мастильні речовини, в первинний полімер, називають «компаундированием», а суміші полімерів з тими добавками — «компаундами».

Первинні пластичні полімери, такі, як полістирол, поліетилен, полиметилметакрилат і полівінілхлорид, зазвичай перебувають у вигляді сипучих дрібних порошків. Інгредієнти як дрібного порошку чи рідини змішують з порошкообразным первинним полімером з допомогою планетарних міксерів, V-смесителей, мешалок з стрічкової гвинтовій лопатою, Z-миксеров чи опрокидывателей. Зміщення робити або за кімнатної, або за підвищеної температурі, яка, проте, мусить бути набагато нижчі температури розм’якання полімеру. Рідкі форполимеры змішують з використанням простих високошвидкісних мешалок.

Первинні эластомерные полімери, такі, як натуральний каучук, бутадиенстирольный каучук чи нитрильный каучук, одержують у вигляді крихти, спресована в товсті пластини, звані «стосами ». Вони, зазвичай, змішані з вулканизирующими агентами, каталізаторами, наповнювачами, антиоксидантами і мастильними матеріалами. Оскільки эластомеры є сипучими порошками, як первинні пластичні матеріали, їх можна змішувати з згаданими вище інгредієнтами, використовуючи методи, застосовувані для первинних пластиків. Змішування первинних пластичних полімерів з іншими компонентами компаунда досягається перемішуванням, тоді як отримання компаунда первинних эластомеров включає у собі вальцевание крихти в пластичні листи і наступне введення у полімер необхідних інгредієнтів. Компаундирование эластомеров проводять чи двухвальковой каучуковою млині, чи смесителе Бенбери з внутрішнім змішанням. Эластомеры як латексу чи низькомолекулярних рідких смол може бути змішані простим перемішуванням з допомогою високошвидкісних мешалок. У разі волокнообразующих полімерів компаундирование не проводять. Такі компоненти, як мастильні речовини, стабілізатори і наповнювачі, зазвичай безпосередньо вводять у розплав чи розчин полімеру безпосередньо перед прядением нити.

2.2 ТЕХНОЛОГІЯ ПЕРЕРАБОТКИ.

Факт, що полімерні матеріали використав найрізноманітніших формах, як-от стрижні, труби, листи, пенопласты, покриття чи адгезивы, і навіть як пресовані вироби, передбачає наявність різноманітних способів переробки полімерних компаундов в кінцеві продукти. Більшість полімерних виробів отримано або формованием, або обробкою, або виливком рідких форнолимеров у вигляді з наступним отвердінням чи сшиванием. Волокна одержують у процесі прядения.

Процес формування можна порівняти, наприклад, із ліпленням будь-якої фігури з глини, а процес обробки — з вирізанням тієї ж, постаті з кусня мила. У процесі формування компаунд як порошку, лусочок чи гранул вміщують у пресс-форму і піддають впливу температури і тиску, в результаті чого утворюється кінцевий продукт. У процесі обробки отримують вироби як простих форм, як-от листи, стрижні чи труби, використовуючи штапелирование, штампування, склейку і сварку.

Перш ніж можливість перейти до обговоренню різноманітних методів переробки полімерів, нагадаємо, що полімерні матеріали може бути термопластичными чи термореактивными (термоотверждающимися). Після формування термопластичных матеріалів під впливом температури і тиску перед визволенням із прес-форми вони мають охолоджувати нижче від температури розм’якання полімеру, позаяк у іншому разі вона втрачає форму. Що стосується термореактивных матеріалів такої потреби немає, оскільки після однократного спільного впливу температури і тиску виріб зберігає придбану форму навіть за його звільнення з прес-форми при високої температуре.

2.3 КАЛАНДРОВАНИЕ.

Процес каландрования зазвичай застосовують для безперервних плівок і аркушів. Основний частиною апарату (мал.1) для каландрования є комплект гладко відполірованих металевих валків, що обертаються у протилежних напрямах, і пристрій для точного регулювання зазору з-поміж них. Зазор між валками визначає товщину каландрованного аркуша. Полімерний компаунд подається на гарячі валки, а лист, який із цих валків, охолоджується під час проходження через холодні валки. На останньому етапі листи змотуються в рулони, як показано на мал.1. Але якщо замість аркушів потрібно отримати тонкі полімерні плівки, застосовують серію валків з поступово уменьшающимся зазором з-поміж них. Зазвичай, у листи каландруют такі полімери, як полівінілхлорид, поліетилен, каучук і сополимер бутадієну, стиролу і акрилонитрила.

[pic].

Рис. 1. Схема апарату для каландрования / — полімерний компаунд; 2 — каландровочные валки: гарячі (3) і холодный.

(4); 5 — каландрованный лист; б — направляючі валки; 7 — сматывающее устройство.

З використанням в каландровочной машині профилированных валків можна отримувати тиснені листи різних малюнків. Різні декоративні ефекти, такі, як імітація під мармур, можна досягти шляхом введення в каландр суміші компаундов різних кольорів. Технологія обробки під мармур зазвичай використовується у виробництві плиток для статі з поливинилхлорида.

2.4 ЛИТЬЕ.

ЛИТТЯ У ФОРМЕ. Це порівняно недорогий процес, яка полягає в переробці рідкого форполимера в тверді вироби необхідної форми. Цим методом можна отримати листи, труби, стрижні тощо. вироби обмеженою довжини. Схематично процес лиття на формі представлений мал.2. І тут форполимер, змішаний у пропорціях з отвердителем та інші інгредієнтами, виливають в чашку Петрі, що й служить формою. Потім чашку Петрі поміщають кілька годин в піч, нагріту до необхідної температури, до завершення реакції отвердіння. Після охолодження до кімнатної температури твердий продукт виймають з форми. Тверде тіло, відлите в такий спосіб, матиме форму внутрішнього рельєфу чашки Петри.

[pic].

Рис. 2. Найпростіше зображення процесу лиття на формі б — наповнення чашки Петрі форполимером і отвердителем; б — нагрівання в печі; б — вилучення з форми остиглого продукта.

Якщо замість чашки Петрі використовувати циліндричну скляну трубу, закриту з однієї кінця, можна було одержати виріб як циліндричного стрижня. З іншого боку, замість форполимера і отвердителя у вигляді можна вилити суміш мономера, каталізатора й інших інгредієнтів, нагріту до температури полімеризації. Полімеризація у разі буде протікати всередині форми до освіти твердого продукту. Для лиття на формі підходять акрилы, эпоксиды, полиэфиры, феноли і уретаны.

Форми для лиття виготовляються з алебастру, свинцю чи скла. У процесі отвердіння відбувається усадка полімерної блоку, що полегшує його звільнення з формы.

РОТАЦІЙНЕ ЛИТТЯ. Порожнисті вироби, такі, як м’ячі і ляльки, одержують у процесі, званому «ротаційне лиття ». Апарат, вживаний у цьому процесі, представлений рис. 3.

Компаунд термопластического матеріалу як дрібного порошку поміщають в порожнисту форму. Використовуваний апарат має спеціальне пристосування для одночасного обертання форми навколо первинної і вторинної осей. Форму закривають, нагрівають і обертають. Це спричиняє однорідному розподілу розплавленого пластика у всій поверхні порожнистої форми. Потім обертову форму охолоджують холодною водою. При охолодженні розплавлений пластичний матеріал, однорідний розподілений по поверхні форми, твердне. Тепер форму можна відкривати і вийняти кінцеве изделие.

Також у форму то, можливо завантажена рідка суміш термореактивного форполимера з отвердителем. Отвердіння у разі відбуватиметься при обертанні під впливом підвищеної температуры.

Ротационным литтям виробляють вироби з полівінілхлориду, такі, як калоші, порожнисті кулі чи голови для ляльок. Отвердіння полівінілхлориду здійснюється шляхом фізичного гелеобразования між поливинилхлоридом і рідким пластифікатором за температур 150[pic]200°С. Дрібні частки полівінілхлориду однорідний диспергированы в рідкому пластификаторе разом із стабілізаторами і барвниками, створюючи, в такий спосіб, речовина зі порівняно низькою в’язкістю. Цей пастообразный матеріал, званий «пластизоль », завантажують конкретної форми та відкачують з її повітря. Потім форму починають крутити і нагрівати до необхідної температури, що зумовлює гелеобразованию полівінілхлориду. Товщина стінок що утворюється продукту визначається часом гелеобразования.

[pic] Рис. 3. У процесі ротаційного лиття порожнисті форми, наповнені полімерним матеріалом, одночасно обертають навколо первинної і вторинної осей.

1 — первинна вісь; 2 — вторинна вісь; 3 — деталь рознімною форми; 4 — порожнини форми; 5 — кожух звичайною зубчастою передачі; б—к мотору.

Після досягнення необхідної товщини стінок надлишок пластизоля видаляється щодо повторного циклу. Для остаточної гомогенізації суміші частинок полівінілхлориду з пластифікатором гелеобразный продукт всередині форми нагрівають. Кінцевий продукт виймають з форми саме його охолодження струменем води. Метод ротаційного лиття з допомогою рідкого матеріалу відомий як засіб «формування порожніх виробів заливанням і обертанням форми » .

ЛИТТЯ ПІД ТИСКОМ. Найбільш зручним процесом для виробів із термопластичных полімерів є процес лиття під тиском. Попри те що що вартість обладнання цьому процесі досить висока, його безсумнівним гідністю є висока продуктивність. У цьому процесі дозоване кількість розплавленого термопластичного полімеру впорскується під тиском в порівняно холодну пресс-форму, що й відбувається його затвердіння як кінцевого продукта.

Апарат для лиття під тиском зображений на див. мал.6. Процес складається з подачі компаундированного пластичного матеріалу як гранул, таблеток чи порошку з бункера через певні часові відтинки в нагрітий горизонтальний циліндр, що й відбувається його розм’якшення. Гідравлічний поршень забезпечує тиск, необхідне, щоб проштовхнути розплавлений матеріал по циліндру до форми, розташовану з його кінці. При русі полімерної маси вздовж гарячої зони циліндра пристрій, зване «торпедою », сприяє однорідному розподілу пластичного матеріалу внутрішніми стінок гарячого циліндра, забезпечуючи таким чином рівномірний розподіл тепла з усього обсягу. Потім розплавлений пластичний матеріал впорскують через литьевое отвір в гніздо пресс-формы.

У найпростішому вигляді пресс-форма є систему з цих двох частин: одне з частин рушійна, інша — стаціонарна (див. див. мал.6). Стаціонарна частина прес-форми фіксується на кінці циліндра, а рухлива знімається і надягається на нее.

З допомогою спеціального механічного устрою пресс-форма щільно закривається, і тоді час відбувається вспрыскивание розплавленого пластичного матеріалу під тиском 1500 кг/см[pic]. Яке Заплющує механічне пристрій має зроблено в такий спосіб, щоб витримувати високі робочі тиску. Рівномірний протягом розплавленого матеріалу в внутрішніх областях прес-форми забезпечується її попереднім нагріванням до певної температури. Зазвичай ця температура трохи нижче температури розм’якання прессуемого пластичного матеріалу. Після заповнення форми розплавленим полімером її охолоджують циркулюючої холодною водою, та був відкривають для вилучення готового вироби. Усе це цикл може бути повторений багаторазово як і ручному, і у автоматичному режиме.

ВИЛИВОК ПЛІВОК. Метод виливки використовують також і виробництва полімерних плівок. І тут розчин полімеру відповідної концентрації поступово виливають на рухомий із постійною швидкістю металевий пояс (рис.4), лежить на поверхні якого й відбувається освіту безперервного шару полімерної раствора.

[pic].

Рис. 4. Схема процесу виливки плівок / — розчин полімеру; 2 — розподільний клапан; 3 — розчин полімеру розтікається із заснуванням плівки; 4 — розчинник випаровується; 5 — нескінченний металевий пояс; 6 — безперервна полімерна плівка; 7 — сматывающая катушка.

При випаровуванні розчинника в контрольованому режимі лежить на поверхні металевого пояса відбувається освіту тонкої полімерної плівки. Після цього плівка знімається простим отслаиванием. В такий спосіб отримують більшість промислових целофанових листів, і фотографічних пленок.

2.5 ПРЯМЕ ПРЕССОВАНИЕ.

Метод прямого пресування широко використовується для виробів з термореактивных матеріалів. На див. мал.5 представлена типова пресс-форма, використовувана для прямого пресування. Форма і двох частин — верхньої та нижньої або з пуансона (позитивна форма) і матриці (негативна форма). У частині прес-форми є виїмка, а верхньої — виступ. Зазор між виступом верхню частину і виїмкою частині у зачиненій пресформи і визначає кінцевий вид прессуемого изделия.

У процесі прямого пресування термореактивный матеріал піддається однократному впливу температури і тиску. Застосування гідравлічного преса з нагреваемыми пластинами дозволяє їм отримати бажаний результат.

[pic].

Див. Мал.5. Схематичне зображення прес-форми, яка у процесі прямого формования.

1 — порожнину форми, наповнена термореактивным матеріалом; 2 — направляючі шипи; 3 — гаркавість; 4 — сформованное изделие.

Температура і тиск при пресуванні можуть досягати 200 °З повагою та 70 кг/см2 відповідно. Робітники температура і тиск визначаються реологическими, термическими та інші властивостями прессуемого пластичного матеріалу. Вилучення прес-форми повністю заповнюється полімерним компаундом. Коли під тиском пресс-форма закривається, матеріал в ній стискається і пресуються в необхідну форму. Зайва матеріал витісняється з прес-форми як тонкої плівки, яку називають «видавлювати ». Під впливом температури прессуемая маса твердне. Для звільнення кінцевий продукт з прес-форми охолодження не требуется.

[pic].

Рис. 6. Схематичне зображення процесу лиття під тиском 1 — компаундированный пластичний матеріал; 2 — завантажувальна воронка; 3 — поршень; 4 — електричний нагрівальний елемент; 5 — стаціонарна частина формы;

6 — рухлива частина форми; 7 — основний циліндр; 8 — торпеда; 9 — розм’якшений пластичний матеріал; 10 — пресс-форма; 11 — виріб, сформованное методом лиття під давлением.

2.6 ФОРМОВАНИЕ.

ПНЕВМОФОРМОВАНИЕ. Багато порожніх пластичних виробів виробляють методом пневмоформования: каністри, м’які пляшки для напоїв тощо. Пневмоформованию можуть бути піддані такі термопластичные матеріали: поліетилен, поликарбонат, полівінілхлорид, полістирол, найлон, поліпропілен, акрилы, акрилонитрил, акрилонитрил-бутадиенсти-рольнын полімер, проте за щорічного споживання перше місце займає поліетилен високої плотности.

Пневмоформование веде своє походження від стеклодувной промисловості. Схема цього процесу дана на рис. 7.

Гарячу размягченную термопластичную трубку, звану «заготівлею », поміщають всередину порожнистої форми, складається з двох частин. Коли форма закрита, обидві її половини затискають один кінець заготівлі та голку на шляху подання повітря, розташовану іншому кінці трубки.

[pic].

Див. Мал.7. Схематичне діаграма, пояснює стадії процесу пневмоформования, а — заготівля, вміщена відкрито пресс-форму; б — закрита пресс-форма; в — удмухування повітря на пресс-форму; р — відкривання прес-форми. 1— заготовка;

2 — голка на шляху подання повітря; 3 — пресс-форма; 4 — повітря; 5 — виріб, виготовлений методом пневмоформования.

Під впливом тиску, подаваного з компресора через голку, гаряча заготівля роздувається як кулю до щільного зустрічі з щодо холодної внутрішньої поверхнею форми. Потім форму охолоджують, відкривають і виймають готове тверде термопластичное изделие.

Заготівля для пневмоформования може бути отримана методом лиття під тиском чи экструзии, і залежно що від цього метод називають відповідно литтям під тиском із раздувкой чи пневмоформованием з экструзией.

ФОРМОВАНИЕ ЛИСТОВИХ ТЕРМОПЛАСТОВ. Формование листових термопластов є надзвичайно важливим процесом для тривимірних виробів з пластиків. Цим методом з листів акрилонитрилбутадиенстирола отримують навіть ті великі вироби, як корпусу підводних лодок.

Схема цього Процесу така. Термопластичный лист нагрівають до температури його розм’якання. Потім відштампувати впрессовывает гарячий гнучкий лист в матрицю металевої прес-форми (див. мал.9), у своїй лист приймає певну форму. При охолодженні сформованное виріб твердне і вилучають із пресс-формы.

У модифікованому методі під впливом вакууму гарячий лист засмоктується в порожнину матриці та приймає необхідну форму (рис.10). Цей метод називається методом вакуумного формования.

2.7 ЭКСТРУЗИЯ.

Экструзия одна із найдешевших методів виробництва широко поширених пластичних виробів, як-от плівки, волокна, труби, листи, стрижні, шланги і ремені, причому профіль цих виробів задається формою вихлопного отвори голівки экструдера. Розплавлений пластик при певних умов видавлюють через вихідний отвір голівки экструдера, що надає бажаний профіль экструдату. Схема найпростішої экструзионной машини показано на рис. 8.

[pic].

Рис 8. Схематичне зображення найпростішої экструзионной машины.

1 — завантажувальна воронка; 2 — свердло; 3 — основний циліндр; 4 — нагрівальні елементи; 5 — вихідний отвір голівки экструдера, а — зона завантаження; б — зона стискування; в ~ зона гомогенизации.

У цьому машині порошок чи гранули компаундированного пластичного матеріалу завантажують з бункера в циліндр з електричним обігрівом для розм’якання полімеру. Спиралевидный обертався свердло забезпечує рух гарячої пластичної маси по циліндру. Бо за русі полімерної маси між обертовим шнеком і циліндром виникає тертя, усе веде до виділенню тепла і, отже, до підвищення температури перероблюваної полімеру. У процесі цього руху від бункера до вихідному отвору голівки экструдера пластична маса переходить три чітко розділені зони: зону завантаження (а), зону стискування (б) зоною гомогенізації (в) (див. рис 9).

Кожна з цих зон вносить свій внесок у процес экструзии. Зона завантаження, наприклад, приймає полімерну масу з бункера і направляє їх у зону стискування, війни операція проходить без нагревания.

[pic].

Рис. 9. Схема процесу формування листових термопластов.

1 — лист термопластического матеріалу; 2 — затиск; 3 — відштампувати; 4 — розм’якшений нагріванням лист; 5 — матриця; 6 — виріб, отримане методом формування листових термопдастов.

[pic].

Рис. 10. Схема процесу вакуумного формування термопластов 1 — затиск; 2 — лист термопласта; 3 — пресс-форма; 4 — виріб, отримане методом вакуумного формування термопластов.

У зоні стискування нагрівальні елементи забезпечують плавлення порошкоподібної завантаження, а обертався свердло здавлює її. Потім пастообразный розплавлений пластичний матеріал вступає у зону гомогенізації, що й набуває постійну швидкість течії, зумовлену гвинтовій нарізкою шнека.

Під впливом тиску, створюваного щодо них экструдера, розплав полімеру подається на вихідний отвір голівки экструдера і виходить із нього з бажаним профілем. Через високої в’язкості деяких полімерів іноді потрібно наявність ще з однією зони, званої робочої, де полімер піддається впливу високих сдвиговых навантажень підвищення ефективності змішання. Экструдированный матеріал необхідного профілю виходить із экструдера дуже нагрітому стані (його температура становить від 125 до 350°С), для збереження форми потрібно її швидке охолодження. Экструдат надходить на конвеєрну стрічку, яка стелиться через чан з «холодною водою, і твердне. Для охолодження экструдата також застосовують обдувку холодним повітрям і зрошення холодною водою. Сформованный продукт в подальшому чи розрізається чи змотується в катушки.

Процес экструзии використовують також і покриття дротів і кабелів поливинилхлоридом чи каучуком, а стержнеобразных металевих прутів — підходящими термопластичными материалами.

2.8 ВСПЕНИВАНИЕ.

Пінення є простим методом отримання пеноі губкообразных матеріалів. Особливі властивості цього матеріалів — амортизирующая здатність, легкий вагу, низька теплопровідність — роблять дуже привабливими використання їх у різних цілях. Звичайними вспенивающимися полімерами є полиуретаны, полістирол, поліетилен, поліпропілен, силікони, эпоксиды, ПВХ тощо. Спінена структура складається з ізольованих (закритих) чи взаимопроникающих (відкритих) порожнин. У першому разі, коли порожнечі закриті, можуть укладати у собі гази. Обидва твань структур схематично представлені на рис. 11.

[pic] Рис. 11. Схематичне зображення комірчаних структур відкритого і закритого типів, які виникають у процесі вспенивания 1- дискретні (закриті) осередки; 2 — взаимопроникающие (відкриті) ячейки;

3 — стінки ячеек.

Є кілька методів для спінених чи комірчаних пластиків. Одне з них у тому, що за розплавлений компаунд продувают повітря чи азот до його повного вспенивания. Процес вспенивания полегшується при додаванні поверхнево-активних агентів. Після досягнення необхідної ступеня вспенивания матрицю охолоджують до кімнатної температури. У цьому випадку термопластичный матеріал твердне у вспененном стані. Термореактивные рідкі форполимеры може бути вспенены в холодному стані, та був нагріті до їх отвердіння. Зазвичай пінення досягається додаванням в полімерну масу пеночи газообразователей. Такими агентами є низькомолекулярні розчинники чи певні хімічні сполуки. Процес кипіння таких розчинників, як н-пентан і н-гексан, при високих температурах отвердіння полімерних матеріалів супроводжується інтенсивним процесом парообразования. З іншого боку, деякі хімічні сполуки за цих температурах можуть розкладатися із інертних газів. Так, азо-бис-изобутиронитрил термічно розкладається, звільняючи у своїй великий обсяг азоту [pic], вирізняється в полімерну матрицю внаслідок перебігу реакції між изоцианатом і води, також використовується для спінених матеріалів, наприклад піни полиуретана:

[pic].

Оскільки полиуретаны здійснюють за реакції полиола з диизоцианатом, то для вспенивания продукту реакції, необхідно додавання додаткових невеликих кількостей диизоцианата та води. Отже, дуже багато парів чи газів, виділених пеноі газообразователями, призводить до вспениванию полімерної матриці. Полімерну матрицю у вспененном стані охолоджують до температур нижче від температури розм’якання полімеру (у разі термопластичных матеріалів) чи піддають реакції отвердіння чи зшивання (у разі термореактивных матеріалів), в результаті матриця набуває жорсткість, необхідну збереження спіненої структури. Цей процес відбувається називається процесом «стабілізації піни ». Якщо матрицю не охолоджувати нижче від температури розм’якання або зшивати, здатні наповнити її гази залишають систему пір і піна коллапсирует.

Пенопласты можна отримати в гнучкою, жорсткої та полужесткой формах. Щоб отримати вироби з пінопласту безпосередньо, пінення слід проводити безпосередньо всередині прес-форми. Пінопластові листи і стрижні також можна використовувати для різних виробів. У залежність від природи полімеру і рівня вспенивания щільність пінопластів їх може становити від 20 до 1000 кг/см3. Використання пінопластів дуже багатоманітно. Наприклад, автомобільна промисловість використовує великі кількості пінопластів з ПВХ і поліуретану для оббивки. Велику роль ці матеріали грають В. Гвоздицький і під час виготовлення меблів. Жорсткі полістирольні пенопласты широко йдуть на пакування й теплоізоляції будинків. Пенорезины і пенополиуретаны використовують із набивки матраців тощо. Жорсткі пенополиуретаны також застосовуються для теплоізоляції будинків та для виготовлення протезов.

2.9 АРМИРОВАНИЕ.

При армуванні пластичної матриці высокопрочным волокном отримують системи, звані «армовані волокном пластики «(АВП). АВП мають дуже цінними властивостями: їх відрізняє високе ставлення міцності до ваги, значна коррозионная стійкість і простота виготовлення. Методом армування волокнами вдається отримувати широке коло виробів. Наприклад, конструкторів, творців космічних кораблів під час створення штучних супутників в АВП насамперед привертає разюче високе ставлення міцності до ваги. Вродливий зовнішній вигляд, невеличкий вага і коррозионная стійкість використовувати АВП для обшивки морських судів. З іншого боку, АВП використовують навіть як матеріалу для танків, у яких зберігають кислоты.

Зупинимося тепер докладніше на хімічний склад і зниження фізичної природі цих незвичайних матеріалів. Як відзначалося вище, вони представляють собою полімерний матеріал, спеціальні властивості якого обумовлені введенням у нього армирующих волокон. Основними матеріалами, у тому числі виготовляють армирующие волокна (як дрібно нарізані, і довгі), є скло, графіт, алюміній, вуглець, бір і берилій. Найостанніші досягнення у цій галузі пов’язані з допомогою як армирующих волокон повністю ароматичного поліаміду, що забезпечує більш як 50%- ное зменшення ваги проти армированными пластиками з урахуванням традиційних волокон. Для армування також використовують і натуральні волокна, такі, як сисал, азбест тощо. Вибір армирующего волокна колись всього визначається вимогами, що висуваються до кінцевого продукту. Проте скляні волокна і по сьогодні широко використовуваними і по цього часу вносять основний внесок у промислового виробництва АВП. Найбільш привабливими властивостями скляних волокон є низький коефіцієнт термічного розширення, висока стабільність розмірів, низька вартість виробництва, висока міцність при розтягненні, низька диэлектрическая константа, не горючість та хімічна стійкість. Інші армирующие волокна використав основному тому випадку, коли потрібні деякі додаткові властивості для експлуатації АВП в специфічних умовах, попри її вищу вартість порівняно з скляними волокнами.

АВП отримують шляхом зв’язування волокон з полімерної матрицею і його наступного отвердіння під впливом тиску і температури. Армирующие добавки можна вигляді дрібно порізаних волокон, довгих ниток і тканин. Основними полімерними матрицями, які у АВП, є полиэфиры, эпоксиды, феноли, силікони, меламин, похідні звинувачувала і полиамиды. Більшість АВП отримують з урахуванням поліефірних полімерів, головне достоїнство яких становить їх низька вартість. Фенольные полімери використав тому випадку, коли визначена висока термостойкость. Надзвичайно високі механічні властивості АВП набувають під час використання як полімерної матриці эпоксидных смол. Використання силіконових полімерів надає АВП чудові електричні і термічні свойства.

Нині є кілька методів армування пластикою. Найчастіше використовуваними є: 1) метод нашарування аркушів вручну, 2) метод намотування волокна і трьох) метод просочення распылением.

МЕТОД НАШАРУВАННЯ АРКУШІВ ВРУЧНУ. Не виключено, що це найбільш простий метод армування пластиків. І тут якість кінцевий продукт у що свідчить визначається умінням і майстерністю оператора. Весь процес полягає з таких стадій. Спочатку форму покривають тонким шаром адгезионной мастила з урахуванням поливинилового спирту, силіконового олії чи парафіну. Це робиться запобігання прилипания кінцевого вироби до форми. Потім форму покривають шаром полімеру, поверх якого кладуть стеклоткань чи мат. Цю стеклоткань, своєю чергою, покривають іншим шаром полимера.

[pic].

Рис. 12. Схематичне зображення методу нашарування аркушів вручную.

1 — що чергуються верстви полімеру і стеклоткани; 2 — пресс-форма; 3 — прокатывающий ролик.

Усе це для однорідної притискання стеклоткани до полимеру і видалення повітряних бульбашок щільно прокочують роликами. Кількість які чергуються верств полімеру і стеклоткани визначає товщину зразка (рис.12).

Потім за кімнатної чи підвищеної температурі відбувається отвердіння системи. Після отвердіння армований пластик знімають із форми та друзі проводять зачистку і остаточну обробку. Цим методом отримують листи, частини автомобільного кузова, корпусу для судів, труби і навіть фрагменти зданий.

МЕТОД НАМОТУВАННЯ ВОЛОКОН. Цей метод дуже широко використовується для виробництва таких армованих пластичних виробів, як циліндри, що витримують високі тиску, цистерни для зберігання хімічних речовин і корпусу моторів ракет. Вона складається у цьому, що безперервну мононить, волокно, пучок волокон чи ткану стрічку пропускають через ванну зі смолою і отвердителем. Принаймні виходу волокна з ванної надлишок смоли віджимається. Просочені смолою волокна чи стрічку потім намотують на сердечник необхідної форми і отверждают під впливом температуры.

[pic].

Рис. 13. Схематичне зображення методу намотування волокна 1- подає котушка; 2 — безперервна нитку; 3 — вузол для просочення волокна і віджиму смоли; 4 — сердечник; 5 — просочені смолою волокна, намотанные на сердечник.

Наматывающая машина (рис.13) сконструйована те щоб волокна могли намотуватися на сердечник належним чином. Натяг волокна і спосіб його намотування дуже важливі з погляду кінцевих деформаційних властивостей готового изделия.

МЕТОД ОБПРИСКУВАННЯ. У цьому вся методі використовують пульверизатор з многоручьевой голівкою. Струменя смоли, отвердителя і нарізаного волокна одночасно подаються з пульверизатора на поверхню форми (рис.14), де вони утворюють шар певної товщини. Нарізане волокно певної довжини отримують безупинної подачею волокон в измельчающую голівку апарату. Після досягнення необхідної товщини полімерну масу при нагріванні отверждают. Розпилення є экспресс-методом покриття великих поверхонь. Багато сучасні пластичні вироби, такі, як вантажні платформи, резервуари для зберігання, кузова вантажівок і корпуси кораблів, отримують саме цим методом.

[pic].

Рис. 14. Схематичне зображення методу опрыскивания.

1 — форма; 2 — распыленная суміш нарізаного волокна і смоли; 3 — струмінь нарізаного волокна; 4 — безупинне волокно; 5— смола; 6— отвердитель; 7 — вузол для нарізування волокна і розпорошення; 8 — струмінь смолы.

ІНШІ МЕТОДИ. Крім описаних вище методів, у виробництві армованих пластиків відомі й інші, кожен із яких має специфічне призначення. Так, метод виготовлення безперервних шаруватих матеріалів використовують із виробництва безперервних аркушів армованих шаруватих пластиків різної товщини. У процесі окремий шар тканої стрічки, котра надходить з рулонів, просочують смолою і отвердителем, а потім спрессовывают разом, пропускаючи системою гарячих валків. Після отвердіння під впливом температури отримують шаруватий пластик I необхідної товщини (рис.15). Товщину матеріалу можна варіювати, змінюючи кількість слоев.

[pic].

Рис. 15. Схематичне зображення методу виробництва безперервних шаруватих материалов.

1— які подають котушки; 2 — безперервні листи стеклоткани; 3 — ванна для просочення в суміші смоли з отвердителем; 4 — безперервний шаруватий пластик; 5.

— шаруватий пластик, нарезаемый на шматки необхідного размера.

Інший метод, відомого як метод отримання одноосно орієнтованого волокнистого пластика, дозволяє зліпити з безперервних пучків волокон такі вироби, як порожнисті прути чи рибальські вудки. Цей процес відбувається порівняно простий. Безперервний пучок волокон, попередньо оброблений смолою і отвердителем, протягають через фильеру відповідного профілю (рис.16), нагріту до певної температури. На виході з фильеры профільоване виріб продовжують нагрівати. Отвержденный профіль вибирають з фильеры системою обертових валків. Цей процес відбувається кілька нагадує экструзию з тією різницею, що з экструзии полімерний матеріал проштовхують через фильеру зсередини з допомогою обертового шнека, а у вищеописаному методі матеріал протягають через вихідний отвір фильеры з зовнішньої стороны.

[pic].

Рис. 16. Схематичне зображення методу отримання одноосно орієнтованого волокнистого пластика.

1 — безперервний пучок волокон, просякнуте смолою і отвердителем; 2 — нагрівальний елемент; 3 — фильера; 4 — обертові витягають валки; 5.

— готове виріб, нарізане на шматки; 6 — профіль готового изделия.

З іншого боку, суміш, яка містить нарізані волокна, смолу і отвердитель, то, можливо сформована будь-якою іншою підхожим методом, наприклад методом прямого пресування. Термопластичные матеріали, наповнені нарізаними волокнами, може бути сформованы прямим пресуванням, литтям під тиском чи экструзией щоб одержати кінцевий продукт з поліпшеними механічними свойствами.

2.10 ПРЯДІННЯ ВОЛОКОН.

Полімерні волокна одержують у процесі, званому прядением. Існують три принципово різних методу прядіння: прядіння з розплаву, сухе і мокре прядіння. У процесі прядіння з розплаву полімер перебуває у розплавленому стані, а інших випадках — як розчинів. Однак у таких випадках полімер, в розплавленому чи розчиненому стані, протікає через багатоканальний мундштук, являє собою пластину з дуже дрібними отворами для виходу волокон.

ПРЯДІННЯ ІЗ РОЗПЛАВУ. У своїй найпростішої формі процес прядіння з розплаву то, можливо представлений так. Спочатку полімерні лусочки розплавляють на нагрітої решітці, перетворюючи полімер в в’язку рухливу рідина. Іноді у процесі нагрівання відбувається освіту грудок внаслідок перебігу процесів зшивання чи термічної деструкції. Ці грудки може бути легко віддалені з гарячого полімерної розплаву пропусканием системою блок-фильтров. З іншого боку, запобігання окислительной деструкції розплав слід захищати від кисню повітря. Це буває у основному створенням навколо розплаву полімеру інертної атмосфери азоту, СОд і водяної пари. Дозирующий насос подає розплав полімеру із постійною швидкістю на багатоканальний мундштук (фильеру). Розплав полімеру проходить системою дрібних отворів мундштука і виходить звідти як безперервних і дуже тонких мононитей. При контакту з холодним повітрям відбувається миттєве затвердіння волокон, які виходять із фильер. Процеси охолодження і отвердіння можна значною мірою прискорені при обдувке холодним повітрям. Виходять з фильер тверді мононити намотуються на катушки.

Важлива особливість, яку варто враховувати у процесі прядіння з розплаву, у тому, що діаметр мононити значною мірою залежить від швидкості, з якою розплавлений полімер проходить через фильеру, і зажадав від швидкості, з якою мононить вибирають з фильеры і змотують на катушки.

[pic].

Рис. 17. Схематичне зображення процесів сухого прядіння (чи прядіння з розплаву (б) 1 — завантажувальна воронка; 2 — полімерні лусочки; 3 — нагріта решітка; 4 — гарячий полімер; 5 — дозирующий насос; б — розплав; 7— багатоканальний мундштук, 8 — свежеспряденное волокно; 9 — котушка; 10 — розчин полимера;

11 — фільтр; 12 — дозирующий насос; 13 — багатоканальний мундштук; 14 — свежеспряденное волокно; 15 — на катушку.

СУХЕ ПРЯДІННЯ. Багато таких традиційних полімерів, як ПВХ чи полиакрилонитрил, переробляють в волокна у крупних масштабах в процесі сухого прядіння. Сутність цього процесу показано на рис. 17. Полімер розчиняють у відповідній розчиннику із заснуванням высококонцентрированного розчину. В’язкість розчину регулюють збільшенням температури. Запальний в’язкий розчин полімеру продавлюють через фильеры, одержуючи, в такий спосіб, тонкі безперервні цівки. Волокно з цих струминок утворюється під час простому випаровуванні розчинника. Випаровування розчинника може бути прискорений шляхом обдувания зустрічним потоком сухого азоту. Волокна, які утворюються з розчину полімеру, зрештою намотують на котушки. Швидкість прядіння волокон може становити 1000 м/мин. Промислові ацетатцеллюлозные волокна, отримані з 35%-ного розчину полімеру в ацетоні при 40 °З, служать типовим прикладом отримання волокон методом сухого прядения.

МОКРЕ ПРЯДІННЯ. При мокрому прядении, як і за сухому, використовують сильно концентровані полімерні розчини, високу в’язкість яких вдається понизити підвищенням температури прядіння. Детально процес мокрого прядіння показаний на рис. 18. У процесі мокрого прядіння відбувається переробка грузького розчину полімеру в тонкі струни при пропущенні через фильеры. Потім ці полімерні цівки потрапляють у коагуляционную ванну з осадителем, що й відбувається висаджування полімеру з розчину як тонких ниток, котрі після промивання, сушіння тощо. збирають на котушках. Іноді у процесі мокрого прядіння замість безперервних ниток утворюються грудки, що відбувається внаслідок обриву що з фильеры цівки під дією сил поверхового натяжения.

[pic].

Рис. 18. Схематичне зображення процесу мокрого прядіння 1 — розчин полімеру; 2 — фільтр; 3 — дозирующий насос; 4 — багатоканальний мундштук; 5 — осадитель; 6 — свежеспряденное волокно; 7 — ванна для коагуляції і осадження; 8 — ванна для промивання; 9 — сушіння; 10 — на катушку.

Цього вдасться уникнути зі збільшенням в’язкості полімерної розчину. Коагуляція, що є лимитирующей стадією мокрого прядіння, процес досить повільний, що навіть пояснюється низька, проти іншими, швидкість прядіння розчину, рівна 50 м/мин. У промисловості процес мокрого прядіння використовують із отримання волокон з полиакрилонитрила, целюлози, вискозного волокна і т.д.

ОДНООСНАЯ ОРІЄНТАЦІЯ. У процесі прядіння волокон з полімерної розплаву чи розчину макромолекули в волокні орієнтовані і, отже, їх ступінь кристалличности порівняно низька, що небажаним чином віддзеркалюється в фізичних властивості волокна. Для поліпшення фізичних властивостей волокна піддають операції, званої одноосной витяжкою, використовуючи розтягують апарати певного типа.

Основний особливістю апарату служить наявність системи двох роликів, А і У (рис.19), обертових з різними швидкостями. Ролик У обертається в 4−5 раз швидше ролика А. Спряденную нитку послідовно пропускають через ролик А, растягивающую шпильку 3 і ролик У. Оскільки ролик У обертається зі швидкістю більшої, ніж ролик А, волокно витягується під навантаженням, задаваемой шпилькою 3. Витяжка волокна ввозяться зоні 2. Після проходження через ролик У випростана полімерна нитку намотується на металеву бобіну. Попри те що у процесі витяжки відбувається зменшення діаметра нитки, її прочностные властивості значною мірою поліпшуються внаслідок орієнтації макромолекул, паралельно осі волокна.

[pic] Рис. 19. Схематичне зображення апарату для одноосного ориентирования.

1— невытянутая нитку; 2 — зона витяжки; 3 — растягивающая шпилька; 4— видовжене волокно.

НАСТУПНА ОБРОБКА ВОЛОКОН. Заради покращання корисних властивостей волокон їх часто піддають додаткової спеціальної обробці: очищенні, мастилі, проклейке, крашению і т.д.

Задля чистоти використовують мила та інші синтетичні миття. Очищення не що інше, як видалення багна й інших домішок з поверхні волокна. Змащування залежить від обробці волокон з метою захисту їхнього капіталу від непорозуміння з сусідніми волокнами і грубими металевими поверхнями у процесі переробки. Як смазывающих агентів в основному природні олії. Змащення наводить також до зменшення статичного електрики, накапливающегося на волокнах.

Проклейкой називають процес захисного покриття волокон. Як проклеивающих матеріалів більшість волокон використовують поливиниловый спирт чи желатину. Проклейка дозволяє утримувати волокна не більше компактного пучка і відданість забезпечує в такий спосіб рівномірний ткацтво. Перед фарбуванням тканини проклейку слід видаляти промиванням в воде.

Для фарбування волокна вміщують у розчин барвника, молекули якого проникають зазвичай лише аморфні області волокна.

Волокна з урахуванням целюлози чи білків швидко адсорбируют кислотні барвники, які легко пов’язуються з аминочи гидроксильными групами полімерів. Процес фарбування синтетичних волокон, як-от полиэфиры, полиамиды чи акрилы, протікає набагато повільніше. Швидкість фарбування у тому вдасться збільшувати підвищенням температури. Фарбування волокон на основі полівінілхлориду, поліетилену тощо. практично вимагає запровадження них активних абсорбційних центрів при сополимеризации і хімічному окислении.

ЗАКЛЮЕНИЕ.

Як раніше відзначалося, до полимерам ставляться численні природні сполуки: білки, нуклеїнові кислоти, целюлоза, крохмаль, каучук та інші органічні речовини. Велика кількість полімерів отримують синтетичним шляхом з урахуванням найпростіших сполук елементів природного походження шляхом реакцій полімеризації, поліконденсації, і хімічних превращений.

На початку 60-х р. полімери вважали лише дешевими замінників дефіцитного природного сировини — бавовни, шовку, вовни. Але незабаром прийшов розуміння те, що полімери, волокна та інші матеріали з їхньої основі часом краще традиційно використовуваних природних матеріалів — вони легше, міцніше, більш жаростойки, здатні працювати у агресивних середовищах. Тому всі свої зусилля хіміки і технологи направили створення нових полімерів, які мають високими експлуатаційними характеристиками, і методів їх переробки. І досяг у цьому справі результатів, часом переважаючих результати аналогічної діяльності відомих закордонних фирм.

Полімери широко застосовують у багатьох областях людської діяльності, задовольняючи потреби різних галузей промисловості, сільського господарства, медицини, культури та побуту. У цьому доречно зауважити, що останні роки трохи змінилася й третя функція полімерних матеріалів будь-якій галузі, і їх отримання. Полимерам стали довіряти дедалі більш відповідальні завдання. З полімерів стали виготовляти дедалі більше щодо дрібних, але конструктивно складних та відповідальних деталей машин і творення механізмів, й те водночас дедалі більше полімери стали застосовуватися у виготовленні великогабаритних корпусних деталей машин та правових механізмів, несучих значні нагрузки.

Рубіж прочностных властивостей полімерних матеріалів удалося подолати переходом до композиційним матеріалам, переважно скло і углепластикам. Отож, нині вираз «пластмаса міцніше стали» звучить цілком обгрунтовано. У той самий час полімери зберегли своїми панівними позиціями при масовому виготовленні величезної кількості тих деталей, яких непотрібен особливо висока міцність: заглушек, штуцеров, ковпачків, рукояток, шкал і корпусів вимірювальних приладів. Ще один область, специфічна саме для полімерів, де найчіткіше виявляються їх переваги перед будь-якими іншими матеріалами, — це область внутрішньої і до зовнішньої отделки.

До речі, самі переваги стимулюють та широке застосування полімерних матеріалів авіаційної промисловості. Наприклад, заміна алюмінієвого сплаву графитопластиком під час виготовлення предкрылка крила літака дозволяє зменшити кількість деталей з 47 до 14, кріплення — з 1464 до 8 болтів, знизити вагу на 22%, вартість — на 25%. У цьому запас міцності вироби становить 178%. Лопаті вертольота, лопатки вентиляторів реактивних двигунів рекомендують виготовляти з поликонденсационных смол, наповнених алюмосиликатными волокнами, що дозволяє знизити вагу літака при збереженні міці й надежности.

Всі ці приклади показують величезну роль полімерів у житті. Важко собі уявити, які матеріали з їхньої основі буде ще отримані. Але з упевненістю сказати, що полімери займуть, а то й перше, так хоча одне з чільних місць у виробництві. Очевидно, і що якість, характеристики й поліпшуючи властивості кінцевих продуктів безпосередньо залежить від технології переробки полімерів. Важливість цього аспекти змушує шукати дедалі нові шляхи переробки щоб одержати матеріалів з поліпшеними показниками. У цьому рефераті було розглянуто лише основні методи. Загальне їх число у цьому не ограничивается.

1. Пасинків В.В., Сорокін В.С., Матеріали електронної техніки, — М.:

Вищу школу, 1986.

2. А. А. Тагер, Физикохимия полімерів, М., хімія, 1978.

3. Третьяков Ю. Д., Хімія: Довідкові матеріали. — М.: Просвещение,.

1984.

4. Материаловедение/Под ред. Б. М. Арзамасова. — М.: Машиностроение,.

1986.

5. Донцов А. А., Догадкин Б. А., Шершнев У. А., Хімія эластомеров, ;

М.: Хімія, 1981.

Показати весь текст

Заповнити форму поточною роботою