
- •Технология пластмасс
- •©Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова, 2006 утверждаю
- •Введение
- •1 Физико-химические основы процесса
- •1.1Структура полимеров
- •1.2 Особенности строения кристаллизующихся и аморфных полимеров
- •1.3 Влияние условий переработки на структуру и свойства полимеров
- •2 Свойства полимеров
- •3 Пластические массы
- •3.1 Классификация пластмасс
- •3.2 Технологические свойства пластмасс
- •3.3 Физико-химические основы переработки пластмасс
- •3.4 Марочный ассортимент полимеров
- •4 Способы изготовления деталей из пластмасс
- •4.1 Классификация методов изготовления пластмасс и формование
- •4.2 Подготовка полимеров к переработке
- •4.3 Сушка полимеров - удаление влаги испарением
- •4.4 Таблетирование пластмасс
- •5 Способы механической обработки
- •5.1 Особенности механической обработки
- •6 Метод экструзии
- •6.1 Технология производства труб методом экструзии
- •7 Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением
- •7.1 Технология литья под давлением
- •7.2 Впрыск расплава
- •7.3 Выдержка под давлением
- •7.4 Охлаждение изделия
- •7.5 Раскрытие формы и извлечение изделия
- •8 Влияние технологических параметров на качество изделий
- •8.1 Изготовление изделий каландрованием
- •8.2 Смешение компонентов и нагревание композиции
- •8.3 Формование полотна
- •8.4Охлаждение и намотка полотна
- •9 Получение пластмасс
- •9.1 Взаимное превращение новолачных и резольных смол
- •9.2 Полимеризация винилхлорида
- •Литература
- •Содержание
8 Влияние технологических параметров на качество изделий
Наиболее сильное влияние на прочность, усадку, твердость и другие свойства изделий оказывают давление, температура расплава и формы, время выдержки и скорость впрыска. Влияние технологических параметров на свойства изделий из аморфных и кристаллических полимеров различно. Так, при литье аморфных полимеров ударная вязкость с повышением температуры расплава вначале повышается, а затем проходя через максимум снова снижается, рисунок 33,а. Аналогично изменяется разрушающее напряжение, однако его максимум достигается при более низких значениях Тр, что, вероятно, связано с изменением степени ориентации макромолекул полимера при заполнении формы расплавом.
Влияние давления на прочность аналогично влиянию температуры, рисунок 33,б. Однако при изменении давления в широком интервале наблюдается несколько максимумов прочности изделий, причем наибольшее значение прочности соответствует давлению 400 МПа. Особенно это характерно для кристаллических полимеров, таких, как полиэтилен и полипропилен. Следует отметить, что для кристаллических полимеров рассмотренные зависимости несколько видоизменяются, так как от давления и температуры зависит скорость их кристаллизации.
Как уже было отмечено, температуры расплава и формы очень сильно влияют на анизотропию свойств изделия: чем выше эти температуры, тем меньше разница в свойствах изделий вдоль и поперек направления литья. Особенно сильно на анизотропии свойств сказывается время выдержки под давлением. Чем больше размеры литников, тем дольше длится подпитка формы расплавом, поэтому охлаждение происходит при воздействии напряжений сдвига, а это затрудняет релаксационные процессы и увеличивает ориентацию макромолекул.
а б
а - зависимость ударной вязкости изделий из полиметилметакрилата от температуры расплава при различной температуры формы
б - зависимость разрушающего напряжения при растяжении изделий из полиметилметакрилата от давления в форме при температуре формы 30 0С и различной температуре расплава
Рисунок 33
Технологические параметры процесса литья также влияют на усадку изделий, т. е. на их линейные размеры. Это достаточно легко проследить, используя зависимость плотности полимера от температуры и давления. Известно, что при увеличении давления в форме плотность расплава возрастает. Например, при давлении р1 исходная точка, характеризующая состояние расплава, находится на пересечении линий давления р1 и средней температуры расплава после выдержки под давлением Тср , точка а на рисунке 34.
Рисунок 34 - Зависимость плотности расплава аморфного полимера от давления и температуры
При
увеличении давления плотность
полимера повышается и исходное
состояние смещается в точку b.
Поскольку в точке b
плотность
выше, чем в точке
при охлаждении расплава под высоким
давлением происходит меньшее изменение
объема и усадка изделий уменьшается,
то получаем
У
= 1 - (
)1/3
, (21)
где р0 — плотность полимера при 20 °С;
рр — плотность расплава полимера в форме в конце выдержки под давлением.
Из уравнения следует, что при увеличении плотности расплава отношение рр/р0 возрастает и усадка уменьшается.
Рассмотрим
второй случай, когда давление остается
постоянным и равным p1,
а температура в цилиндре литьевой
машины увеличивается. В этом случае
средняя температура расплава в конце
выдержки под давлением будет больше и
равна T'cр
точка с на рисунке 34. Этому состоянию
соответствует плотность рр///,
меньшая, чем,
в точке а. Таким образом, с ростом
температуры усадка увеличивается.. То
же происходит при повышении температуры
формы: чем выше Тф,
тем больше средняя температура расплава
в конце выдержки под давлением и рабочая
точка смещается по направлению к точке
с. Однако, если при повышении температуры
Тр
или Тф
увеличить выдержку под давлением, то
усадка может остаться прежней или даже
несколько уменьшиться. Если при выдержке
и температуре Тф исходному состоянию
соответствовала точка с, то при увеличении
продолжительности выдержки при том
же давлении р1,
рабочая точка смещается к точке а. Так
как средняя температура расплава после
окончания подпитки становится ниже,
то усадка уменьшается.
Чем больше его сечение, тем больше должно быть время выдержки под давлением; следовательно, подпитка длится дольше, расплав в форме охлаждается сильнее и усадка изделий снижается.
В случае изготовления изделий с различной толщиной стенок при равной выдержке под давлением средняя температура расплава должна быть пропорциональной квадрату толщины стенки. Таким образом, с увеличением толщины изделия усадка растет значительно сильнее, чем при изменении других параметров.
Рассмотрим
случай изготовления пластины толщиной
в форме с литником прямоугольного
сечения. Время выдержки под давлением
tв
для литника прямоугольного сечения из
условия нестационарной теплопроводности
равно
,
(22)
где S и h — ширина и глубина выпускного литника;
Тт — температура текучести (или плавления);
Tохл — температура охлаждающей поверхности формы;
Kл — коэффициент, учитывающий течение расплава во время подпитки;
а — температуропроводность расплава;
Т3 — температура расплава после сжатия.
За
время выдержки под давлением происходит
охлаждение полимера в форме, а поскольку
температура по сечению изделия различна,
то для расчета усадки необходимо
использовать значение средней
температуры. Это значение
(в
К) определяют с учетом формы изделия
по уравнениям нестационарной
Теплопроводности
(23)
где
B,
,
l,
R-ширина,
толщина, длина, радиус изделия, м2
;
tв ~ время выдержки под давлением, с.
Находим среднее значение усадки для изделия в виде пластины при литье в форму через щелевой впускной литник
,
(24)
где R — газовая постоянная.
Поскольку при выводе уравнения среднего значения усадки учитывалась ориентация макромолекул, значение усадки Уср находится между экспериментально определенными значениями усадки вдоль и поперек направления течения расплава рисунок 35.
1,5-усадка при толщине изделия 4 м; 2,6- то же при 2 мм; 3,4-расчетная средняя усадка для изделий толщиной 4 мм и 2 мм
а - зависимость усадки от давления
б - зависимость от давления и температуры формы
Рисунок 35 - Зависимость усадки при литье полиэтилена низкой плотности
Значения усадки вдоль направления течения расплава У║ и в направлении, перпендикулярном течению, У┴ взаимосвязаны
Ка = У║/ У┴ , (25)
где Ка — коэффициент анизотропии.
Если принять, что значения усадки по толщине изделия и направлении, перпендикулярном литью, примерно равны, можем записать:
Уср = (У║У┴2)1/3, (26)
Из полученного уравнения с учетом Уср можно определить усадку вдоль направления литья
У║
=
Уср
,
(27)
Однако необходимо учитывать, что коэффициент анизотропии зависит от многих факторов и его значения изменяются в довольно широких пределах (Ка = 1,0-=-2,5), поэтому используют экспериментальные данные.