32

Методические материалы

для подготовки к общему экзамену аттестации специалистов сварочного производства 2 уровня по сварке труб и соединительных деталей из полимерных материалов

© НОУ ТУЦ «Спектр» 2006

Методические материалы

для подготовки к общему экзамену аттестации специалистов сварочного производства 2 уровня по сварке труб и соединительных деталей из полимерных материалов

© НОУ ТУЦ «Спектр» 2006

Содержание

1. Полимерное материаловедение 5

1.1. Общие сведения о полимерах и пластмассах 5

1.2. Характеристики и условия применения основных полимерных материалов, используемых при строительстве трубопроводных систем 7

2. Полиэтилен и его свойства. 9

2.1. Трубы и соединительные детали для газопроводов 9

2.2. Сортамент полиэтиленовых труб и соединительных деталей 11

3. Теоретические основы переработки полимеров. 13

3.1. Методы переработки пластмасс 13

3.1.1. Экструзия 13

3.1.2. Литье под давлением 14

3.1.3. Вальцевание и каландрование 14

3.1.4. Ротационное формование 14

3.1.5. Формование изделий из листовых термопластов. 14

3.1.6. Прессование 15

3.2. Сварка пластмасс 16

3.2.1. Основные способы сварки пластмасс 17

3.3. Оборудование для сварки пластмасс 22

4. Основы электротехники. 22

5. Газопламенные работы 25

6. Контроль качества сварки 26

7. Безопасность проведения сварочных работ 27

7.1. Общие требования безопасности 27

7.2. Электробезопасность 29

1. Полимерное материаловедение

1.1. Общие сведения о полимерах и пластмассах

Полимерами называются высокомолекулярные вещества, состоя­щие из большого числа чередующихся одинаковых или неодинако­вых мономерных звеньев, каждое из которых представляет собой не­большую атомную группировку. Между атомными группировками действуют химические связи, определяющие разрывную прочность полимеров. Протяженные молекулы, построенные из многократно повторяющихся мономерных звеньев, называют макромолекулами.

Полимеры подразделяются на органические, неорганические и природные. Органические полимеры в свою очередь могут иметь как природное (целлюлоза, натуральный каучук, природные смолы), так и ис­кусственное происхождение (т.н. синтетические смолы). Типовыми пред­ставителями искусственных полимеров являются полиолефины (в т.ч. полиэтилен и полипропилен), полиамиды, хлорсодержащие и акриловые пластики, фторопласты, полиэфиры и эпоксидные смолы.

Образование макромолекул связано со способностью некоторых мономеров соединяться друг с другом с помощью ковалентных химических связей. Этот химический процесс осуществляется в результате реакций полимеризации или поликонденсации (рис. 1).

Полимеризация – процесс образования высокомолекулярного соединения из ненасыщенных низкомолекулярных соединений без выделения побочных продуктов. Под воздействием энерге­тических факторов (света, тепла элементарных частиц и т. д.) происходит активация мономера, сопровождающаяся раскрыти­ем кратных связей. К высокомолекулярным соединениям полимеризационного типа относятся полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид и другие.

Если в реакции полимеризации участвует не один, а несколь­ко видов мономеров, то полученные продукты называют сопо­лимерами (ударопрочный по­листирол), а процесс их получения – сополимеризацией.

Поликонденсация – процесс образования высокомолекуляр­ных соединений (полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, поликарбонаты и другие) из мономеров одинакового или различного строения, сопровождающийся выделением побочных низкомо­лекулярных веществ.

Схема получения полиэтилена. Фрагмент молекулы полиэтилена Рис.1 Реакции образования полимеров: а – полимеризация, б – поликонденсация

По фазовому состоянию все полимеры можно разделить на амор­фные и кристаллические (рис 2, 3). Хаотичное, неупорядоченное расположе­ние нитевидных макромолекул характерно для аморфного термо­пласта. Структура полимеров может состоять одновременно из кри­сталлических и аморфных областей. Если в полимере больше 40% кристаллической фазы, его относят к кристаллическим материалам.

Рис.2. Структура неупорядоченного аморфного полимера

Рис.3. Структура частично кристаллического полимера

Для аморфных полимеров известны три физических состоя­ния, обусловленных гибкостью длинных цепных молекул: стек­лообразное, высокоэластическое и вязкотекучее (рис. 4).

Стеклообразное состояние (участок 1), наблюдаемое при понижен­ных температурах, характеризуется отсутствием сегментальной подвижности в аморфном полимере. В таком состоянии поли­мер может пребывать практически неограниченно долго.

В высокоэла­стическом состоянии (участок 2) полимер может претерпевать при деформации значительные относительные удлинения, а после снятия нагруз­ки сокращается до исходных размеров.

В вязкотекучем состоянии (участок 3) полимер приобрета­ет способность необратимо течь под воздействием даже сравни­тельно небольших внешних воздействий.

Рис.4. Термомеханическая кривая (1) и изменение модуля упругости в зависимости от температуры (2) для аморфного полимера ТC – температура стеклования, ТТ – температура текучести, ТР – температура разложения (деструкции).

Вид термомеханических кривых определяется мо­лекулярной массой и степенью кристаллично­сти полимерного мате­риала.

Интервал между температурой текучести и температурой раз­ложения полимеров является очень важной характеристикой их перерабатываемости. Чем он шире, тем менее чувствителен по­лимер к изменению параметров режима и наоборот.

Пластмассы – полимерные материалы, перерабатываемые в изделия методами пластической деформации. Пластмассы – многокомпонентные системы, состоящие из полимера, являющегося основным ком­понентом, и добавок. Являются хорошими диэлектриками.

Добавки, которые вводят в смеси при изготовлении пластмасс, служат для придания им свойств, которыми должны обладать гото­вые изделия, или для облегчения их переработки (табл. 1).