Оборудование для подготовки реактопластов к прессованию

ТРЕБОВАНИЯ К СОСТОЯНИЮ МАТЕРИАЛА, ПРИ ЕГО ЗАГРУЗКЕ В ПРЕСС-ФОРМУ

К оборудованию подготовительных производств следует от­нести таблеточные маши-ны, агрегаты для предварительного подогрева таблеток, смесительное оборудование различных ти­пов, вальцы. Формующее оборудование представлено прессами. червячными машинами (экструдерами), литьевыми машинами. машинами для раздувного, рота-ционного, пневмо- и вакуум­формования, каландрами. Изделия из стеклопластиков форму­ются, как правило, на специальном оборудовании. Однако ис­пользуются и стандартные прессы и литьевые машины.

Перерабатываемые методом горячего компрессионного прессования порошкообразные и волокнистые термореактивные материалы перед операцией прессования формуются в заготовки (полуфабрикаты) правильной геометрической формы - таблетки или брикеты, однородные по форме, размерам и массе.

Целью таблетирования реактопластов является удовлетворение следующих требований к сырьевому материалу, поступающему в пресс-форму для последующего нагрева и прессования: высокая плотность материала, малый объем воздушных включений (пор), низкое содержание пылеобразной фракции.

Использование таблетированных реактопластов улучшает условия проведения нагрева материала до температуры переработки, так как уменьшение объема воздушных включений увеличивает его теплопроводность. При этом существенно со­кращаются объемы загрузочных камер пресс-форм. Дозирова­ние по объему или массе заменяется более простым и удоб­ным - штучным. Применение таблеток снижает содержание пыли в производственных помещениях, благодаря чему улуч­шаются условия труда. С помощью предварительного таблети­рования интенсифицируется технологически и процесс, повыша­ется производительность прессового оборудования, улучшается качество изделий, уменьшаются потери, снижаются расходы на хранение и транспортирование сырья.

Способность материала спрессовываться в компактную таб­летку под действием сжимающего усилия определяет таблетируемость - важное технологическое свойство сырья. Таблети­руемость зависит от многих факторов: гранулометрического со­става, влажности и температуры материала, наличия смазоч­ных добавок, параметров процесса таблетирования и т. д. В каждом конкретном случае предъявляются особые требова­ния и к самим таблеткам. Они должны обладать достаточной прочностью и не изменять свою форму и геометрические пара­метры при ударных и вибрационных воздействиях различного рода, сопровождающих транспортирование и загрузку таблеток в бункерные устройства и загрузочные камеры пресс-форм. Таблетки, изготавливаемые из пресс-материалов, обычно име­ют цилиндрическую форму с плоскими или полусферическими основаниями. Находят применение таблетки (брикеты) в форме параллелепипеда.

Таблетирование осуществляют без подогрева материала путем его прессования в специализированных прессах-автоматах и на автоматических роторных линиях.

СПОСОБЫ ТАБЛЕТИРОВАНИЯ

Технологический процесс таблетирования реактопластов вклю­чает следующие основные операции (рис.15): дозирование, прессование, выталкивание и транспортирование таблеток.

Рис. 15. Операции процесса таблетирования: а - дозирование; б - прессование; в - выталкивание; г - транспортирование таблеток;: 1 - бункер; 2 - матрица; 3 - верхний пуансон; 4 - нижний пуансон; 5 - таблетка.

Прессование - основная операция процесса таблетиро­вания - заключается в уплотнении приготовленной дозы мате­риала в замкнутом объеме. Прессование осуществляется с по­мощью пуансонов, перемещающихся в матрице. В зависимости от способа приложения усилия прессования таблетирование бывает односторонним и двухсторонним. При одностороннем прессовании (рис. 16, а) относительно матрицы перемещается только верхний пуансон 1. При этом усилие прессования Р_в на верхнем пуансоне 1 и усилие Р_н на нижнем пуансоне 2 связа­ны соотношением

где - равнодействующая сил трения, распределенных по боковой поверх­ности прессуемого изделия.

Снижение усилия прессования, передаваемого на материал за счет внешнего трения по высоте прессуемого изделия в на­правлении от пуансона 1 к пуансону 2 уменьшает плотность и прочность таблетки в этом же направлении.

При двухстороннем прессовании (рис. 16, б) оба пуансона являются прессующими и создают одинаковое давление на верхней и нижней поверхности таблеток. При двухстороннем прессовании

Р_н = Р_в

Вариантом конструктивного оформления процесса двухсто­роннего прессования яв-ляется использование так называемой «плавающей матрицы» (рис. 2,в), имеющей воз-можность пе­ремещаться в осевом направлении. При применении «плаваю­щей матрицы» возникающие при прессовании силы трения дей­ствуют не только на таблетку, но и на пружину 3, перемещая матрицу в сторону движения прессующего пуансона. В этом случае

Р_н = Р_в + Т_п,

где Т_п - усилие, которое необходимо затратить на сжатие пружины.

Ввиду того, что Т_п составляет пренебрежимо малую часть от Р_в, получим

Р_н = Р_в,

что справедливо для двухстороннего прессования.

Важной задачей при установлении технологического режима таблетирования является выбор давления прессования. Этим параметром в значительной степени определяется качест­во таблетки: ее механическая прочность, постоянство геометри­ческих размеров, отсутствие трещин и внешних дефектов. Ме­ханическая прочность таблетки является функцией ее плотно­сти, которая в свою очередь зависит от давления прессования

Рис. 16. Схемы прессования при таблетировании а - одностороннее; б – двух-стороннее; в - с «плавающей» матрицей: 1 -верхний пуансон; 2 - нижний пуансон; 3 - пружина.

Полученные опытным путем дан-ные свидетель­ствуют о том, что при достижении значения давления прес-сования рп , равного для фенопластов 75-125, а для стекловолок­нитов 250-300 МПа, дальнейшего существенного уве-личения плотности, а следовательно, и прочности таблетки не происхо­дит. Выбор величины давления прессования, реализуемого при таблетировании, зави-сит также и от природы перерабаты-ваемо­го материала, его температуры, влажности, наличия смазываю щих до-бавок, скорости прессования. Усилие таблетирования выбирается из условия необходимо­сти достижения в таблетке минимального значения

давления прессования р_мин = * в наименее прочном слое таблетки. При одно-стороннем схеме прессования этот слой располагается у нижнего пуансона, а при двухсторонней схеме прессовании среднем (нейтральном) сечении.

Давление прессования р_п по схеме одностороннего таблетирования определяется по формуле

р_{п =} р_мин + ,

где и - высота и диаметр таблетки соответственно; - удельная сила трения на боковой поверхности таблетки, она может быть найдена прибли­женно по соотно-шению = (0,25 0,35) р_п.

Для схемы двухстороннего таблетирования формула (2.5) видоизменяется следующим образом:

р_{п =} р_мин +

Определив давление прессования р_п, можно перейти к вы­числению плотности материала в таблетке по формуле ти­па (1.2) и затем получить значение коэффициента уплотнения материала . От степени уплотнения таблетируемого сырья k_y зависит выбор конструктивных параметров узла таб­летирования: хода пуансона, объема матрицы. Приравнивая мaccy порции пресс-порошка к массе таблетки (где v₀ и v_T - объемы полости матрицы и таблетки со­ответственно) и выразив v₀= и по­лучаем, что k_y = H₀/h_т. Задаваясь далее значением d_т, опреде­ляем h_т и высоту полости матрицы Н₀. Ход пуансона l_п при схе­ме одностороннего таблетирования равен l_п = Н₀ - h_т; при схеме двухстороннего таблетирования ход каждого из пуансонов ра­вен l_п = (H₀-hт)/2.

Для определения необходимого усилия таблетирования Р может быть использована формула

.

Выталкивание - удаление таблетки из матрицы - осу­ществляется обычно одним из пуансонов, выполнявших прес­сование. Усилие выталкивания зависит от сил остаточного бо­кового давления, действующих в форме после снятия давления прессования. При этом усилие на выталкивающем пуансоне Р_в равно силе внешнего трения Т_в таблетки о стенки матрицы

где d_т и h_т - диаметр и высота таблетки; k - коэффициент бокового давле­ния; р_по - остаточное давление прессования р_по= (0,15 0,20) р_п ; f - коэф­фициент трения.

Транспортирование (сбрасывание) готовых, таблеток осуществляется, как правило, механическим устройст­вом. Обычно операция совмещается по времени с дозировани­ем сырья.

Для изготовления таблеток из сыпучих порошкообразных полимерных материалов используются различные таблеточные­ машины - автоматы, которые можно класси-фицировать по ря­ду признаков. Таблеточные машины могут различаться: по ви­ду привода (механические и гидравлические); по способу прес­сования (с одно- и двухсторонним прессованием, с «плаваю­щей» матрицей); по характеру движения таблетируемого материала (с периодическим и непрерывным движением пере­рабатываемого объекта).

В большинстве случаев для таблетирования используются эксцентриковые (кривошипные), роторные и гидравлические­ машины. Эти автоматы, согласно ГОСТ 8200-80, могут быть охарактеризованы основным параметром - усилием прессова­ния, которое в современных таблеточных машинах может до­стигать 1000 кН.