Вопросы для самопроверки:

1. Исходные продукты для получения элоксиадальных смол

2. Характеристика элоксиадальных полимеров

3. Особенности получения элоксиадальных смол

4. Технология производства элоксидиановых смол

5. Свойства и применение элоксидных олигомеров и полимеров

6. Технология производства циклоалифатических смол

Лекция 15. Основные процессы переработки: литье и прессование

План

1. Формование. Полимеризация в форме

2. Прессование: прямое, трасферное

3. Литье под давлением

4. Основные процессы переработки: экструзия и каландрование

Формование

Быстро расширяющийся ассортимент полимерных материалов заставляет технологов постоян­но совершенствовать процессы переработки пластмасс. Примером является использование экструдеров или сме­сителей для питания каландров композиционными мате­риалами. Другой пример—экструзия или литье под давлением термореактивных и вспененных материалов. Разрабатываются новые методы получения изделий с за­ранее заданными свойствами. Примерами могут служить применение чисто металлургического метода ковки для твердофазного формования композиций, а также исполь­зование двух инжекционных узлов для впрыска разных полимеров в одну и ту же форму (так называемый про­цесс «сэндвич-литья», разработанный фирмой «I. С. I.») с целью получения изделий с разными характеристика­ми на поверхности и в массе материала .

Для повышения производительности и улучшения качества продукции необходимо совершенствование как процессов синтеза новых материалов, так и технологии переработки. Особенно заметен прогресс в переработке полимеров методом прессования: на основе так называемого прямого прессования был разработан процесс трансферного, или литьевого прессова­ния, а затем литья под давлением реактопластов.

Чтобы ограничить круг рассматриваемых вопросов, сначала остановимся на так называемых «первичных» методах переработки, т. е. таких методах, при которых изготовление изделий проводят в одну стадию, состоя­щую в свою очередь из нескольких операций. Затем рас­смотрим «вторичные» методы переработки. К ним отно­сится, например, термоформование, при котором готовое изделие формуется из полуфабриката — листа или плен­ки. Несмотря на удобство такого достаточно условного разделения, следует помнить, что «первичный» и «вто­ричный» процессы часто входят в один технологический цикл. Кроме того, при замене материала изменяется не только технология процесса на каждой стадии, но и свойства конечного изделия (рис. IV. 2).

Большинство процессов переработки включает три основных операции: а)

нагревание и размягчение поли­мера; б) собственно формование изделий; в) охлажде­ние изделий.

Все полимеры обладают низкой теплопроводностью и поэтому чувствительны к перегреву. Так, если поли­мер подвергается воздействию повышенных температур или находится продолжительное время в машине, то мо­жет произойти термодеструкция материала,приводящая к разрыву молекулярных цепей и снижению молеку­лярной массы, вплоть до деполимеризации и, следова­тельно, к уменьшению вязкости расплава полимера. Чувствительность различных материалов к нагреванию колеблется

в достаточно широких пределах. Так, поли­этилен при перегреве деструктирует сравнительно мед ленно, полипропилен и полистирол быстрее, а ПВХ разлагается очень быстро. Некоторые типичные харак­теристики термостабильности различных материалов приведены на рис. 25.

Рисунок 25 Термостабильность полимеров при различных температурах расплавов, указанных у кривых для полистирола (а и б) и полипропилена (в):

1 – зависимость вязкости от времени; 2 – зависимость числа разорванных связей от времени

Формование без давления заключается в нагревании ма­териала до расплавления и последующем выливании его в форму, где он затвердевает. Однако немногие полимер­ные материалы способны выдержать необходимую тем­пературу без окисления или гидролиза, поэтому разно­видностей этого способа переработки сравнительно мало. Различные модификации безнапорного формовании могут успешно конкурировать с более высокопроизводи­тельными процессами, такими, например, как выдувное формование, литье под давлением и термоформование. В настоящее время применяют следующие методы без­напорного формования: а) полимеризация

в форме; б) формование пластизолей и в) формование изделий из порошка (сухой порошкообразный полимер загру­жается непосредственно в форму).

Полимеризация в форме

В этом процессе материал затвердевает в форме не вследствие охлаждения, а в результате реакции поли­меризации. В случае термопластов в

мономер, смесь мо­номеров или в низкомолекулярный полимер вводят соот­ветствующий катализатор. Этот процесс можно приме­нять для производства труб, листов, стержней, прутков и других изделий из полиэфиров, акриловых и стироль-ных полимеров. Указанный метод пригоден также для переработки термореактивных смол, загружаемых в фор­му в жидком состоянии и отверждаемых в ней; форма при этом может быть как холодной, так и нагретой.

Формование пластизолей

Это один из самых старых процессов формования метал­лов, используемый в частности для выполнения скульп­турных работ. После заполнения форму переворачивают и дают определенную выдержку. Центральное «ядро» го­рячего жидкого металла удаляют (выливают), при этом на внутренней поверхности формы остается затвердев­шая корка. Отходы в таком процессе незначительны, так как металл центра отливки используют повторно.

Описываемый метод давно применяют для формова­ния дисперсий ПВХ в пластификаторах (пластизолей). Материал наливают в форму, которая обычно вращается для получения более равномерного покрытия. Последую­щее нагревание приводит к тому, что полимер образует на поверхности формы эластичный «мешок».

При другой разновидности формования пластизолей, иногда называемой методом «окунания» (или «мака­ния»), нагретую форму погружают в материал. Таким образом получают оболочку, которую после отверждения снимают. Оба варианта обычно применяют для изготов­ления таких иделий, как детали кукол, мягкие игрушки, мячи, перчатки, ручки, калоши и т. д. Использование на одной установке большого числа автономных форм дает возможность значительно повысить производительность процесса.

Формование изделий из порошкообразного полимера

В настоящее время существует три основных метода формования изделий из порошкообразных полимеров. Все они заключаются в расплавлении порошкообразного полимера внутри формы. Эти методы

следующие: а) про­цесс Энгеля; б) процесс Хейслера; в) ротационное фор­мование.

В первом методе используют неподвижную форму, во втором — вращающуюся горячую форму, а в третьем — форму, которая медленно вращается одновременно во­круг двух, обычно взаимно перпендикулярных осей (см. рис. IV.4). Последний технологический прием имеет ряд преимуществ. Отходы производства незначительны или вовсе отсутствуют.

Контроль массы и толщины сте­нок изделий можно осуществлять путем точной дози­ровки порошка для каждого цикла. Кроме того, полимер в изделиях, полученных ротационным формованием, практически не ориентирован, поэтому в них отсутствуют внутренние напряжения. Показатель текучести (индекс расплава) материала, имеющий важное значение как характеристика сырья, например, для выдувного фор­мования, здесь особой роли не играет. Более того, в данном случае можно применять смеси различных по­лимеров, плотность которых колеблется в относительно широком диапазоне.

По производительности ротационное формование вряд ли может конкурировать с высокоскоростным выдувным формованием. Однако использование многогнездных форм позволяет значительно повысить производитель­ность процесса. Другим важным преимуществом метода является возможность применения очень легких тонко­стенных форм, так как процесс осуществляется без дав­ления. Это, кроме того, облегчает теплообмен на соот­ветствующих стадиях цикла формования.

Некоторые крупногабаритные изделия, например спе­циальные емкости для хранения жидкостей, рекомен­дуется изготавливать именно формованием порошкооб­разных полимеров. Благодаря разработке технологии синтеза «сверхвысокомолекулярных» полиэтиленов про­изводство этим методом емкостей для хранения горючих веществ (нефти, масел) стало успешно конкурировать с производством емкостей (до 10000 л) из стеклонаполненного полиэфира и стали с за­щитным покрытием.

Ротационное формование как способ получения изде­лий из жестких структурированных пен относительно ново. Однако в настоящее время разработаны две его _чмодификации: а) термическое формование (спекание); б) производство многослойных вспененных систем (так называемых «сэндвич-конструкций»). В обоих случаях используют твердые химические вспенивающие агенты, которые вводят в полимер до начала формования. При формовании многослойных изделий важен тщательный контроль за степенью вспенивания полимеров, образую­щих смежные слои.

Напыление

Этот процесс представляет собой сочетание элементов технологии формования пластизолей и формования изде­лий из порошкообразных

полимеров. В настоящее время в качестве покрытий все шире используют полимерные материалы. Это объясняется такими достоинствами по­лимеров, как коррозионная стойкость, хорошие электро-и теплоизоляционные свойства, износостойкость, хоро­ший внешний вид, а также способность окрашиваться в

95 массе и давать поверхности, не проявляющие склонно­сти к прилипанию. Напыление обычно проводят «окуна­нием» или разбрызгиванием.

В случае пластизолей холодное изделие окунают в тиксотропную жидкость (также холодную) и затем вы­сушивают. Иногда изделие предварительно подогревают. Нанесенный полимер отверждается и образует прочное защитное покрытие.

Окунание в порошок проводят с применением псевдоожиженного слоя. Предварительно нагретое изделие погружают в контейнер с холодным порошком, который распыляют потоком воздуха, направленным снизу вверх. Метод псевдоожиженного слоя находит применение и в других областях техники. Например, взвешенные час­тицы (стеклянные бусинки) используют в качестве теп­лоносителя при непрерывной вулканизации резины.

Кроме того, в настоящее время термическую обра­ботку стальных деталей в обычной солевой ванне заме­няют обработкой в слое подвижных частиц двуокиси кремния или корунда, которые распыляют в потоке го­рячего газа или газо-воздушной смеси.

Разбрызгивание проводят двумя основными спосо­бами. В первом порошок наносят на предварительно на­гретое изделие, на поверхности которого материал превращается в сплошную пленку. Во втором частицы по­рошка заряжаются в распылителе, а затем притягивают­ся к заземленному изделию и образуют покрытие. По­следующая операция спекания обеспечивает однород­ность защитного слоя. I