книги из ГПНТБ / Миндлин С.С. Технология производства полимеров и пластических масс на их основе учеб. пособие

Т в е р д о с т ь

Способность материала сопротивляться вдавливанию в его по­ верхность постороннего предмета называется твердостью. Для опре­ деления твердости по Бринеллю в испытуемый образец вдавливается

плавное наложение нагрузки при вдавливании шарика в испытуемый материал, и индикаторной головки для замера глубины вдавливания.

Образцы для испытаний должны иметь форму пластины или бруска.

Э Л Е К Т Р И Ч Е С К ИЕ СВОЙСТВА

Электрические свойства полимерных материалов обычно характеризуются следующими показателями:

тангенсом угла диэлектрических потерь tg б; диэлектрической проницаемостью є; удельным объемным электрическим сопротивлением р„;

удельным поверхностным электрическим сопротивлением ps ; электрической прочностью Епр.

Диэлектрические потери — это потери энергии в диэлектрике в переменном электрическом поле в результате расхода ее на нагрев полимерного материала. Характеристикой диэлектрических потерь служит величина тангенса угла диэлектрических потерь tg б. Тан­ генс угла диэлектрических потерь является мерой способности ди­ электрика рассеивать подведенную к нему электрическую энергию. Часто эта величина определяется при 50 и 106 гц. Чем выше тангенс угла диэлектрических потерь, тем хуже диэлектрические свойства материала.

Диэлектрическая проницаемость s характеризует удельную ди­ электрическую емкость материала и количественно равна отношению емкости конденсатора, заполненного испытуемым материалом, к ем­ кости конденсатора равных размеров с вакуумом в качестве диэлек­ трика. Определение обычно проводят при 50 и 106 гц.

Удельное объемное электрическое сопротивление р„ представляет собой величину сопротивления электрическому току образца, име­ ющего форму кубика с величиной ребра 1 см, и выражается в ом • см. Электроды при этом испытании прижимаются к противоположным граням кубика.

Удельное поверхностное сопротивление ps представляет собой со­ противление электрическому току поверхности образца равной 1 см2 и выражается в омах.

Электрическая прочность Епр равна максимальному значению

напряжения электрического тока в момент пробоя испытуемого образца (кв/мм) и находится по уравнению:

где б — толщина образца, мм;

V — пробивное напряжение, кв.

Т Е П Л О Ф И З И Ч Е С К И Е СВОЙСТВА

При производстве полимеров и пластических масс по уста­ новленным технологическим регламентам некоторые теплофизические свойства: теплоемкость, теплопроводность, коэффициенты линейного

термошкафа, указателя деформации и зажимного устройства, кон­ струкция которого изображена на рис.. 24. Образцы для испытаний должны иметь форму брусков. Зажимное устройство с установленным образцом помещают в термошкаф и в момент, когда отсчет на указа­

Теплостойкость по Вика характеризуется температурой, при кото­

Прибор для этого определения состоит из нагружающего устрой­

устройства изображена на рис. 25. Форма наконечника цилиндриче­ ская, снизу он должен иметь плоско отшлифованную поверхность площадью 1 мм2.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Реологические свойства полимеров характеризуются вяз­ костью растворов и величиной обратной вязкости — текучестью. По значениям вязкости растворов может быть вычислен средний мо­

лекулярный вес полимера. Теку­

Очесть расплавов термопластов ха­ рактеризуют показателем текуче­ сти расплавов (ПТР), определяе­

мом на пластометре, а реактопластов — высотой стержня, отпрес­ сованного в прес-форме Рашига.

ш :

Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидких, а также газооб­ разных и твердых тел оказывать сопротивление их течению — пере­

амещению одного слоя тела относи­ тельно другого под действием внешних сил.

диаметром, например, 0,4—0,5 мм. В этом приборе определяют время

Измерение проводят при заданной температуре жидкости. Вязкость растворов полимеров может быть выражена следующими

жается испытуемый материал, полого поршня, капилляра и дополни­ тельного груза. В нижней части камеры установлен капилляр, изго­

материала составляет 7,5 г, температура пресс-формы 160 °С, удель­ ное давление 300 Ксс]см2, продолжительность прессования 3 мин.

ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ

ПРОИЗВОДСТВО Глава ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС

12

Обычно переработка полимеров состоит из двух раздельных стадий:

1)производство пластических масс;

2)производство изделий из пластических масс.

Пластическими массами называются твердые полимерные мате­ риалы, которые способны в условиях эксплуатации обратимо дефор­ мироваться под действием внешних сил. При переработке пластиче­ ских масс в изделия при нагревании и под давлением они деформи­ руются необратимо-пластически. Основой всех пластических масс являются полимерные соединения органического или элементорганического происхождения.

Известны разные системы классификации пластических масс, в том числе: 1) по поведению при нагревании, 2) по способам синтеза поли­ меров, из которых изготовлены пластические массы, и 3) по химиче­

пластические массы на основе полимеров, синтезируемых цепной полимеризацией;

пластические массы на основе полимеров, синтезируемых поликон­ денсацией и ступенчатой полимеризацией;

пластические массы на основе химически модифицированных при­

классы, в соответствии с видом полимерного компонента, на основе которого они изготовлены, например, пластические массы на основе поливинилхлорида, пластические массы на основе полистирола и т. д.

Особую разновидность пластических масс представляют собой газонаполненные материалы — пено- и поропласты.

Пенопластами называются газонаполненные пластмассы ячеи­ стого строения. Ячейки пенопластов замкнуты и не сообщаются между собой, в пенопластах имеется лишь Інекоторое количество сооб­ щающихся ячеек.

Основной отличительной особенностью пенопластов является малый объемный вес. Свойства пенопластов определяются объемом газовой фазы, заключенной в полимере, строением ячеек и химиче­ ским строением полимера.

Поропласти — газонаполненные материалы (губчатые), в кото­ рых ячейки сообщаются между собой. Поропласты газо- и паропроницаемы; звукоизоляционные свойства поропластов выше, чем пено­ пластов.

Газонаполненные пластмассы могут быть жесткими, полуэластич­ ными и эластичными. Эластичные газонаполненные пластмассы спо­ собны уменьшать вибрацию и являются хорошим амортизирующим материалом.

Газонаполненные материалы могут быть получены на основе почти всех полимеров.

Благодаря своей легкости, плавучести, высоким тепло-, звуко- и электроизоляционным свойствам, они приобрели большое значение во многих отраслях народного хозяйства.

Пластические массы представляют собой многокомпонентные ком­ позиции; основным компонентом в них является полимерное соеди­ нение, выполняющее функцию связующего. В зависимости от назна­ чения в пластических массах могут содержаться:

1) стабилизаторы — соединения, повышающие стойкость поли­ меров в условиях эксплуатации и переработки;

2)смазывающие вещества (смазки), чаще всего жирные кислоты (стеариновая и олеиновая) — компоненты, предотвращающие при­ липание к оборудованию в процессах изготовления пластмасс и их переработки в изделия;

3)пластификаторы — нелетучие растворители полимеров. Они

изменяют весь комплекс физико-механических свойств полимеров

взаданном направлении;

4)наполнители — инертные вещества, органические и неоргани­ ческие, порошкообразные, волокнистые и рулонные, они могут выполнять следующие функции: улучшать механические свойства, повышать стойкость к действию разных сред, уменьшать усадку при изготовлении изделий, изменять электрические свойства и снижать стоимость материалов;

5)красители и пигменты—для получения окрашенных материалов. Кроме перечисленных компонентов в пластмассах могут содер­

жаться и другие добавки, например, вещества, понижающие горю­ честь материалов (антипирены); соединения, понижающие накопле­ ние' зарядов статического электричества на изделиях; газообразователи — вещества, которые при нагревании переходят в газообразное состояние (они вводятся в композиции, предназначенные для полу­ чения газонаполненных пластмасс), и др.

По форме пластические массы — это сыпучие материалы в виде гранул, порошков или частиц волокнистого строения и рулонные материалы (наполнитель — ткани из органических и минеральных волокон и бумага), пропитанные полимерами.

Пленки, профили и листы целесообразно отнести к категории изделий из пластических масс, а не собственно пластических масс.

В тех случаях, когда для превращения полимера в пластическую массу нужно добавить лишь стабилизаторы, смазки и красители, это осуществляется непосредственно в производстве полимеров на его последних стадиях. Когда пластические массы получают смешением полимеров со значительными количествами наполнителей, пластифи­ каторов или других компонентов, чья доля в составе пластической массы довольно значительна, изготовление пластических масс обычно отделяется от производства полимеров в обособленную производственную единицу.

Производство сыпучих пластических масс базируется на процес­ сах смешения и диспергирования нескольких компонентов и превра­ щения полученных композиций в порошок или гранулы. В резуль­ тате смешения компоненты смеси равномерно распределяются во всем объеме. При диспергировании происходят существенные изменения физических характеристик одного или нескольких компонентов: растворение красителя в полимере, изменение размеров частиц на­ полнителя при смешении его с полимером и др. Смешение и дисперги­ рование в ряде процессов протекают одновременно, поэтому эти про­ цессы в последующем изложении будут рассматриваться совместно и именоваться смешением. Процессы смешения могут быть периоди­ ческими и непрерывными.

кация, гомогенизация) и 4) гранулирование или измельчение. Подготовка сырья может быть разной в зависимости от его вида и качества; обычно она включает следующие операции: 1) просев

порошкообразного сырья; 2) изготовление концентратов — смесей полимеров с другими компонентами, чья весовая доля в композиции мала (9 : 1); 3) приготовление паст — перетертых смесей твердых компонентов, которые нуждаются в диспергировании, с жидкими компонентами (пластификаторами, маслами); 4) измельчение- (на­ пример, смол в производстве некоторых марок термореактивных пресс-порошков).

Предварительное смешение имеет своей целью равномерное рас­ пределение компонентов смеси во всем объеме перемешиваемой массы. Процессы предварительного смешения можно условно разде­ лить на две группы: 1) смешение сыпучих материалов и 2) смешение сыпучих материалов с жидкими. Физическое состояние исходных веществ в процессах первой группы сохраняется, во второй группе процессов одновременно со смешением может протекать и набухание полимерной составляющей.

Процессы смешения первой группы не требуют для своего осуще­ ствления больших усилий, поэтому конструкции этих смесителей сравнительно легки. Предварительное смешение можно проводить в аппаратах разных типов (рис. 29). Вращающиеся барабанные смесители пригодны для смешения любых сыпучих компонентов.

Лопастные смесители предназначены для смешения материалов, мало отличающихся своими плотностями.

На рис. 30 изображена схема турбоскоростного (вихревого) сме­ сителя. Под действием вращающейся мешалки 3 внутри аппарата 2 возникают циркулирующие вихревые потоки, которые перемешивают загруженную смесь, одно­

потока в аппарате имеется специальная лопасть 2, ко­ торая может устанавли­ ваться под нужным углом и соответственно изменять

Воздух

величину вращательного потока. Стадии горячего смешения и охлаждения проводят раздельно в двух аппаратах, при этом смеше­ ние компонентов продолжается более короткое время, чем при со­ вмещении процессов горячего смешения и охлаждения в одном аппарате.

Кроме механических используются и пневматические смесители (рис. 31). В нижней части таких аппаратов установлена газораспре­ делительная решетка, через которую подается газ или воздух, пере­ мешивающие содержимое аппарата.

Выбор аппарата зависит от состава композиции.