Технология производства и переработки полимерных и композиционных материалов. Расчет пресса и экструдера. Практикум

4

ВВЕДЕНИЕ

Практикум по дисциплине «Технология переработки полимерных и композиционных материалов» предназначен для студентов, обучающихся по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки высшего образования «Химические технологии».

Целью настоящего практикума является формирование у студентов, обучающихся по химико-технологиче- ским специальностям и направлениям, знаний, умений и навыков, необходимых для выбора оборудования и параметров процесса переработки пластмасс.

В издании описан лабораторный практикум по выбору и расчету оборудования для переработки полимерных материалов: гидравлических прессов и одночервячных экструдеров.

5

1. РАСЧЕТ ПРЕССА И ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ

1.1. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Прессование — важнейший метод формования изделий из термореактивных материалов. Сущность метода состоит в переводе твердого в исходных условиях прессматериала в вязкотекучее состояние и дальнейшем формовании изделия из расплава под действием тепла и давления. При этом в результате химической реакции отверждения, протекающей при повышенной температуре, происходит образование изделия, которое, как правило, обладает устойчивостью формы при температуре прессования и не требует охлаждения перед извлечением из оснастки (рис. 1) [1].

Пресс представляет собой машину, оказывающую статическое воздействие на обрабатываемый материал, в результате материал приобретает заданную форму.

Прессы могут быть гидравлические, пневматические, механические.

Для переработки пластмасс наибольшее применение нашли гидравлические прессы. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с механическими и гидромеханическими прессами: возможность в широких пределах регулировать усилие прессования, длину и скорость рабочего и холостого хода; легкость осуществления и регулирования выдержки под давлением; независимость усилия прессования от хода пресса.

6

Действие гидравлического пресса основано на законе гидростатического давления Паскаля. Давление Р, создаваемое насосом, передается по трубопроводу в цилиндр пресса, вызывая перемещение плунжера.

При замыкании плит пресса развивается усилие. Номинальное усилие является основным параметром для гидравлических прессов и регламентируется ГОСТ 8200-87 [2].

Рис. 1. Типы пресс-форм для прямого (компрессионного) прессования:

а— открытая, б — закрытая, в — с перетеканием;

1— матрица, 2 — пуансон [1]

1.2.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы являются технологические, тепловые, механические расчеты гидравлического пресса.

1.3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Материал изделия для вариантов:

1)фенопласт общего назначения;

2)фенопласт электроизоляционный;

7

3)фенопласт ударопрочный;

4)аминопласт МФВ;

5)аминопласт МФД;

6)аминопласт МФЕ;

7)стеклопластик АГ-4С;

8)стеклопластик АГ-4В;

9)стеклопластик ДСВ;

10)стеклопластик ГСП.

Внешний вид деталей с размерами для каждого варианта представлен в приложении А, задание для расчета — в табл. 1.

Таблица 1

Задание для расчета гидропресса

1.4. РАСЧЕТ ПРЕССА

Технологические расчеты

По размерам детали рассчитывают объем V, по которому затем определяют массу изделия mи (г):

где ρ — плотность пресс-материала (приложение Б), г/см3; V — объем изделия, см3.

8

Выбор пресса выполняют по величине номинального усилия Тном и усилия прессования Тп.

Усилие прессования Тп (кН) зависит от перерабатываемого материала и формы изделия рассчитывается по формуле:

где pуд — удельное давление прессования; выбирается из таблиц по виду перерабатываемого материала (приложение Б), МПа; s — площадь прессования изделия, м2.

Площадь прессования изделия s определяется как площадь проекции детали по виду сверху.

Гидропрессы, в силу наличия трения в уплотнительных и направляющих деталях пресса, имеют механические потери, что учитывается при расчете номинального усилия Тном (кН):

где η — КПД пресса, (обычно η = 0,85 ÷ 0,90).

По расчетному значению Тном выбирают пресс из ГОСТ 8200-87 [2] с бόльшим значением Тном, после чего уточняют гнездность пресс-формы n (округляется до целого в меньшую сторону):

где Tном.ст — номинальное усилие, выбираемое из стандарта.

9

Время, в течение которого пресс-материал находится в вязкотекучем состоянии τвт.с (°С), определяют по формуле:

где τвт.с.п — время вязко-текучего состояния по пластометру (приложение Б), с; γ1 — температурный коэффициент, зависящий от типа пресс-материала (приложение Б), 1/°С; tпл.и — температура пластометрического испытания (приложение Б), °С; tп.п — температуру предварительного подогрева (приложение Б), °С.

Температуру пресс-формы tф (°С) определяют по формуле:

Время нагрева пресс-материала τн (с) определяют по следующей формуле:

где δ — толщина стенки изделия (определяется по наибольшей минимальной толщине стенки изделия), м; а — коэффициент температуропроводности пресс-материала, м2/с; K — коэффициент, зависящий от конфигурации изделия; tи — температура изделия (на 20 °С меньше tф), °С.

10