Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология переработки пластических масс (теория и практика). Учебное пособие
.pdf
главный двигатель кнопкой ПУСК кнопочной станции 14 (сиг-
затр
нальная лампа 15) или кнопкой ПУСК на корпусе экструдера.
Вольтметр 16 показывает наличие постоянного напряжения в цепи управления. Маховиком 17 установить необходимую частоту
вращения, фиксируемую по шкале прибора 18. Амперметр 19 и
вольтметр 20 служат для контроля режимов работы главного двигателя.
1. После нагрева установки до заданной температуры засы-
пать материал бункер. Когда начнется выдавливание материала
из экструдера, вывести его на стационарный режим. Студент,
стоящий у щита, маховиком 17 непрерывно регулирует число
оборотов диска так, чтобы оно соответствовало установленному
значению. Определить температуру экструзии, производительность, затраты мощности.
Определение производительности при заданном числе оборотов начинают осуществлять лишь тогда, когда прекратится изменение температуры корпуса экструдера, работающего при заданном числе оборотов и с такой же производительностью питателя, как и в основном эксперименте. В основном эксперименте
для определения производительности выдавливание ведут в течение 5 мин и рассчитывают часовую производительность.
Добавить в загрузочную зону гранулу саженаполненного полимера и найти время пребывания первой частички в экструдере.
Отключить нагрев тумблером 4. Нагрев будет идти за счет трения
в материале. Снова определить температуру экструзии, производительность, затраты мощности и сравнить их с предыдущими.
Удельная мощность экструдера Nуд рассчитывается
по формуле
N
,
где N
Nq=
уд
=U·I – затраченная мощность, В·А; q – масса выдавли-
затр
ваемого материала, г.
Меняя частоту вращения диска , повторяют опыты. Результаты заносят в табл. 3. Полученные результаты оформляют в виде
31
32
графика в координатах «массовая производительность – частота
вращения».
Таблица 3
Результаты определения удельной мощности экструдера
Удель-
Си-
Частота
враще-
ния, мин
Производитель-
ность экструдера,
-1
кг/ч
Напряже-
ние U, В
ла
тока
I, А
ная мощ-
мощность
Nуд,
кВт/кг
Температу-
ра экстру-
0
дера,
С
2. Определение зависимости свойств экструдата от степени
вытяжки проводят в установившемся режиме и при постоянной
температуре, вытягивая экструдат с разной скоростью. Для этого
захватывают пинцетом экструдат из головки, вводят его в тянущие валки с числом оборотов, регулируемым от минимально допустимого до максимального, при котором экструдат начинает
разрушаться вследствие повышенной ориентации. Вырезают экструдат в средней части, измеряют площадь его поперечного сечения и определяют прочностные свойства: предел прочности при
разрыве, относительное удлинение, модуль упругости (табл. 4).
По полученным средним значениям строят графические зависимости предела прочности при разрыве, относительного удлинения и модуля упругости от частоты вращения тянущих валков.
Таблица 4
Результаты определения прочности экструдата
Частота вращения
тянущих валков,
мин
-1
Линейная скорость
экструзии, м/мин
Прочностные свойства
σ,МПа ε,%
Ε
,МПа
3. При проведении второй части работы, в которой произ-
водится разработка смеси полимеров или полимерной композиции, в основной материал по указанию преподавателя вводятся
различные добавки. Обычно на 100 массовых частей (м.ч.) базового полимера вводят добавку в количестве 0,5, 1, 3, 5, 10, 20,
50 м.ч. или в других соотношениях, заданных преподавателем.
Полученные смеси перерабатываются по оптимальному режиму,
установленному ранее (см. табл. 2). Результаты вносят в табл. 5.
Таблица 5
Результаты переработки смеси по оптимальному режиму
Количество
добавки, м.ч.
Результаты физико-механических испытаний композиций
Количество
добавки,
м.ч.
Температура
экструдера,
Диаметр
D
2
образца,
мм
°
С
Площадь
поперечно-
го сечения
образца, мм
Напряжение
U, В
Предел
прочности
при
разрыве
σр, МПа
Сила тока I,
А
Предел
текучести
σт, МПа
Удельная
мощность
Nуд, кВт/кг
Таблица 6
Относительное
удлинение при
разрыве
ε, МПа
Для каждой композиции изготавливают не менее 15 образцов и проводят физико-механические испытания по определению предела текучести, прочности при разрыве и относительного
удлинения. Результаты заносят в табл. 6. По полученным средним значениям строят графические зависимости предела текучести, предела прочности и модуля упругости от количества
добавок.
Техника безопасности
Перед началом работы проверить исправность заземления
основных узлов экструдера.
Категорически запрещается: работать на неисправном экструдере; присутствовать во время работы посторонним лицам;
эксплуатировать установку без резинового коврика; стоять напротив сопла головки или заглядывать в нее.
Задание
1. Ознакомиться с конструкцией и работой установки дис-
ковой экструзии.
2. Определить производительность при различных техно-
логических параметрах (частота вращения диска, скорость вы-
33
34
тяжки экструдата, толщина рабочего зазора, производительность
зоны питания).
3. Определить зависимость свойств экструдата от техно-
логических параметров.
4. Определить зависимость прочностных показателей экструдата от количества добавок и провести статистическую обработку результатов эксперимента на ПК.
ГЛАВА 3. МЕТОД ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье под давлением – это технологический процесс, в хо-
де которого исходный материал впрыскивается в специальную
пресс-форму, после чего линейно застывает, то есть возле холодных стенок формы застывание происходит быстрее, чем в центре.
Для литья пластмасс под давлением обычно используют
гранулы термопластов, термоэластопластов или термореактивов.
Этот вид изготовления изделий из пластмасс является одним из
самых распространенных, что обусловлено его простотой и дешевизной для массового производства.
Литье под давлением осуществляется на специальном оборудовании – термопластавтоматах, которые контролируются
электроникой и автоматикой. Литье резины под давлением или
другого термореативного материала осуществляется в реактопластавтоматах.
Литье под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80–140 МПа на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации (рис. 15). Литьевые машины осуществляют дозирование
гранулированного материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отвер ждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия.
При переработке термопластов методом литья под давлением литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуры кри-
сталлизации), а при переработке реактопластов нагревают до
темп ературы отверждения.
Рис. 15. Литьевая машина: 1 - материальный цилиндр; 2 - нагреватель-
ные элементы; 3 - винт (шнек); 4 - каналы охлаждения; 5 - бункер для
материала; 6 - гидродвигатель; 7 - редуктор; 8 - гидроцилиндр узла
впрыска; 9 - манометр; 10, 17- неподвижные плиты; 11 - направляющие
колонки; 12 - литьевая форма; 13 - подвижная плита; 14 - колесно-
рычажный механизм; 15 - гидроцилиндр узла смыкания; 16 - гайки;
18 - упор; 19 - сопло
Давление литья зависит от вязкости расплава материала,
конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и
формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до
500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, ув еличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров,
что способствует упрочнению материала и обеспечивает более
точное воспроизв едение размеров деталей.
Давление в литьевой форме при заполнении расплавом полимера повышается постепенно (в конце выдержки под давлением достигает 30-50 % от давления литья) и распределяется по
длине оформляющей полости неравномерн о вследствие высокой
вязкости расплава и быстрого ее нарастания при охлаждении
формы. Литье резины под давлением и реактопластов происходит, наоборот, при нагреве литьевой прессформы.
Литье под давлением позволяет изготовлять детали массой
от долей грамма до нескольких килограммов. При выборе машины для формования изделия учитывают объем расплава, необходимый для его изготовления, и усилие смыкания, требующееся
35
36
для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе заполнения расплавом оформляющей полости.
Для выравнивания давления и улучшения условий заполнения формы применяют литье под давлением с предварительным
сжатием расплава, инжекционное прессование, литье под давлением с наложением механический колебаний и др. методы.
Литье под давлением с предварительным сжатием
расплава
Осуществляют на литьевой машине, сопловый блок которой снабжен краном. При закрытом кране производят сжатие
расплава полимера в материальном цилиндре машины до давления литья. После открытия крана расплав под высоким давлением
с большой скоростью заполняет полость литьевой формы и дополнительно нагревается за счет работы сил трения. Для предотвращения механодеструкции пластмасс скорость течения расплава по литниковым каналам иногда ограничивают. Предварительное сжатие расплава позволяет в 1,5-2 раза уменьшить время заполнения формы и увеличить путь течения расплава до момента
его застывания, что позволяет отливать длинномерные тонкостенные детали.
Разновидности пластикации полимеров под давлением
Пластикация, то есть расплавление полимерного материала
под давлением во многом определяет качество изделия. Различают червячную пластикацию и поршневую. Червячные пластикаторы имеют высокую производительность, обеспечивают отличную гомогенизацию расплава, что особенно важно при использовании дробленки или суперконцентрата, и поэтому имеют наибольшее распространение. Поршневые пластикаторы используются значительно реже, поскольку они не обладают перечисленными выше качествами. Но и они не без достоинств, среди которых: способность обеспечивать высокую скорость инжекции расплава в форму, возможность реализовывать эффект мрамора или,
если необходимо, яшмы, пластикацией смеси разных по цвету
пластмасс.
Иногда применяют раздельную пластикацию, при которой
полимер сначала поступает из бункера в вышеуказанный червячный предпластикатор, приготавливающий расплав, а затем через
регулирующий кран расплав направляется в поршневой пластикатор, осуществляющий дозирование и высокоскоростную ин жекцию в форму. Заметим, что такое нехитрое изделие как расческа, наиболее эффективно производится на литьевых машинах
с раздельной червячно-поршневой пластикацией.
На этапе пластикации основными технологическими параметрами являются: температура расплава по длине цилиндрической части материального цилиндра, температура сопла, установленного на выходе из материального цилиндра, скорость вращения червяка и величина противодавления при его отходе.
Инжекционный метод
Требуемый объем расплава (доза) накапливается в материальном цилиндре ЛМ и затем под высоким давлением
(100-200 МПа) впрыскивается, инжектируется, в форму за короткий, измеряемый секундами, интервал времени. Это наиболее
распространенный способ. Он позволяет получать изделия сложной конфигурации, с различной толщиной стенок как из термопластов, так и из термореактивных пластиков, допускает использование многогнездных форм с различной литниковой системой.
Особенность технологии – объем изделий с литниками не превышает паспортного объема впрыска используемой ЛМ.
Интрузиотый метод
Применяется при червячном способе пластикации для получения толстостенных изделий. Его суть – вращением червяка
расплав в режиме экструзии подается в пресс-форму и заполняет
ее, после этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава (рис. 16).
Особенность подобного способа – объем изделия может
превышать паспортный объем впрыска ЛМ, но развиваемое в
литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия
изделия не должна быть сложной, гнездность формы ограничена,
получение тонкостенных изделий затруднено, кроме того, необходимо учитывать термостабильность полимера.
37
38
Рис. 16. Схема интрузионного формования
Инжекционно-прессовый метод
Метод используется для получения изделий, значительных
по площади прессования, когда заполнение формы сопровождается существенным падением давления расплава в ее периферийных частях, что вызывает эффект разнопрочности изделия. Сущность технологии состоит в том, что давление на расплав в формесоздаетсяне только усилием инжекции, но и за счет прессового
механизма узла смыкания. С этой целью применяются литьевые
формы, конструкция которых допускает перемещение пуансона и
после смыкания формы.
Инжекционно-газовое литье (ИГЛ)
Относится к новым методам переработки термопластов с
помощью ЛМ, и поэтому его название еще до конца не определилось (рис. 17). В литературе можно встретить название типа «литье с газом», «литье с подачей сжатого газа», GJD-TEHNJKA,
GAS-Jngection Molding и др. Технологически процесс ИГЛ заключается в следующем: расплав полимера инжектируется в
форму, заполняя ее на 70-95 %. Затем в форму через специальное
сопло или через ниппель в форме подается под давлением газовая
смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении
с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных углублений. После образования изделия газовая смесь
удаляется из формы в приемник, пластикатор впрыскивает оста-
ток расплава, «запечатывающий»
форму. Газовая смесь (азот, углекислый газ) может подв одиться от компрессора или от баллона, важно чтобы
ее давление было около 80 МПа. Ввод
газа в форму может быть единичным
или многократным, ступенчатым по
величине давления.
Технология ИГЛ позволяет экономить до 40 % дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35 %,
уменьшить вероятность брака. Кроме
того, как показывает практика ИГЛтехнология позволяет упростить конструкцию и понизить стоимость формующей оснастки. Существенная
трудность ИГЛ-технологии состоит в
необходимости высокоточного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повышаются
требования к расчету и качеству - из-
готовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.
Рис. 17. Схема инжекционно-
газового литья
Многослойное литье
Относится к специальным видам, иногда называемым соинжекционными. Это название отражает общую особенность
этих методов — обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов, в каждом из которых
пластицируется полимерный материал с индивидуальными
свойствами.
39
40
Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изделия, изделия, состоящие из различных видов пластмасс (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного
полистирола), использовать вторичное полимерное сырье для
внутренних, неответственных частей деталей, производить изделия гибридной конструкции и пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами (рис. 18).
Рис. 18. Многослойное литье
Сэндвич-литье
Заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух пластикаторов. Два инжекционных
узла присоединяются к соплу, в конструкции которого предусмотрено переключающее устройство. Как правило, это управляемый
игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновременно
соединяет с литьевой системой формы пластикационные узлы.
Материал из первого узла под высоким давлением и с высокой
скоростью инжектируется в форму, образуя наружное покрытие
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]