Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения и переработки полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К а ф е д р а «Химия и технология полимерных и композиционных материалов»
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ
И ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Лабораторный практикум
Самара
Самарский государственный технический университет
2021
1
Печатается по решению методического совета инженерно-технологи-
ческого факультета СамГТУ (протокол № 4 от 10.02.2021 г.).
УДК 678(076.5)
ББК 35.71я73
Н 59
Нечаев И.В.
Технология получения и переработки полимерных композиционных
материалов: лабораторный практикум / И.В. Нечаев, И.Н. Ягрушкина,
М.В. Дюльдина, А.В. Гречухин. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2021. – 49 с.
Дано представление об основных способах получения и переработки по-
лимерных композиционных материалов: рассмотрены такие высокопроизводительные методы переработки пластмасс как экструзия и литье под давлением.
Также представлен способ получения стеклопластиковых изделий.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготов-
ки/специальности 22.03.01 «Материаловедение и технология материалов», профилю «Технологии полимерных, композиционных материалов и защитных покрытий»; 18.03.01 «Химическая технология», профилю подготовки «Технология переработки пластических масс и эластомеров»; 18.05.01 «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий», «Химическая технология
полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив».
Ре ц е н з е н т : канд. техн. наук, доцент О.В. Бурмистров
УДК 678(076.5)
ББК 35.71я73
Н 59
© И.В. Нечаев, И.Н. Ягрушкина,
М.В. Дюльдина, А.В. Гречухин, 2021
© Самарский государственный
технический университет, 2021
2
ВВЕДЕНИЕ
Практикум по технологии получения и переработки полимерных
композиционных материалов представляет собой руководство к лабораторным работам по курсам «Оборудование, технология и расчеты при экструзии», «Оборудование, технология и расчеты при литье
под давлением», «Механические процессы», «Композиционные полимерные материалы» и др. Основным назначением данного лабораторного практикума является ознакомление студентов с основными
закономерностями переработки пластических масс и вспомогательными операциями, которые сопровождают процесс получения изделий из пластических масс.
Пластмассы это многокомпонентные материалы на основе термопластов, реактопластов или эластомеров, как базовых компонентов
и различных добавок: стабилизаторов, наполнителей, пластификаторов, красителей и других модифицирующих ингредиентов.
К термопластичным полимерам (термопластам) относятся полимерные материалы, которые при нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают. Например: полиэтилен (ПЭ), полипропилен
(ПП), полиамид (ПА), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полистирол (ПС)
и др. Причем способность к формованию у них сохраняется с переходом в вязкотекучее состояние при повторном нагревании. Товарные
термопласты выпускаются промышленностью в виде гранул.
К реактопластам (термореактивным полимерам) относятся полимерные материалы, которые при нагревании, подобно термопластам,
могут переходить в вязкотекучее состояние, т.е. плавиться. Их особенностью является то, что они не могут многократно переходить из
одного фазового состояния в другое. Между макромолекулами полимера при нагревании происходят химические взаимодействия, которые приводят к образованию трехмерной (сшитой) структуры. Такие
реакции являются необратимыми. К ним относятся реактопласты на
основе полиэфирных, фенолформальдегидных, эпоксидных, карбамидных смол. Например: фенопласты, аминопласты и др.
3
Переработка пластмасс включает в себя комплекс технологических процессов, обеспечивающих получение готовых изделий или
полуфабрикатов с использованием основного оборудования – термопластавтоматов, экструдеров, гидравлических прессов. Конечной целью переработки пластмасс является получение изделий, отвечающих
конкретным требованиям и условиям эксплуатации.
Современная промышленность переработки пластмасс обладает
огромным количеством различных современных методов переработки и широким парком основного формующего и вспомогательного
оборудования.
4
Лабораторная работа № 1
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ НИТИ
Теоретическая часть
Процесс экструзии заключается в непрерывном выдавливании
расплава полимера через формующую головку, придании ему необходимой конфигурации и последующем охлаждением изделия. Течение расплава через формующие головки происходит под действием
давления, которое создается дисковым или шнековым экструдером.
Экструдер (экструзионная машина) должен обеспечивать передвижение полимера вдоль цилиндра, его плавление и гомогенизацию расплава, а также создание в цилиндре машины гидростатического давления. Методом экструзии изготавливаются трубы, пленки, профили,
сетки в основном из термопластичных полимеров – полиэтилена, полистирола, поликарбоната, поливинилхлорида и др. Поскольку процесс экструзии осуществляется непрерывно, он является наиболее
прогрессивным, так как позволяет производить изделия с небольшими трудовыми и энергетическими затратами при незначительных потерях материалов.
При изготовлении изделий методом экструзии в полимерах протекают в основном физические процессы, например, переход полимера из одного физического или фазового состояния в другое. К химическим процессам, протекающим при экструзии, можно отнести термическую и механическую деструкцию полимеров, обусловленную
соответственно высокими температурами и большими сдвиговыми
напряжениями, возникающими при течении расплава полимера в рабочих узлах экструдера и формующей головки. При обеспечении
определенных технологических параметров эти химические процессы
могут быть сведены к минимуму или полностью исключены.
Под экструзией пластмасс понимают способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через
формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката.
5
Около половины производимых термопластов перерабатываются
в изделия этим способом. Экструзией получают пленки, листы, трубы, шланги, капилляры, прутки, сайдинг, различные по сложности
профили, наносят полимерную изоляцию на провода, производят
многослойные разнообразные по конструкции и сочетанию применяемых пластмасс гибридные погонажные изделия.
Основным оборудованием экструзии является червячный пресс,
называемый также экструдером, оснащенный формующей головкой.
В экструдере полимерный материал расплавляется, пластицируется и
затем нагнетается в головку. В абсолютном большинстве случаев используются различные модификации одно- и двухчервячных экструдеров. Иногда применяют дисковые и поршневые экструдеры. На
рис. 1.1 представлена схема одночервячного экструдера.
Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах
(см. рис. 1.1): загрузки (I), пластикации (II), дозирования расплава
(III), а затем продвижения расплава в каналах формующей головки и
охлаждения экструдата.
Рис. 1.1. Схема одношнекового экструдера:
1 – бункер; 2 – червяк (шнек); 3 – цилиндр; 4 – полость для циркуляции воды;
5 – нагреватель; 6 – решетка с сетками; 7 – формующая головка с адаптером
Основным рабочим органом экструдера является червяк (шнек).
Основные параметры червячного пресса:
диаметр червяка;
отношение его диаметра к длине (L/D);
скорость вращения червяка.
6
Цель работы: определение основных технологических парамет-
ров процесса получения полимерной нити, получение навыков работы на экструзионном оборудовании и выявление закономерностей
влияния технологических параметров экструзии на свойства и качество отформованной нити.
Оборудование: лабораторная экструзионная установка с приемным и тянущим устройством для производства полимерной нити.
Материалы: полиэтилен низкой и высокой плотности, полиамид6, полиамид-66, полипропилен, ударопрочный полистирол и др. по
указанию преподавателя.
Последовательность выполнения работы
1. Подготовить рабочее место для проведения эксперимента.
2. При необходимости гранулы полимерного материала подсу-
шить в сушильном шкафу.
3. Изучить основные узлы и назначение экструзионной линии.
Экструзионная линия представлена на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Одношнековый экструдер:
1 – цилиндр и шнек; 3 – загрузочный бункер; 4 – головка; 5 – двигатель;
6 – редуктор; 7 – кольцевые нагреватели; 8 – система охлаждения
Экструзионная линия для изготовления полимерной нити состоит
из следующих блоков: одношнековый экструдер, охлаждающие ванны, линия по намотке, тянущие устройства, а также органы для их
управления в виде мобильных пультов.
7
Одношнековый экструдер состоит из загрузочного бункера 3, материального (пластикационного) цилиндра 2, внутри которого установлен
шнек (червяк) 1, который вращается с определенной скоростью. Крутящий момент шнеку 1 передает двигатель 5 через редуктор 6, нагрев
материального цилиндра 2 и головки 4 осуществляется по зонам специальными кольцевыми нагревателями 7, охлаждение цилиндра в зоне загрузки осуществляется по средствам циркуляции воды в системе охлаждения 8. Линия по намотке представлена на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Линия по намотке:
1 – стабилизирующая ванна; 2 – охлаждающая ванна;
3 – рама; 4 – осушитель; 5 – лазерный датчик
Линия по намотке состоит из стабилизирующей ванны 1, установленной сразу после экструдера до ванны охлаждения 2. Обе ванны
устанавливаются на специальную раму 3. Следующими элементами
по ходу прохождения нити являются осушитель 4 и лазерный датчик 5.
Заканчивается линия натяжителем 6 и намотчиком 7.
4. Подключить экструдер к промышленной сети 380 В. На пульте
управления оборудованием (рис. 1.4) нажать зеленую кнопку 1
(пуск). На терморегуляторах 2, 3, 4, 5 с помощью кнопок вверх/вниз,
выставить температурный режим материального цилиндра и формующей головки, предусмотренный технологическим процессом.
К технологическим параметрам экструзии относятся температура
материального цилиндра Тц и головки Тг по зонам, частота вращения
шнека n. Температурные параметры экструзии выбираются на основе
температурных переходов, полученных по термомеханическим кри-
8
вым (либо по литературным данным). Температура материального
цилиндра экструдера должна быть на 10–30 °С, а головки на 20–40 °С
выше температуры текучести (плавления) полимерного материала.
В зависимости от вида перерабатываемого материала по табл. 1.1
выбирается температурный режим формования нити и устанавливается заданная температура на соответствующих приборах для материального цилиндра и головки экструдера.
Частоту оборотов шнека можно изменить на частотном преобразователе 6 с помощью плавного подкручивания регулятора 7.
Красная кнопка 8 (стоп) – остановка экструдера. При аварийной ситуации экстренно нажать красную кнопку гриб 9 (аварий стоп).
5. Подключить линию по изготовлению полимерной нити к про-
мышленной сети 380 В. Нажать кнопку 2 (управляющее напряжение),
загорается индикатор желтого цвета 1 (управляющее напряжение).
Для набора воды в ванну со стабилизирующей горячей водой поворачиваем тумблер 17 (насос горячей воды). Загоревшийся индикатор
зеленного цвета 12 (насос горячей воды) сигнализирует о работе
насоса. На терморегуляторе 8 с помощью кнопок «вверх/вниз» выставляем температуру, требуемую технологическим процессом, в
ванне с горячей водой. Поворачиваем тумблер 16 (насос холодной
воды). Загоревшийся индикатор зеленного цвета 12 (насос холодной
воды) сигнализирует о работе насоса. С помощью тумблеров 13
(намотчик) и 14 (натяжитель) запускаем электромоторы намотчика и
натяжителя. Лампочки зеленого цвета 9 (намотчик в работе) и 10
(натяжитель в работе) сигнализируют о работе электромоторов.
С помощью частотных преобразователей 4 и 5 синхронизируем работу натяжителя и намотчика, необходимую для равномерной намотки
полимерной нити. Количество оборотов намотчика и натяжителя
отображается на экране частотного преобразователя 5. Количество оборотов намотчика регулируется колесом изменения числа оборотов 3.
С помощью кнопки «SEL» на частотном регуляторе 5 заходим в меню
регулировки оборотов. Кнопками «вверх/вниз» выставляем количество оборотов натяжителя. В случае аварийной ситуации нажимаем
9
красную кнопку 7 (аварийная остановка). Пульт управления экструдером и линией по намотке представлен на рис. 1.4, 1.5.
Рис. 1.4. Пульт управления экструдером
Рис. 1.5. Пульт управления линией по намотке
6. При достижении требуемой технологическим процессом
температуры по зонам цилиндра засыпаем полимерный материал
через загрузочный бункер и выставляем необходимую частоту вращения шнека.
7. Когда из отверстия фильеры начнет продавливаться нить, спе-
циальными щипцами подхватить ее кончик и провести через отверстие первой ванны.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]