Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения и переработки полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
8. Визуализируем скорость продавливаемой нити и подбираем
N п/п
Полимер
Температура, С
Зоны цилиндра
головки
1
Полиэтилен
высокого давления
110-120-130±10
135±10
2
Полиэтилен
низкого давления
180-190-200±10
210±10
3
Поливинилхлорид
(пластикат)
150-165-180±10
180±10
4
Полипропилен
230-250-280±10
280±10
5
Полиамид-6
220-250-270±10
270±10
6
Полиамид-66
250 -270 -280
280±10
оптимальную скорость вращения натяжителя. Заводим нить между
валками натяжителя.
9. С помощью регулятора частоты синхронизируем намотчик с
натяжителем и фиксируем нить на катушке для намотки нити, установленной на валу намотчика.
10. Контролируем процесс и фиксируем толщину нити с помощью лазерного измерителя, установленного на намоточном блоке перед натяжителем. При необходимости регулируем частоту вращения
намотчика, натяжителя и шнека.
10.1. Формуем образцы полимерной нити при трех различных
скоростях вращения шнека – максимальной n
средней n
При этом скорость приема нити должна быть равна ско-
ср,
, минимальной n
max
min
и
рости выхода ее из головки. При заданных режимах работы определяется фактическая производительность машины.
В табл. 1.1 представлены температурные режимы экструзии по-
лимерной нити.
Таблица 1.1
Температурные режимы экструзии некоторых термопластов
10.2. При средней скорости вращения шнека nср формуют образец
нити. Для выяснения влияния технологических параметров процесса
на свойства и качество полимерной нити экструзию проводят при
различных режимах. Переменными параметрами процесса экструзии
11
являются: температура расплава Тр, температура цилиндра Тц, формующей головки Тф, степень вытяжки ε.
Степень продольной вытяжки ε определяется как отношение ско-
рости приемки Vпр к скорости экструзии Vэк по формуле
ε =Vпр / Vэк. (1.1)
После формования нити необходимо провести механические испытания образцов. На основании результатов, полученных после испытания, оценивают влияние технологических параметров процесса
экструзии на прочностные свойства полученной нити. В качестве
прочностных характеристик выбираются пределы текучести и прочности и относительное удлинение при разрыве. Механическую прочность при одноосном растяжении необходимо определять в соответствии с ГОСТ 11262-80 на разрывных машинах при постоянной скорости деформирования.
Техника безопасности при работе на экструзионной линии
1. Перед началом работы преподаватель и студент должны надеть
средства индивидуальной защиты.
2. Перед тем как начать работу, следует проверить состояние рабочего места; если оно не убрано или загромождено, необходимо его
очистить и привести в порядок.
3. Перед началом работы необходимо осмотреть оборудование и
убедиться в его работоспособности.
4. Перед началом работы необходимо проверить:
– работу вентиляционной системы;
– целостность токоведущих проводов;
– наличие и исправность соединения металлических корпусов
оборудования экструдера с шиной защитного заземления.
5. Прежде чем включить экструдер, необходимо убедиться в том, что
все участники лабораторного испытания находятся в безопасной зоне.
6. Если есть сомнения в обеспечении безопасности при выполнении
лабораторной работы, работник не должен приступать к испытаниям.
12
Остановка экструдера
Обычно за некоторое время до выключения экструдера прекращается подача материала, а экструдер выключается, когда выход материала прекращается полностью. Это обеспечивает более легкий
пуск машины и сводит к минимуму вероятность поломок при пуске
холодной машины. Однако при производстве некоторых изделий экструдер выключается сразу, и цилиндр остается заполненным материалом. В этом случае надо обязательно проследить, чтобы перед пуском машина была полностью прогрета.
При таком выключении воздух не может проникнуть в шнек и
формующий элемент машины, благодаря чему предотвращается
окисление материала. При производстве пленки, нити и покрытий это
имеет большое значение, так как частицы окисленного материала
оседают в головке и ухудшают качество изделия.
Чтобы предохранить материал от разложения, необходимо быстро охладить головку. При переработке полиэтилена и поливинилхлорида охлаждение головки производится сжатым воздухом или при
помощи вентилятора. Для полистирола быстрого охлаждения не требуется. Время охлаждения можно сократить за счет снижения температур за некоторое время до выключения машины.
Конструкция головки должна предусматривать легкость ее съема
и разборки.
При переработке некоторых материалов перед выключением необ-
ходимо прочистить машину другим материалом. Так, если ударопрочный полистирол может быть оставлен в головке, то для сополимера
стирола и акрилонитрила, который легко разлагается при остановке,
перед выключением требуется чистка машины обычным полистиролом.
Получаемые результаты и их обработка
1. Определить зависимость давления в головке от производи-
тельности экструдера.
Экспериментальным путем определить зависимость давления в
формообразующей головке от производительности экструдера. Для
13
этого при четырех-пяти частотах вращения шнека в течение 30–60 с
продавливают расплав полимера и измеряют величину давления датчиком, установленным на выходе из цилиндра экструдера. Производительность экструдера (в м3 /с) рассчитывают по формуле
, (1.2)
где G – масса материала, продавливаемого из головки за время , кг;
– плотность продавленного материала, кг/м3.
Полученные результаты представляют графически и сравнивают
их с теоретическими данными. Теоретические значения вычисляют
по формуле для значений Δр, полученных экспериментально.
2. Определить качество полимерной нити.
Качество полимерной нити оценивают по степени разбухания ее
на выходе из головки, степени вытяжки, степени ориентации, разнотолщинности и механической прочности при одноосном растяжении.
2.1. Под степенью разбухания понимают отношение диаметра
полимерной нити к этому же размеру оформляющей полости головки, определяемое по формуле
Ср
АВ
, (1.3)
В
где А – характерный размер изделия (для нити – диаметр);
В – соответствующий размер оформляющей полости головки.
Степень разбухания определяют только для экструдата, получае-
мого при скорости приемки, равной скорости выхода его из головки.
2.2. Степень вытяжки определяют только для экструдата, полученного при скорости приемки, которая превышает скорость выхода
его из формующего устройства.
Степень продольной вытяжки нити рассчитывают по формуле
впр
пр
, (1.4)
э
где Vпр – скорость приемки, м/с;
Vэ – скорость экструзии, м/с.
14
2.3. Значение степени ориентации для всех экструдируемых из-
делий определяют только в направлении экструзии на образцах длиной 100 мм.
Измерить длину нити с точностью до 0,1 мм, уложить его на
пластинку из фторопласта и поместить в термостат, нагретый до
(Тс + 20) °С для аморфных полимеров и до (Тпл – 10) °С для кристаллических полимеров и выдержать при указанной температуре
не менее 30 минут.
Извлечь образец из термостата, охладить на воздухе до комнатной температуры и повторно измерить его длину.
Значение степени ориентации определяют по формуле
ор
100, (1.5)
где L1 и L2 – размер образца до и после термообработки соответственно, мм.
Значение εор определяют для трех образцов при каждом режиме экструзии. Вычислить среднее арифметическое значение трех измерений.
3. Определить механическую прочность полученной нити.
Механическую прочность при одноосном растяжении определяют в соответствии с ГОСТ 11262-76. Данные испытаний и рассчитанные значения разрушающего напряжения при растяжении,
относительного удлинения образца при разрыве заносятся в
табл. 1.2.
Строят графики в координатах нагрузка – удлинение и определяют по ним предел текучести материала σт, т.е. то напряжение, при котором образец начинает деформироваться без существенного увеличения нагрузки. Предел текучести материала может быть рассчитан
по формуле
σт = P / S, (1.6)
где Р – усилие, при котором образец деформируется без изменения
нагрузки, Н;
S – первоначальная площадь поперечного сечения, м2.
15
4. Данные, полученные и рассчитанные в ходе проведения экспе-
N образца
Длина
об-
разца,
l0
Удлине-
ние при
разрыве,
=l1 – l0,
мм
Длина
рабо-
чего
участка по-
сле
разры-
ва, l1,
мм
Нагруз
ка при
разры-
ве, р,
Н
Разруша-
ющее
напряже-
ние при
растяже-
нии, σр,
МПа
Относи-
тельное
удлинение
при разры-
ве, ε, %
Предел
текучести, σ
т ,
МПа
N п/п
Показатели
Частота вращения
червяка, с-1
Скорость приемки,
см/мин
1
Степень
разбухания, %
2
Степень вытяжки,
%
3
Степень
ориентации, %
4
Разрушающее
напряжение
при растяжении,
МПа
5
Предел текучести
при
растяжении, МПа
6
Относительное
удлинение
при разрыве, %
римента, занесите в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Полученные (качественные) значения образцов
5. Данные всех испытаний сводятся в табл. 1.3, анализируются,
и выбирается оптимальный режим процесса.
Результаты испытаний
Таблица 1.3
6. Сделайте соответствующие выводы по работе.
16
Содержание отчета
1. Общие понятия процесса получения полимерной нити.
2. Технологические параметры процесса формования нити.
3. Описание экструзионной линии по получению полимерной нити.
4. Результаты механических испытаний образцов.
5. Графические зависимости прочностных характеристик матери-
алов от технологических параметров процесса экструзии.
6. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Перечислите технологические параметры процесса экструзии.
2. Факторы, влияющие на производительность экструзии.
3. Параметры экструзии, оказывающие влияние на качество экструдата.
4. Основные причины разбухания экструдата.
5. Факторы, вызывающие разнотолщинность экструдата.
6. Ориентация при экструзии, причины ее возникновения.
7. Влияние ориентации на механические и деформационные свойства
экструдата.
8. Основные регулируемые параметры процесса экструзии.
9. Основные понятия экструзии пластмасс.
10. Движение полимера по зонам экструдера.
11. Технические характеристики экструзионной линии.
12. Основные геометрические характеристики шнека.
17
Лабораторная работа № 2
ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Теоретическая часть
Методом литья под давлением производится более трети от об-
щего объема изделий из полимерных материалов. В связи с высокой
производительностью и относительно высокой стоимостью оснастки
в основном применяется при крупносерийном и массовом производстве изделий. Сырье для литья представляет собой гранулы термопластов и термореактивные порошки, обладающие широким диапазоном механических и физических свойств. Термопластичные материалы сохраняют способность к повторной переработке после формования, а термореактивные при переработке претерпевают необратимые химические изменения, приводящие к образованию неплавкого и нерастворимого материала.
В процессе литья специально подготовленный материал поступает
в зону шнека машины, где расплавляется, а затем под высоким давлением впрыскивается в пресс-форму через литниковые каналы, заполняя
с высокой скоростью её полость, а затем, остывая, образует отливку.
Кристаллизация материала происходит сначала у холодных стенок полости формы, а затем распространяется вглубь тела отливки.
Оборудование для изготовления изделий литьем под давлением
представлено на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Литьевая машина МиниТПА-100:
1 – включатель; 2 – загрузочный бункер; 3 – сенсорный экран
управления; 4 – кнопка пуск; 5 – кнопка «аварийный стоп»;
6 – сопло; 7 – узел смыкания; 8 – пульт управления узла смыкания
18
Технические характеристики МиниТПА-100 представлены в
Теоретический объем впрыска
До 100 и более, в зависимости от используемого материала
и изделия, конфигурации формы
Перерабатываемый материал
Любые термопласты
Расчетное давления впрыска
До 50 МПа
Рабочее напряжение
220 В
Нагрев
Четыре контура с пропорционально-интегральнодифференциальным регулированием
Двигатель
Трехфазный асинхронный мощностью 1,5 кВт
Температура нагрева
До 400 С
Гистерезис
0,1 градус Цельсия
Смыкание пресс-формы
Ручное/Автомат с узлом смыкания
Максимальная потребляемая (пиковая)
мощность
3,2 кВт
Объем бункера
5 литров
Размеры без рабочего стола и бункера
900
Вес
62 кг
табл. 2.1.
Таблица 2.1
Технические характеристики МиниТПА-100
Цель работы: изучение устройства и принципа действия обору-
дования; технологии переработки пластмасс литьем под давлением, а
также установление влияния технологических параметров литья
пластмасс под давлением на качество изделий из термопластичных
материалов.
19
Оборудование: лабораторный термопластавтомат с объемом
впрыска 100 см3. Форма для отливки лопатки. Штангенциркуль с
точностью 0,05 мм.
Рекомендуемый тип изделия – стандартные образцы (лопатки),
применяемые для механических испытаний полимерных материалов.
Материалы: полиэтилен низкой плотности; полиэтилен высокой
плотности; полистирол; сополимеры стирола АБС; ПА-6; поликарбонат; полиамид-66 и др.
Некоторые пластмассы (например, сополимеры стирола, полиамиды и поликарбонат) гигроскопичны и поэтому перед формованием их следует предварительно подсушить в вакуумном шкафу при
80–100 С и остаточном давлении 0,2 МПа в течение 3–5 ч до содер-
жания остаточной влаги не более 0,05 %.
Техника безопасности при работе на МиниТПА-100
1. Перед началом работы необходимо надеть средства индивиду-
альной защиты.
2. Перед тем как начать работу, следует проверить состояние рабочего места; если оно не убрано или загромождено, необходимо его
очистить и привести в порядок.
3. Перед началом работы необходимо осмотреть оборудование и
убедиться в его работоспособности.
4. Перед началом работы необходимо проверить:
– работу вентиляционной системы;
– целостность токоведущих проводов;
– наличие и исправность соединения металлических корпусов
оборудования литьевой машины с шиной защитного заземления.
5. Прежде чем включить лабораторное оборудование (миниТПА),
необходимо убедиться в том, что все участники лабораторного испытания находятся в безопасной зоне.
6. Если есть сомнения в обеспечении безопасности при выполнении лабораторной работы, нельзя приступать к испытаниям.
7. Ознакомиться с техникой литья под давлением на термопластавтомате.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]