Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения и переработки полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
Лабораторная работа № 5
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГАЗОНАПОЛНЕННОГО МАТЕРИАЛА
(ПЕНОПЛАСТА) ИЗ ЭМУЛЬСИОННОГО ПОЛИСТИРОЛА
Теоретическая часть
Очень широкое применение в настоящее время находят новые
легкие пластмассы, которые называют газонаполненные пластмассы,
или пенопласты. Основным отличием их от однородных монолитных
полимерных материалов является физически неоднородная ячеистая
структура. Различают два вида структуры газонаполненных пластмасс: это пенистые пластмассы, в которых полимер образует систему
изолированных ячеек, содержащих газ (или смесь газов) и разделенных тонкими стенками; структура таких материалов напоминает как
бы затвердевшую пену, поэтому кратко их называют пенопластами и
пористыми пластмассами, в которых полимер образует систему сообщающихся ячеек или полостей, заполненных газом; этот тип материалов пористого, губчатого строения называют поропластами.
Свойства пено- и поропластов определяются объемом газовой
фазы, строением ячеек и химическим строением полимера.
Часто газонаполненные пластмассы имеют смешанную структуру: ячейки пенопластов в той или иной мере разрушены и сообщаются между собой, в структуре же поропластов имеются участки отдельных замкнутых ячеек. Независимо от строения ячеек газонаполненные материалы иногда не делят на пено- и поропласты.
Пенопластмассы используют в различных отраслях народного хозяйства. Многослойные конструкции, выполненные с применением
этих материалов в качестве заполнителей, легки, обладают высокой
прочностью и жесткостью. Облицовочными силовыми материалами в
таких конструкциях могут быть листовые металлы (дюралюминий,
сталь), стеклопластики, фанера и др. Хорошие электроизоляционные
свойства пенопластмасс позволяют изготовлять различные изделия радио- и электропромышленности – антенные обтекатели, кожухи, линзы,
блоки электроаппаратуры, заполненные пенопластмассой и т.д.
41
Вследствие малой способности к водопоглощению пенопластмассы используют в производстве непотопляемых судов, переправочных средств, всевозможных поплавков, спасательных кругов и т.п.
Пенопластмассы превосходят большинство других материалов по
теплоизоляционным свойствам и успешно применяются для теплоизоляции зданий и сооружений, вагонов, холодильников и др. объектов. Используют их и в производстве тканей, дублированных с пенопластами, мебели и многих других предметов бытового назначения.
Производство пенопластмасс базируется на следующих процессах:
1. Вспенивание полимеров в высокоэластическом состоянии.
2. Вспенивание вязкожидких смесей в процессе образования
полимера.
Вспенивание полимеров в высокоэластическом состоянии производится при помощи специальных газообразующих веществ – твердых или жидких. Температура разложения твердого газообразующего
вещества должна быть несколько выше температуры перехода полимера из твердого состояния в высокоэластическое. При нагреве полимера с газообразующим веществом последнее разлагается с выделением газа, вспенивающего полимер, причем часть газа растворяется
в полимере. Эту группу процессов широко используют в промышленности для производства многих пенопластов.
Газонаполненные заготовки получают смешением порошков
термопласта и газообразователя и прессованием этой смеси в прессформах открытого типа при температуре, достаточной для размягчения термопласта и разложения газообразователя. Выделившийся и
равномерно распределенный в материале газ фиксируется в нем при
переходе термопласта в стеклообразное состояние в результате охлаждения формы под давлением до комнатной температуры. Газонаполненные материалы на основе ПС получают различными способами, основными из которых являются: беспрессовый, прессовый и экструзионный. Газонаполненные материалы получают вспениванием.
Вспенивание гранул осуществляют в два этапа: сначала осуществля-
42
ют предварительное вспенивание – для достижения заданной плотности и предотвращения усадки изделия, а затем – заключительное
вспенивание, которое осуществляется при более высокой температуре, – для формования изделия в ограничительной форме под действием внутреннего давления паров изопентана, обеспечивающего плотный контакт и слипание увеличивающихся гранул.
Цель работы: знакомство с прессовым методом получения га-
зонаполненных материалов на основе полистирола.
Оборудование: фарфоровая ступка, герметическая пресс-форма;
пресс; термошкаф; ванна с горячей водой.
Материалы: полистирол эмульсионный, стеарат калия, порообразователь (карбонат аммония, бикарбонат натрия или динитрил азобис-изомасляной кислоты (порофор ЧХЗ)).
Последовательность выполнения работ
1. Смешать порошкообразный эмульсионный полистирол со сте-
аратом калия в количестве 0,5–1,5 % и газообразователем в заданных
преподавателем пропорциях в фарфоровой ступке до получения однородной консистенции. При использовании порофора на 85 г ПС берут 15 г порообразователя. Размолотую массу помещают в прессформу и прессуют при давлении 10,0–15,0 МПа.
2. Нагреть под давлением до температуры 150 °С и выдержать из
расчета 1,5–2 мин. на 1 мм толщины заготовки.
3. Охладить под давлением до температуры 40–50 °С.
4. Пресс-форму снять из под пресса и запрессованный образец
вынуть из пресс-формы.
5. Определить коэффициент вспенивания. Полученный образец
поместить в термошкаф, нагретый до 110–120 °С для вспенивания.
Вспенивание можно проводить также, опустив запрессованный образец в горячую воду (95–98 °С). После вспенивания и увеличения в
объеме образец всплывает на поверхность воды.
43
Зависимость длительности процесса вспенивания от толщины за-
Толщина, мм
5
12
20
30
Продолжительность
вспенивания, мин.
20
30
60
90
Масса
образца,
г
Продолжи-
тельность
вспенивания,
мин.
Линей-
ные раз-
меры за-
готовки,
см
Объем
заготов-
ки, см3
Линей-
ные раз-
меры
пенопла-
ста, см
Объем
пенопла-
ста, см3
Коэффи-
циент
вспенива-
ния
К = V
пен
/
V
заг
прессованного образца приведена в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Зависимость длительности процесса вспенивания
от толщины запрессованного образца
Полученные в результате работы данные внести в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Результаты испытаний
образец вставляют в форму для вспенивания. Формирующие поверхности пресс-формы для вспенивания очищаются, промазываются антиадгезионными веществами, просушиваются, после чего полученная
ранее заготовка помещается между плитами формы для вспенивания
с отрегулированным формующим зазором, завинчивается и помещается в термошкаф с температурой 110–120 °С. Продолжительность
выдержки определяется путем сложения времени прогрева формы и
времени вспенивания, исходя из толщины получаемого изделия при
времени выдержки 7–8 мин. на 1 мм толщины. По окончании выдержки форму с изделием извлекают из термошкафа, охлаждают,
раскрывают, проводят замер параметров изделия, вносят данные в
таблицу, делают выводы.
При получении плотных вспененных изделий, запрессованный
44
Содержание отчета
1. Описание технологии получения вспененных изделий;
2. Обоснование технологических параметров получения вспенен-
ных изделий;
3. Описание применяемых материалов;
4. Применяемые газообразователи. Их виды.
5. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Способы получения газонаполненных пластмасс.
2. Применяемые газообразователи.
3. Прессовый метод получения вспененных изделий.
4. Беспрессовый способ получения вспененных изделий.
5. Экструзионный способ получения вспененных изделий.
45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения лабораторных работ, приведенных в лабораторном практикуме, студенты должны получить теоретические и
практические знания в области переработки пластмасс и композиционных материалов. После выполнения лабораторных работ студенты
должны знать технологический процесс получения гранул; пенопласта; изделий из пластмасс методом экструзии; литья под давлением.
Влияние технологических параметров на качество готовой продукции. Должны уметь работать на лабораторном технологическом оборудовании в соответствии с требованиями техники безопасности.
46
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коршак, В.В. Технология пластических масс / В.В. Коршак. – 3-е изд.,
доп. и перераб. – М.: Химия, 1985.
2. Сидоренко, Ю.Н. Конструкционные и функциональные волокнистые
композиционные материалы: учеб. пособие / Ю.Н. Сидоренко. – Томск: Изд-во
ТГУ, 2006. – 107 с.
3. Современные методы переработки полимерных материалов. Экструзия.
Литье под давлением: учеб. пособие / Ю.Т. Панов, Л.А. Чижова, Е.В. Ермолаева; Владим. гос. ун-т имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича
Столетовых. – Владимир: Изд-во ВЛГУ, 2013. – 128 с.
4. Технология литья [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В.Г. Кузнецов,
Ф.А. Гарифуллин, Г.С. Дьяконов. – Казань: Издательство КНИТУ, 2012.
5. Бортников, В.Г. Производство изделий из пластмасс. Т. 2. Технология
переработки пластмасс / В.Г. Бортников. – Казань, 2002. – 400 с.
6. Тагер, А.А. Физикохимия полимеров / А.А. Тагер. – 3-е изд., перераб. –
М.: Химия, 1978. – 178 с.
7. Яковлев, А.Д. Технология изготовления изделий из пластмасс /
А.Д. Яковлев. – 3-е изд. – Л.: Химия, 1977. – 172 с.
8. Каплун, М.Б. Формующее оборудование экструдеров / М.Б. Каплун,
В.С. Ким. – М.: Машиностроение, 1969. – 14 с.
9. Оборудование для переработки пластмасс / Под ред. В.М. Завгороднего.
– М.: Машиностроение, 1976. – С. 113–158.
10. Теплофизические и реологические характеристики полимеров / Под
ред. Ю.С. Липатова. – Киев: Наукова думка, 1977. – 244 с.
11. Справочник по пластическим массам Т. 1 / Под ред. В.М. Катаева,
В.А. Попова, Б.И. Сажина. – М.: Химия, 1975.
12. Кацнельсон, М.Ю. Пластические массы: свойства и применение: справоч-
ник / М.Ю. Кацнельсон, Г.А. Балаев. – 3-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1978. – 383 с.
13. Калинчев, Э.Л. Свойства и переработка термопластов: справочное пособие / Э.Л. Калинчев, М.Б. Саковцева. – Л.: Химия, 1983. – 287 с.
14. Головкин, Г.С. Проектирование технологических процессов изготовления изделий из полимерных материалов / Г.С. Головкин. – М.: Химия, КолосС,
2007.
15. Практикум по полимерному материаловедению / Под ред. П.Г. Бабаев-
ского. – М.: Химия, 1980.
16. Волков, Г.М. Материаловедение: учебник / Г.М. Волков, В.М. Зуев. –
М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 400 с.
17. Евстифеев, В.В. Электротехнические материалы, пластмассы, смазы-
вающе-охлаждающие жидкости, резины, композиты: учеб. пособие / В.В. Евстифеев, М.С. Корытов, В.Г. Азаров. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. – 41 с.
47
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ................................................................................................................... 3
Лабораторная работа № 1
Технология получения полимерной нити ............................................................... 5
Лабораторная работа № 2
Технология формования изделий из пластмасс методом литья
под давлением ........................................................................................................ 18
Лабораторная работа № 3
Гранулирование пластмасс .................................................................................... 28
Лабораторная работа № 4
Технология изготовления трехслойных конструкций ......................................... 34
Лабораторная работа № 5
Изготовление газонаполненного материала (пенопласта)
из эмульсионного полистирола ............................................................................. 41
Заключение ............................................................................................................. 46
Библиографический список ................................................................................... 47
48
Учебное издание
НЕЧАЕВ Илья Владимирович
ЯГРУШКИНА Ирина Николаевна
ДЮЛЬДИНА Мария Владимировна
ГРЕЧУХИН Александр Вячеславович
Технология получения и переработки
полимерных композиционных материалов
Редактор Е.В. Абрамова
Компьютерная верстка Е.А. Образцова
Выпускающий редактор Ю.А. Петропольская
Подписано в печать 07.06.21
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная
Усл. п. л. 2,85. Уч.-изд. л. 2,7
Тираж 20 экз. Рег. № 45/21
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Самарский государственный технический университет»
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус
Отпечатано в типографии
Самарского государственного технического университета
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус № 8
49
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]