Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проблемы выявления и устранения возможных дефектов в процессе получения изделий из термопластов. Учебное пособие
.pdf
просы качественного сравнения. Поэтому для определения веса
2
−
⋅
Таблица 1.1
параметров удобно использовать метод расстановки приоритетов. Сравнивая параметры между собой, эксперт определяет отношение между ними как более предпочтительное (>), менее
предпочтительнее (<), эквивалентное (=). Общее число сравнений Ncp для группы из n объектов составляет
1)(nn
N
=
ср
Поисковый образ запроса на смотровое стекло
Свойство Параметр Значение параметра
Прозрачность
Теплостойкость
Прочность Ударная вязкость
Химическая стой-
кость
Технология пере-
работки
Коэффициент пропус-
кания
Максимальная рабочая
температура
Стойкость к органиче-
ским кислотам
Литье
Не менее 80 %
Не менее 150иС
Не менее 150
КДж/м2
ВС (весьма стоек)
С (стоек)
ПТР от 2 до 7 г/10
мин
Стоимость Цена за 1 кг Не более …..
По полученной системе сравнения (табл. 1.2, табл. 1.3) выбирается значение весового вклада a
для каждого показателя
ij
свойств xi по отношению к сравниваемому с ним показателю xj:
1,5 – если свойство xi более предпочтительно, чем xj (x
> x
i
); 1,0
j
– если вносят равноценный вклад (xi = xj); 0,5 – если свойство xi
менее предпочтительно, чем xj (x
< x
i
j
).
Отметим, что сравнивается значимость различных свойств
материала, например прозрачность смотрового стекла и его
стоимость. Что важнее при контроле технологического процесса: стекло будет мутным, но дешевым или прозрачным, но дорогим? Выбираем xi > х6.
11
Система сравнений
Таблица 1.2
x
i
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
Свойства Экспертные оценки
Прозрачность x
Теплостойкость x
Прочность x
Химическая стой-
кость
Технология перера-
ботки
> x2, x1 > x3, x1 > x4, x1 > x5, x1 > x
1
> x3, x2 > x4, x2 > x5, x2 = x
2
> x4, x3 > x5, x3 > x
3
x
> x5, x4 > x
4
х
5
Стоимость
> x
6
6
6
6
6
Далее строится квадратная матрица коэффициентов по данным экспертных оценок, находится сумма всех коэффициентов
для каждого свойства и определяется вес свойства исходя из условия (табл. 1.3).
Программу поиска и выбора полимерного материала можно
сформулировать следующим образом:
1) составить иерархическую структуру свойств и выделить
перечень свойств составляющих поисковый образ;
2) составить параметрический ряд, определив значения пара-
метров;
3) определить вес параметров, используя метод расстановки
приоритетов;
4) установить порог совпадения поисковых образцов.
Дальнейшие шаги поиска:
5) осуществить выбор полимерного материала, последова-
тельно используя поисковые параметры, начиная с наиболее весомого, методом последовательного приближения, сужая поисковое поле до оптимального варианта выбора;
6) при наличии нескольких равноценных полимерных мате-
риалов сопоставить их и выбрать лучший из них с помощью
обобщенного показателя.
12
Матрица экспертных оценок
Таблица 1.3
xj
x
i
x
1
x
2
x
3
x
4
x
5
x
6
Свойства
x1 x
x
x
x
2
3
4
x
5
Прозрачность 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 8,5
Теплостойкость 0,5 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5 7,5
Прочность 0,5 0,5 1,0 1,0 1,5 1,5 6,0
Химическая стой-
кость
Технология перера-
ботки
0,5 0,5 1,0 1,0 1,5 1,5 6,0
0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 4,5
Стоимость 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 3,5
6
Итого 36
Σa
j
Вес свой-
ства
0,236
0,208
0,167
0,167
0,125
0.095
1,000
Однако следует отметить, что не всегда использование хорошо выбранного материала гарантирует получение изделия с заданными свойствами. Некоторые термопласты, такие как АБС
пластик, сополимеры акриловых эфиров стирола и акрилонитрила, производные целлюлозы, экструзионный ПММА, ПЭТФ,
поликарбонат, полиамиды, являются гигроскопичными, т.е. поглощают влагу. Наличие пигментов и наполнителей типа талька
и т.д., являющихся гигроскопичными материалами, также приводит к повышенной влажности композиции. Влага может поглощаться материалом или оставаться на поверхности. При нагревании материалов такого типа, например при его переработке
термоформованием, на поверхности изделия могут образовываться пузыри. Различные полимеры могут находиться в условиях повышенной влажности, сохраняя влажность различное
время. Например, поликарбонат в зависимости от типа может
находиться при относительной влажности 60-70% от получаса
до 5 часов, тогда как АБС пластик – 2-3 дня. Для удаления адсорбированной влаги полимер перед переработкой необходимо
13
сушить. Сохранение избыточного количества влаги в полимере
после сушки может привести к дефектам внешнего вида изделия. Такие полимеры, как сложные полиэфиры, полиуретаны,
поликарбонаты, полиамиды, будут вступать при повышенных
температурах в химическую реакцию с влагой воздуха, что может привести к процессу гидролиза. В результате такого взаимодействия происходит разрушение внутримолекулярных связей и снижение молекулярной массы полимера. Сохранение молекулярной массы в процессе переработки полимера, т.е. при
одновременном воздействии на материал повышенных температур и нагружения сдвига, является обязательным условием получения изделия с высокими физико-механическими свойствами.
При переработке полимеров часто приходится сталкиваться с
проблемой поиска материала с пониженной вязкостью (высокой
текучестью расплава). Это одно из обязательных свойств полимерного материала при изготовлении тонкостенных изделий.
Под тонкостенными понимаются изделия с толщиной стенки
менее 1мм (некоторые авторы считают – менее 2 мм). Вязкость
расплава полимерного материала описывается показателем те-
кучести расплава (ПТР). Высокое значение ПТР полимера ассоциируют с материалами, поток расплава которых распространяется более легко. Материал с ПТР 15 г/10 мин легче заполняет
полость литьевой формы, чем материал с ПТР 5 г/10 мин.
Существует постоянный баланс между степенью трудности
переработки полимерного материала и эксплуатационными характеристиками изделия из него.
При выборе полимерного материала для конкретных изделий
для снижения возможных дефектов при получении изделий особое внимание следует уделять технологическим характеристикам материала: сыпучести, гранулометрическому составу, плотности, сжимаемости, тенденции к агломерации и т.д.
Иногда неоднородность гранулометрического состава препятствует бесперебойной подаче материала в дозирующую зону
экструдера, а неоднородность свойств материала от партии к
14
партии приводит к повышению времени выхода на режим при
смене партии материала, а соответственно к потерям сырья и
рабочего времени.
Одним из важных требований, предъявляемых к материалу,
особенно используемому в упаковке, является не только его высокая однородность, но и высокий индекс белизны, универсальность при переработке в изделия различной формы и объема.
Так, например, существенным недостатком отечественных полиолефинов зачатую является неоднородность цвета, которая
затрудняет «выход на цвет» при использовании отечественных
концентратов.
Фрикционное поведение полимера становится проблемой, когда наличествует движение между материалом и формующим
инструментом, что наблюдается при негативном или позитивном формовании. Если трение велико, то материал будет застревать в форме или пуансоне.
Деструкция полимера – частая проблема при экструзии и литье под давлением термопластов. Обычно она проявляется в потере цвета или выделении летучих веществ из материала, что
приводит к значительному ухудшению качеств изделия. В соответствии с механизмом процесса различают следующие типы
деструкции: термическая, химическая, механическая, радиационная, биологическая.
При переработке термопластов, например, методом экструзии
возможна одновременная термо- и механодеструкция.
Термическая деструкция происходит, если полимер подвергается воздействию повышенной температуры. Сопротивление
такому типу деструкции зависит от природы полимера и термической стабильности его основной цепи. Различают три типа
термодеструкции: деполимеризация, случайный разрыв цепи,
отрыв боковых групп.
Деполимеризация – уменьшение длины основной цепи за счет
последовательного отделения мономерных звеньев. К полимерам с таким типом термодеструкции относятся полистирол, полиформальдегид, ПММА.
15
Второй тип термодеструкции характерен для ПС (наряду с
первым типом) поскольку до 40 % мас. полимерных молекул
деполимеризуется.
Отрыв боковых групп – важный процесс термодеструкции,
например, для ПВХ.
Часто трудно различить термо- и термохимическую деструкцию, так как полимер редко бывает химически чистым (используются композиционные материалы с активными ингредиентами, полимер может содержать непрореагировавший мономер и
т.д.).
Механическая деструкция – разрыв химических связей в мак-
ромолекуле, вызванный приложением механических напряжений. Может протекать в твердом состоянии, растворе, расплаве.
При экструзии механические напряжения в основном воздействуют на расплав полимера. Было высказано предположение, что
линейные макромолекулы ориентируются в направлении сдвига,
напряжения концентрируются в середине цепи. Деструкция не
происходит, если степень полимеризации ниже некоторого критического значения, из-за высокой температуры расплава. Механическая деструкция в расплавах почти всегда сочетается с
термической и, возможно, химической деструкцией.
Химическая деструкция – это процесс, вызванный влиянием
химических соединений, контактирующих с полимером. Такими
соединениями могут быть кислоты, основания, растворители,
химически активные газы и т.д. Во многих случаях из-за высокой энергии активации данных процессов заметное воздействие
на полимер наблюдается при повышенных температурах.
Наличие в полимере воды (плохое качество осушки) при повышенных температурах приводит к гидролизу. Такой тип деструкции имеет место в полиэфирах, полиамидах, полиуретанах и
т.д. Полимеры, для которых характерна сорбция влаги, чаще
всего подвержены гидролизу. Поэтому, как уже отмечалось, перед переработкой полимер следует подвергнуть сушке.
Остаточное содержание мономеров (амины, кислоты, спирты
и т.д.) может привести к химической деструкции полимерных
16
цепей при повышенной температуре (алкоголиз и ацидолиз в
полиэфирах и полиуретанах, аминолиз и ацидолиз в полиамидах
и пр.). Такие полимеры, как ПВХ, ПММА, ПУ, ПЭТФ, имеют
низкую стойкость к кислотам, щелочам при комнатной температуре.
Окислительная деструкция имеет место при повышенных
температурах. Процесс начинается с образования свободных радикалов, которые имеют высокое сродство к кислороду и образуют нестабильные перекисные радикалы. Новые радикалы
взаимодействуют с соседними подвижными атомами водорода с
образованием нестабильных гидропероксидов и новых свободных радикалов, и процесс начинается снова. Это приводит к автокаталитической реакции, т.е. после начала реакции процесс
протекает самостоятельно, без внешнего воздействия. Реакция
заканчивается вследствие исчерпания химических веществ или
же под ингибирующим действием продуктов распада. Для предотвращения реакций окисления вводят специальные антиокислительные добавки – антиоксиданты. Выбор эффективного антиоксиданта имеет важнейшее значение для получения качественного полимерного изделия.
Скорость деструкции зависит:
от времени пребывания и распределения времени пребыва-
-
ния полимерного материала при повышенных температурах;
- от температуры материала и распределения температур по
зонам цилиндра и головки;
- от скорости деформации и ее распределения;
- от присутствия агентов химической деструкции (влага, ос-
таточные мономеры, кислоты и пр.);
- от присутствия антиоксидантов и стабилизаторов.
Первые три фактора определяются геометрической формой
оборудования и условиями переработки. Снижение времени
пребывания полимера в зоне повышенных температур может
быть достигнуто, например, конструкцией шнека с обеспечением максимальной производительности. Низкие температуры и
17
снижение пиковых температур можно достигнуть тем же путем,
чтобы при этом минимизировать удельное потребление энергии.
Следует избегать застойных зон, для этого форма шнека и
фильеры должны быть максимально обтекаемыми. Присутствие
агентов сольволиза (например, кислорода) можно устранить
продувкой азотом. Присутствие в полимере антиоксидантов и
других стабилизаторов – крайне важный аспект выбора материала.
Вопросы для самоподготовки
1) На какие характеристики полимерного материала следует
обратить особое внимание при выборе его для конкретного изделия?
2) Что представляет собой «дерево свойств»?
) Как влияет текучесть полимерного материала на качество
3
готового изделия?
4) Какое влияние оказывает повышенная влажность поли-
мерного материала при его переработке на свойства готового
изделия?
5) Каким образом можно избежать деструкции полимерного
материала при его переработке в готовое изделие?
18
2 ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛЕЙ
ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ НА ВОЗНИКАЮЩИЕ ДЕФЕКТЫ
ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ИЗДЕЛИЙ
Успешная разработка изделий из пластмасс в значительной
степени зависит от комплексного подхода к выбору материала,
конструкции изделия, конструкции оснастки и технологических
параметров процесса. Эти четыре элемента должны рассматриваться совместно.
Правила конструирования пластмассовых деталей, базирующиеся на накопленном опыте, направлены на обеспечение рациональных условий течения материала в пресс-форме при ее
заполнении, повышение точности изготовления изделий,
уменьшение величины внутренних напряжений, короблений и
трещин. Коробление и трещины – наиболее часто встречающиеся виды брака. Они могут появиться значительно позднее, уже в
процессе эксплуатации изделия. Резкое коробление обычно проявляется на больших плоских, не усиленных ребрами жесткости
поверхностях, на разнотолщинных деталях или деталях с односторонней арматурой.
Трещины обычно возникают от неправильного сочетания
пластмассы с металлической арматурой; вследствие усадочных
напряжений, особенно при наличии значительной разницы в
толщинах стенки детали; при отсутствии или неправильном назначении радиусов закруглений; при неправильном назначении
уклона.
Конструкция детали не должна препятствовать течению расплава полимера при заполнении им пресс-формы. Поэтому при
разработке конструкции детали следует стремиться к максимальному упрощению ее формы без ущерба эксплуатационным
свойствам. К упрощению конструкции детали следует стремиться как по технологическим, эксплуатационным, так и по экономическим соображениям. Чем проще деталь, тем дешевле оснастка, выше производительность труда, лучше качество и ниже
стоимость изделия. Детали простой конфигурации изготавлива-
19
ются более высокой точности, чем сложные. Простыми считаются изделия типа плит, у которых габаритные размеры не превышают 80 мм, отношение высоты и длины не более 1:1 и отношение разнотолщинности 2:1, а также изделия, изменяющие
форму тел, с габаритными размерами до 50 мм и отношением
диаметра к высоте не более 1:2. Все остальные изделия считаются сложными. В случае, когда форму детали нельзя упростить, ее необходимо расчленить на более простые, сопрягающиеся между собой элементы с возможностью последующей
сборки.
Внешний вид и точность готового изделия в значительной
степени определяются точностью изготовления и согласованностью размеров сопрягаемых деталей. При строгом соблюдении
геометрии сопрягаемых деталей отпадает необходимость в отделочных работах, связанных с их подгонкой.
Сопрягаемые элементы детали ограничивают жесткими допусками. Конструктор указывает сопрягаемые контуры деталей
на рабочих чертежах отдельной надписью «Сопрягается с деталью». Следует стремиться к тому, чтобы наиболее ответственные или сопрягающиеся впоследствии элементы детали не попадали в плоскости разъема формы, так как на точность размеров детали очень влияет погрешность, сильно зависящая от величины облоя.
Рассмотрим основные требования к конструкции деталей из
пластмасс.
) Условие равностенности. Разнотолщинность стенок по-
1
является преимущественно из-за разной геометрической формы
внутренних и наружных поверхностей. Например, наружная поверхность – шестигранник, а внутренняя – цилиндрическое отверстие (рис.2.1). Наиболее часто это наблюдается при формовании пробок, гаек и кранов.
Для ликвидации разнотолщинности наружная поверхность
гаек может быть выполнена цилиндрической с ребрами жесткости, с помощью которых можно завинчивать изделие. Чтобы в
местах нахождения ребер не возникала разнотолщинность, реб-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]