Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Экзамен.docx
Скачиваний:
142
Добавлен:
19.03.2015
Размер:
2.43 Mб
Скачать

4. Основные этапы производства магнитопластов. Технологическое оборудование и материалы.

Говорить, что либо конкретное о составе композиций и особенно о новых рецептурах и технологиях не принято, так как производители магнитопластов, по понятным причинам, держат эти сведения в секрете друг от друга. В качестве яркого примера достаточно привести пространный доклад автора [9], на XIV Международной конференции по постоянным магнитам в г. Суздаль 2003 г. Мы тоже ограничимся изложением только основных этапов технологии, которое немного приоткроет дверь на « кухню », где готовятся магнитопласты.

Производство магнитопластов – это последовательность технологических процессов, обеспечивающих получение постоянных магнитов с заданными конфигурацией, точностью, эксплуатационными свойствами: магнитными, механическими, химическими, электрическими и др. В условиях массового производства анизотропных магнитопластов для обеспечения высокого качества изделий решают технологические задачи, включающие в себя совокупность вопросов:

  • производство - приготовление анизотропного РЗМ порошка с заданными магнитными свойствами [4],

  • выбор полимера, обеспечивающего стабильность механических характеристик в условиях эксплуатации [10], выбор соответствующих технологических добавок (модификаторов) [7],

  • приготовление композиции с обеспечением качественного диспергирования РЗМ порошка в полимерном связующем [10],

  • проектирование и изготовление пресс - формы для ЛПД композиции в магнитном поле,

  • разработку - определение технологических параметров ЛПД коппозиции,

  • выбор типа оборудования.

В качестве полимерной основы, в магнитопластах, используют высоко технологичные термопластичные массы, с максимально высоким показателем текучести расплава, обладающие высокой смачивающей способностью, а также обладающие высокими эксплуатационными характеристиками: механической прочностью и жесткостью в широком диапазоне рабочих температур (от -60° С до +160° С). Этим требованиям отвечают некоторые марки полиамидов, полиацеталей, полиэфиров и др [6]. Вопрос модифицирования материала для ЛПД технологии особенно актуален, поскольку по мере увеличения доли наполнителя в полимерной матрице, ухудшаются реологические свойства [7] композиции (увеличивается вязкость, ухудшается текучесть) и с некоторого момента литье осуществить просто невозможно. В данном случае реология расплавленной композиции определяется как механизмом взаимодействия поверхности порошинок с полимером, так и реологическими свойствами самого полимера. При взгляде на химическую формулу типичных полимеров (пластических масс), которые используются в производстве литых магнитопластов, например [-NH(CH 2) 6 CO-] n, видно, что это высокомолекулярные соединения, в которых молекулы связаны между собой только в одном продольном направлении. Химические связи эффективно действуют только по длинне полимерных цепочек, а между отдельными цепочками они очень слабые – скорее, физической, чем химической природы, а значит, пригодны для модификации пластификаторами. Действие пластификатора заключающееся в способности нейтрализовать вторичные валентные связи между цепочками молекул и прикрепляться к активным центрам зависит от полярности. Тогда выбор пластификатора и как следствие степень пластикации будет зависеть от молекулярной структуры полимера, а также от силы притяжения между полимерными цепями. В состав пластификатора должен входить один из мономеров полимера. Мономеры пластификатора поглощенные полимером, несомненно пластифицируют последний, снижая интенсивность межмолекулярного взаимодействия, и тем самым облегчают взаимоперемещение цепочек и как следствие увеличивается текучесть, при одновременном снижении температуры и вязкости расплавленной композиции. Чем ближе химическая природа мономера и полимера, тем лучше они совмещаются и тем выше эффект от введения пластификатора. Однако температура плавления пластификатора должна быть несколько ниже, чем у полимера. Другим действием пластификаторов является приобретение полимерной матрицой более плотной упаковки и снижение внутренних напряжений при затвердевании [7].

Улучшению течения композиции также способствуют: увеличение температуры, повышение количества влаги, снижение давления и уменьшение молекулярной массы расплава. Однако с увеличением температуры до некоторой величины, у полимерной матрицы начинается процесс термодеструкции – разложения полимера, т. е. происходит необратимое изменение химической структуры. В случае полиамидной (ПА) матрицы, термодеструкция приводит к сшивке макромалекул, что вызывает увеличение молекулярной массы полимера и как следствие увеличение вязкости раплава и уменьшению текучести. Поцессы сшивания полимерной матрицы сказываются на возникновении анизотропии механических свойств, структурной неоднородности и возникновении внутрених напряжений в магнитопластах, что приводит к короблению и растрескиванию последних спустя несколько дней после изготовления. Для торможения термодеструкции полимерных материалов в них вводят при переработке добавки - с табилизаторы - антиоксиданты, которые перехватывают активные частицы (в первую очередь осколки молекул – атомы, радикалы, ионы), ответственные за деструкцию полимеров [11]. Фенольные антиоксиданты заметно тормозят сшивание ПА, что обнаруживается в улучшении термостабильности расплава. Соединения фосфора и фенольные антиоксиданты в 2-3 раза снижают скорость поглощения О 2 полимером при температурах переработки, что ведет к снижению дестукционных проявлений. Побочное действие добавок проявляется в снижении вязкости раплава, что, вероятно связано с эффектом пластификации. Помимо стабилизации при переработке, добавки заметно повышают ресурс работы материала при температурах эксплуатации [13].

Композицию приготавливают предварительным смешиванием, в определенной пропорции, порошка HDDR, гранул ПА, пластификатора и антиоксиданта. Полученную смесь гомогенизируют в горизонтальном двухшнековом экструдоре - грануляторе, как в наиболее эффективном при производстве высоконаполненных композиций. Принцип работы экструдера заключается в том, что засыпаемая в загрузочное устройство смесь, захватывается вращающимися в обогреваемом цилиндре шнеками и по мере продвижения по цилиндру превращаются в однородную расплавленную массу, которая благодаря большому давлению, создаваемому шнеками в последней зоне цилиндра, выдавливается через сетку в приемное устройство, где режеться на гранулы. Загрузочная камера цилиндра шнеков должна дополнительно иметь мешалку, помогающую шнекам захватывать максимальное количество материалов и предотвращать оседание тяжелого и мелкого РЗМ - порошка на дно камеры. Шнеки являются главными рабочими механизмами экструдера, и выполняют одновременно функции шнекового транспортера, смесителя и винтового насоса.

Конструктивно шнеки экструдера, как правило, состоят из двух пустотелых валов, расположенных параллельно в горизонтальной плоскости и вращаются в одну сторону. На валу собрана рабочая часть шнека, состоящая из 5-6 трехзаходных шнековых секций, имеющих различный шаг, и 3-4 комплектов смесительных кулачков. Смесительные кулачки имеют форму равносторонних сферических треугольников, и в местах соединения со шнековыми секциями составляют как бы продолжение нарезки шнеков. Кулачки устанавливаются на шнековые валы так, что углы их треугольников смещены относительно друг друга на 30 градусов, вследствие чего весь комплект представляет собой как бы секцию трехзаходного шнека. Охлаждение шнеков производиться водой, подаваемой внутрь полых валов. Шнековые насадки в процессе работы интенсивно перемешивают и проталкивают материал по цилиндру, а рабочие кулачки соседних валов очищая друг друга перетирают материал исключая образование комков РЗМ порошка, и способствуют более интенсивному удалению летучих. Для еще более интенсивного перемешивания материала в зонах, где гранулы частично уже расплавлены, а часть их еще только прогрета (не успела расплавиться), устанавливают дополнительные комплекты смесительных кулачков, а участки шнековых насадок, на одном из валов, перед смесительными кулачками выполняются с более мелким обратным шагом нарезки. Благодаря такой конструкции всех элементов шнека - в цилиндре нет ни одного участка, где бы наблюдался застой перерабатываемого материала [12].

К материалам шнеков и рабочему цилиндру предъявляются высокие требования по износостойкости. Шнеки работают в тяжелых условиях непрерывного трения о гильзу цилиндра и перерабатываемый материал, а также в постоянном режиме передачи значительных крутящих моментов. В перерабатываемом композиционномматериале наполнитель (РЗМ - порошок) при своем перемещении выступает в качестве абразива по отношению к рабочим поверхностям экструдера. Абразивное воздействие материала вызывает износ витков шнека, который усугубляется воздействием высоких температур (200-250 ° С). Использование в качестве материала шнеков стали 38 ХМЮА и стали ШХ 15 для цилиндра – не дают, в данном случае, удовлетворительных результатов по износостойкости. Несколько лучшие результаты показывают шнеки по наружному диаметру гребней которых, наплавляют слой стеллита. Наилучшей износостойкостью обладает пара шнек - гильза из твердых сплавов - т. н. бронированные пары.

Конструкция стандартного термопластавтомата при производстве литых магнитопластов принципиально не меняется. Есть некоторые особенности в конструкциях пресс - форм и оснастке, которые будут рассмотрены ниже.