УМК МАХП - 2 ч. Жаркова, Митинов

Указанные различия в длине пути потока расплава влияют на дав- ление, температуру и вязкость полимера. Если не предусмотреть специ- альных мер, то после прохождения поворота может иметь место нерав- номерность соответствующих характеристик массы в плоскости, перпен- дикулярной к направлению ее движения. Это вызывается тем, что давле- ние на выходном конце внутренней дуги поворота оказывается всегда бо- лее высоким, чем на выходном конце внешней дуги. В результате этого экструдируемое изделие будет искривляться или иметь большую толщи- ну стенки со стороны внутренней дуги поворота.

Проблема поворота потока расплава может быть практически ре- шена при применении угловой головки (рис. 6). Поток расплава полимера поступает из кольцевого сборного канала в концентрическую щель мундштука через скошенную щель регулируемой толщины.

Рис. 6. Головка для получения трубчатой заготовки со скошенным кону- сом и составным дорном:

1 – дорн; 2 – наконечник дорна; 3 – мундштук; 4 – корпус головки; 5 – гайка регулирования зазора;

а – канал для подвода расплава; б – сборный канал; в – конический кольцевой канал; г – выравнивающий канал; д – формующий зазор; е – канал для подвода сжатого воздуха

Настройка достигается одноосным перемещением соответствую- щих деталей головки.

Общие принципы, которыми руководствуются при конструировании экструзионных головок, сводятся к следующему. Внутренние полости, по

191

которым течет расплав полимера, должны обеспечивать его равномерный поток, без резких переходов, без наличия «мертвых» зон (застойных про- странств), которые могут привести к перегреву и даже разложению поли- мера, и иметь высокое качество чистоты обработки поверхности.

При изготовлении объемных изделий раздуванием из полимерных заготовок применяются формы из двух половин. Каждая полуформа име- ет полость для формования изделия. Основным назначением формы в производстве изделий методом раздувания является оформление изделий. Однако форма выполняет и ряд других функций: зажим заготовки пресс- кантами, калибровку горловины изделия ниппелем и пресс-кантами, ре- гулировку направления подачи воздуха для раздувания, заварку отвер- стий, удаление облоя и т.д. Для обеспечения точного смыкания раздув- ных форм в них предусматриваются направляющие колонки.

Для изготовления форм применяют самые различные материалы – сталь, бронзу, цинк, но во всех случаях пресс-канты делают из стали. Экспериментальные формы можно изготавливать из гипса или дерева. В настоящее время для изготовления выдувных форм широко применяют наполненные полиэфирные, фенольные и эпоксидные смолы. Изготов- ленные из таких материалов формы имеют сравнительно гладкую рабо- чую поверхность, благодаря чему формуемые в них изделия практически не нуждаются в дополнительной обработке. Эти формы легко ремонти- руются и значительно дешевле металлических. К их недостаткам отно- сится меньшая теплопроводность и меньший срок службы по сравнению с металлическими. Поэтому их применяют обычно для изготовления мелких серий и опытных образцов изделий.

На качество изделия влияет температура формы, которая регулиру- ется системой охлаждения.

Приемные устройства раздувных агрегатов выполняют следующие технологические и вспомогательные операции: перемещение форм к фор- мующему инструменту на прием заготовки; смыкание раздувных форм; запирание форм; отрезку заготовки у экструзионной головки; подачу воз- духа для раздувания заготовки; отвод формы от формующего инструмен- та; охлаждение изделия; размыкание формы и съем готового изделия.

По способу смыкания полуформ выдувные машины разделяют на машины с плоскопараллельным смыканием форм, в которых полуформы устанавливаются на подвижные плиты, перемещающиеся по цилиндри- ческим направляющим, и машины с шарнирным механизмом смыкания форм (книжного типа). Предпочтительным является плоскопараллельное смыкание полуформ. По роду привода приемные устройства подразде-

192

ляются на гидравлические и пневматические. Гидропривод современных раздувных агрегатов в основном подобен гидроприводу литьевых машин.

Цикл работы экструзионно-выдувного агрегата состоит из следую- щих стадий: экструзия заготовки, смыкание формы и заваривание до- нышка, раздув заготовки, охлаждение изделия, раскрытие формы и уда- ление из нее готового изделия. Суммарная продолжительность цикла оп- ределится как сумма продолжительности всех его стадий. Длина заготов- ки выбирается примерно на 15 % больше, чем длина изделия. Такое уве- личение длины делается с расчетом на формирование донышка будущего изделия. Наружный диаметр заготовки определяется выбранным коэф- фициентом раздува, а знание массы заготовки позволит определить про- изводительность.

Наличие движущихся частей агрегата предопределяет необходи- мость оснащения выдувных агрегатов защитным ограждением. При от- крытом ограждении не должно происходить смыкания и размыкания раз- дувных полуформ. Сжатый воздух можно подавать в форму только после надежного зажатия заготовки полуформами.

Оборудование и материалы: лабораторный экструдер; набор трубных экструзионных головок; раздувные формы; гранулированные полимеры.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с конструкцией экструзионно-выдувного агрегата.

2.Выбрать необходимую для выполнения задания преподавателя экструзионную головку и установить ее на экструдере.

3.Выбрать полимер для раздува и назначить технологический ре- жим его переработки.

4.Установить температурный режим по зонам экструдера и разо- греть зоны до заданной температуры.

5.С соблюдением правила техники безопасности включить привод экструдера и отформовать изделие.

6.Извлечь изделие из формы, удалить облой, провести визуаль- ный осмотр изделия.

Содержание отчета

Название и цель работы. Краткие сведения о технологии раздува термопластов. Перечень оборудования. Порядок операций подготовки и проведения процесса раздува. Технологический режим раздува выбран- ного полимера. Выводы по результатам анализа полученных образцов.

193

Контрольные вопросы

1.Дайте определение процесса раздува.

2.Перечислите оборудование, входящее в состав экструзионно- выдувного агрегата.

3.Какие параметры процесса раздува влияют на качество раздув- ных изделий?

4.Чем вызывается разнотолщинность изделий?

5.Опишите конструкцию угловой экструзионной головки.

6.Опишите конструкцию прямоточной экструзионной головки.

7.Перечислите технологические операции получения изделий ме- тодом экструзионного раздувного формования.

8.Опишите конструкцию узла раздува.

Литература

Калинчев, Э.Л. Выбор пластмасс дли изготовления и эксплуатации изделий: справ. пособие / Э.Л. Калинчев, М.Б. Саковцева. – Л.: Химия, 1987. – 416 с.

Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРОВ НА ИХ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОСТЬ

Цель работы: ознакомление с методикой определения реологиче- ских характеристик полимеров с использованием вискозиметров посто- янного давления.

Общие сведения

В технологии полимерных материалов можно четко выделить группу эксплуатационных, определяющих выбор полимера для использо- вания в том или ином изделии и группу технологических, характеризую- щих перерабатываемость полимеров тем или иным способом, свойств. Среди достаточно большого перечня технологических свойств, влияю- щих на производительность процесса, качество изделий и определяющих саму возможность переработки, особое место занимают реологические свойства, описывающие поведение расплавов или растворов полимеров в сдвиговом силовом поле.

Так как важнейшие способы переработки полимеров связаны с формообразованием изделий в вязко-текучем состоянии, необходим по-

194

195

Наибольшее распространение для оценки вязкости расплавов по- лимеров получили вискозиметры (экструзионные пластометры) постоян- ного давления (рис. 8), в которых постоянное напряжение сдвига (посто- янное давление) обеспечивается стандартным грузом, а измеряется мас- совый расход полимера через капилляр стандартного размера.

Рис. 8. Экструзионный пластометр ИИРТ:

1 – штурвал; 2 – груз; 3 – шток; 4 – камера прибора; 5 – электронагреватель; 6 – тепло- изоляция; 7 – опора; 8 – капилляр; 9 – ящик инструментальный; 10 – зеркало; 11 – фикса- тор капилляра; 12 – стойка

Определяемый на приборе со стандартизированными размерами массовый расход расплава полимера в граммах за 10 минут называют по- казателем текучести расплава (ПТР) и, очевидно, что его величина обрат- но пропорциональна вязкости. Температура испытания для каждого тер- мопласта выбирается в зависимости от его технологических свойств. Не- обходимое давление на материал создается с помощью поршня и груза, регламентируемого нормативным документом.

Испытание проводят с кондиционированным, обычно гранулиро- ванным, полимером. Порцию полимера (около 10 г) через воронку загру- жают в камеру разогретого до заданной температуры прибора и выдер- живают в течение 4 минут. После плавления полимера шток с грузом снимают с фиксатора, и материал начинает выдавливаться через капил- ляр. В нижней части прибора специальным ножом через заданные про- межутки времени (10 – 20 с) срезают отрезки экструда для последующего взвешивания на аналитических весах с точностью до 0,001г. Показатель текучести расплава определяют по формуле:

196

Определив ПТР в широком диапазоне нагружения, легко получить кривые течения в координатах γ′ − τ. Формулы для перевода результатов

определения ПТР в систему: скорость сдвига – напряжение приведены ниже.

Показатель текучести расплава полимера и кривую течения в ши- роком диапазоне напряжений важно знать для выбора оптимального ре- жима переработки материала (температура, давление, скорость экструди- рования и др.).

Оборудование и материалы: экструзионный пластометр ИИРТ; аналитические весы; секундомер; набор полимеров.

Порядок выполнения работы

1.Изучить конструкцию пластометра ИИРТ.

2.Установить с помощью регулятора температуру определения реологических характеристик для выбранного полимера.

3.Провести испытания по определению ПТР с различными грузами.

4.По полученным данным построить кривую течения в координа- тах γ′ − τ.

5.Определить удельные энергозатраты по экструзии полимера по всем полученным экспериментальным точкам.

6.Сделать выводы по результатам расчетов.

Содержание отчета

Название и цель работы. Краткие сведения о реологическом пове- дении полимеров и способах его описания. Перечень оборудования. Про- токол проведения анализов с результатами. Кривая течения исследуемого полимера. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1.Что такое реологическое поведение расплава полимера?

2.Что такое неньютоновские жидкости?

197

3.Какими способами определяют вязкостные характеристики жид-

костей?

4.Опишите принцип работы капиллярного вискозиметра.

5.Что такое аномалия вязкости полимеров?

6.Как можно в технологии переработки полимеров использовать аномалию вязкости?

7.Каким способом можно описать реологическое поведение рас- плава полимера?

Литература

1.Практикум по технологии переработки пластических масс / под ред. В.М. Ви- ноградова, Г.С. Головкина. – М.: Химия, 1980.

2.Калинчев, Э.Л. Выбор пластмасс дли изготовления и эксплуатации изделий: справ. пособие / Э.Л. Калинчев, М.Б. Саковцева. – Л.: Химия, 1987. – 416 с.

3.Богданов, В.В. Методы исследования технологических свойств пластмасс / В.В. Богданов. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1978. – 176 с.

Лабораторная работа № 6 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИНОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Цель работы: ознакомить студентов с оборудованием и технологи- ей производства резиновых технических изделий; составить технологи- ческую карту процесса и выбрать рецептуру для изделия на основе син- тетического каучука.

Общие сведения

Резиновые технические изделия получают в результате вулканиза- ции предварительно приготовленных резиновых смесей, содержащих каучук, вулканизующую систему, наполнители, пластификаторы, антиок- сиданты и другие ингредиенты. Варьированием качественного и количе- ственного состава резиновой смеси можно получать материалы, сущест- венно различающиеся по физическим и эксплуатационным свойствам. Так, например, введение в резиновую смесь 3 массовых частей серы на 100 частей каучука позволяет получить эластичную резину, а 30 частей – эбонит.

Резиновую смесь, как правило, приготавливают на резиносмесите- лях периодического типа или вальцах (рис. 9). Для этого на весах, обес- печивающих необходимую точность, отвешивают компоненты, согласно

198

выбранной рецептуре. После чего в определенной последовательности их загружают в резиносмеситель или вальцы. В процессе смешения следует контролировать температуру смеси, чтобы не допустить преждевремен- ной вулканизации. Процесс смешения ведут до получения однородной массы.

Из приготовленной и охлажденной резиновой смеси одним из из- вестных методов формования (прессование, каландрование, литье под давлением, экструзия) изготавливают заготовку, которая подвергается вулканизации. Вулканизация – завершающий технологический процесс в производстве резиновых изделий, при котором в каучуке образуются по- перечные химические связи, и возникает трехмерная сетка. В состав вул- канизующей системы обычно входит сера или перекись, ускорители и ак- тиваторы вулканизации. При вулканизации заготовка нагревается до тем- ператур, обеспечивающих протекание химических реакций. При этом должны быть созданы условия, обеспечивающие сохранение формы из- делия. В зависимости от назначения изделия, вида используемого сырья и выбранной вулканизующей системы вулканизация может осуществляться периодически и непрерывно.

Рис. 9. Лабораторные вальцы:

1 – валок; 2 – станина; 3 – винт регулировки зазора; 4 – рама; 5 – подшипник подвижный; 6 – зубчатое колесо привода; 7, 10 – неподвижный подшипник; 8 – крышка подшипников; 9 – ограждение рабочей зоны

Периодические процессы проводят в прессах (с электрическим или паровым обогревом), котлах и литьевых машинах. Непрерывные процес- сы реализуются на ротационных машинах с обогреваемыми барабанами, в расплавах солей, в псевдоожиженном слое и при нагреве в СВЧ- вулканизаторах.

199

Оборудование и материалы: лабораторные вальцы; электрообог- реваемый пресс; весы рычажные; металлические пресс-формы или рамки; каучук СКЭПТ-60; бутилкаучук; оксид цинка; стеарат цинка; стеарин; сера; каптакс; технический углерод.

Порядок выполнения работы

1.Изучить конструкцию оборудования для изготовления резино- вых смесей и для прессования.

2.По заданию преподавателя выполнить эскизы узлов.

3.Выбрать рецептуру резиновой смеси для получения заданного резинового технического изделия.

4.По выбранной рецептуре приготовить навески ингредиентов ре- зиновой смеси.

5.На предварительно очищенных лабораторных вальцах устанав- ливается требуемый зазор (1 – 4 мм). Загружается порция кау- чука и производится его пластикация, после чего в смесь вво- дятся остальные ингредиенты. Смешение продолжается до по- лучения однородной массы. При этом контролируется темпера- тура смеси. Ориентировочная длительность процесса смешения

– 10 – 15 мин.

6.От полученной резиновой смеси отделяется порция материала и помещается в рамку или пресс-форму предварительно нагретого до заданной температуры пресса. Плиты пресса смыкаются под давлением. Рекомендуемые режимы прессования пластин тол- щиной до 2 мм из эластичных резин – 15 мин при 150 ° С, эбони- та – 20 мин при 140 ° С.

7.По окончании процесса прессования плиты пресса размыкают- ся, изделие извлекается, удаляется облой и производится визу- альный контроль на наличие дефектов.

Содержание отчета

Название и цель работы. Краткие сведения о технологии получения резиновых технических изделий. Перечень оборудования и рецептурный состав резиновой смеси. Эскиз узлов оборудования для получения рези- новых технических изделий. Порядок операций подготовки и проведения процесса получения резиновых технических изделий с указанием техно- логических параметров. Выводы по результатам анализа полученных об- разцов.

200