21 Основні параметри процесу екструзії

Экструзионное формование методом в себя все возможные способы формования, которые сводятся к продавливанию расплава через фильеру. К этой группе относится формование волокна из расплава, экструзия пленок и листов, труб, шлангов и профилей, нанесение изоляции на провода и кабели. Это непрерывные процессы.

Основные параметры процесса подготовки расплава, которые нас интересуют: профиль крутящего момента и его суммарное значение; потребляемой мощности; профиль бокового давления, его максимум и значение на входе в головку; осевое давление (усилие) червяка; температура расплава; производительность экструдера.

При определении функциональных зон подготовки расплава и решении их математических моделей достаточно эффективным является использование метода ступенчатой аппроксимации. Сущность метода заключается в том, что процесс экструзии рассматривается как сумма последовательно расположенных достаточно малых элементов объема (участков), в границах которых ряд параметров принимается постоянными, а их изменение происходит скачками на границах раздела этих элементов. Значения входных параметров участка приравниваются выходным параметрам предыдущего участка.

Расчеты параметров экструзии по своему характеру делятся на проектные и поверочные. Задачей проектного расчета является выбор основных параметров оборудования, а также внешних факторов режима экструзии в зависимости от перерабатываемого материала и вида изделия в соответствии с производительностью процесса.

При поверочном расчете оборудования исследуются технические его возможности и направления вероятной доработки предложенной конструкции, технологии. Элементом такого расчета является построение внешних характеристик червяка, представляющих собою взаимосвязь давления в расплаве перед головкой с объемной производительностью при разной частоте вращения червяка, с учетом теплового режима переработки.

Для первого приближения проектного расчета в качестве исходной базы используются известные конструктивные и технологические рекомендации, накопленный практический опыт, методы моделирования. Так, например, к внешним факторам относятся тепловые режимы (нагрев – охлаждение) по зонам экструдера и головки, частота вращения червяка n. Температурный режим нагрева определяется по термомеханическим кривым полимера, а каждый из полимеров имеет оптимальный диапазон градиента скорости сдвига в канале червяка дозировочной зоны, что позволяет по рекомендованному определить n

,

где D – диаметр червяка, мм; h – глубина канала червяка, мм.

По результатам первого приближения выполняется поверочный расчет с определением производительности и других технологических характеристик процесса, производится их сравнение с заданными. При необходимости расчетный цикл повторяется (второе приближение, вторая поверка).

22 Модифікування властивостей сумішей полімерів наповнювачами, пластифікаторами та іншими добавками

Наполнение полимеров – это их сочетание с твердыми, жидкими и газообразными органическими и неорганическими веществами, которые распределяются в непрерывной фазе полимера (матрице) с образованием гетерофазной системы с выраженной границей раздела фаз.

Введение наполнителей дает возможность повышать или снижать текучесть полимера, улучшать формуемость и формоустойчивость изделий; снижать термическую и временную усадку; изменять тепловое расширение, горючесть, физико-механические и другие свойства полимеров и, соответственно, пластмасс на их основе.

Выпускаемые промышленностью наполнители можно разделить по размерам и структуре на четыре основных вида: дисперсные (порошкообразные); волокнистые (волокна, нити, жгуты и т. д.); листовые (пленочные) с заданной структурой (ткани, бумага, ленты, листы, пленки, сетки); объемные (каркасные) с непрерывной трехмерной структурой (объемные ткани, нетканые материалы, войлок, скелетные и пористые каркасы).

Пластификация полимеров

Одним из важнейших методов структурной модификации полимеров является пластификация – практический прием введения в полимеры пластификаторов, низкомолекулярных или олигомерных веществ, улучшающих эластичность и морозостойкость материалов, а также облегчающих их переработку. Физико-химическая сущность пластификации состоит в изменении вязкости системы, увеличении гибкости молекул и подвижности надмолекулярных структур, что и приводит к повышению температур стеклования и текучести, а также к изменению всех свойств материалов – прочности, диэлектрических потерь, хрупкости и т.д.

Химическое строение, структура и физическое состояние полимера и пластификатора влияют на их совместимость, на процесс пластификации и его эффективность. Наибольший эффект достигается при пластификации аморфных полимеров. В кристаллизующихся полимерах пластифицируется только аморфная часть, и эффективность пластификации зависит от степени кристалличности. Пластификация полимеров сетчатой структуры (реактопластов, сшитых термопластов, вулканизатов) определяется параметрами их структуры. При невысокой степени сшивания полимер способен удерживать большое количество пластификатора, и эффективность пластификации достаточно высока. С увеличением степени сшивания эффект пластификации снижается вследствие ограничения растворимости пластификатора в полимере, а также из-за уменьшения подвижности сегментов макромолекул между узлами сшивки.

Пластифицированные полимерные материалы выпускаются промышленностью в виде пластизолей и пластикатов. Пластизоли представляют собой концентрированные дисперсии полимеров в пластификаторах, а пластикаты – термопластичные полимерные материалы, полученные при пластикации полимера с пластификатором.

В зависимости от совместимости и распределения пластификатора в полимере различают пластификацию молекулярную (неограниченная смешиваемость полимера с пластификатором) и пластификацию ограниченно совместимыми пластификаторами. При молекулярной пластификации пластификатор, введенный в полимер, уменьшает межмолекулярное взаимодействие в полимере, увеличивает гибкость и подвижность макромолекул. Это приводит к снижению температур стеклования, текучести и хрупкости, а также вязкости, прочности, твердости и теплостойкости полимера при одновременном увеличении эластичности, деформации и ударной прочности. В тех случаях, когда стремятся улучшить перерабатываемость полимеров без снижения физико-механических характеристик готовых изделий, используют так называемую временную пластификацию.