Методы переработки реактопластов. Классификация. Области применения

Физические и диэлектрические  свойства слоистых пластиков зависят  в основном от типа используемого  полимерного связующего.

Пластик на основе бумаги – гетинакс – применяют в качестве электро-изоляционного материала, работающего длительно при температурах от –65 до +105°С, а также как конструкционный и декоративный материал. Гетинаксы широко применяют в электрических машинах, трансформаторах (в качестве высоковольтной изоляции) и других аппаратах, при производстве телефонной арматуры, в радиотехнике (для изготовления печатных схем). Из гетинакса изготавливают панели, щитки, прокладки, крышки, шайбы, малонагруженные изделия и т. д.

Древесно-слоистые пластики (ДСП) используют при изготовлении мебели, для внутренней облицовки пассажирских поездов, судов, самолетов, при строительстве – в качестве облицовочного материала.

ДСП обычно изготавливают  в форме плит или тонких листов. Их получают горячим прессованием лущеного древесного шпона, пропитанного полимерным связующим. При производстве ДСП  чаще используют березовый или буковый  шпон, в качестве связующего используют водно-спиртовые растворы олигомеров. Древесно-слоистые пластики выпускают  различных марок и маркируют  ДСП-А, ДСП-Б, ДСП-В и т. д. Они различаются  направлением волокон шпона в  различных слоях. В ДСП-А –  во всех слоях волокна шпона расположены  параллельно (иногда четыре слоя с параллельным расположением волокон чередуются с одним слоем, повернутым на 20 – 25°). В ДСП-Б расположение слоев  смешанное. Через каждые 5 – 20 слоев  с параллельным расположением волокон  укладывают слой, повернутый на 90°. В  ДСП-В осуществляется звездообразная укладка слоев, при которой соседние слои волокон смещают на 30°. Максимальной прочностью в продольном направлении (  = 280 МПа) обладает ДСП-А. ДСП-Б имеет прочность, одинаковую во взаимно перпендикулярных направлениях (140 МПа).

ДСП обладают хорошими антифрикционными свойствами. В некоторых случаях  они заменяют высокооловянистую бронзу, баббит, текстолит. Химическая стойкость ДСП не очень высока, но выше, чем у обычной древесины. Теплостойкость ДСП достигает 140°С. Их недостатком является набухание, обусловленное поглощением воды.

Пластики на основе хлопчатобумажных тканей – текстолиты – применяют для изготовления различных конструкционных деталей, электроизоляционного материала, вкладышей подшипников прокатного оборудования, прокладок, герметизирующих фланцевые соединения. Текстолитовые детали могут работать не только в воздушной среде, но и в масле, керосине или бензине и т. д. Текстолит производят в виде листов, плит, стержней и трубок. Температура эксплуатации изделий из текстолита от –60 до +60°С.

Стеклотекстолитами называют слоистые пластики на основе тканых стекловолокнистых материалов. Они характеризуются высокой тепло- и хладостойкостью, стойкостью к действию окислителей и других химически активных реагентов, высокими механическими свойствами. Стеклотекстолиты применяют для изготовления крупногабаритных изделий, радиотехнических и электроизоляционных деталей, длительное время работающих при температуре 200°С и кратковременно – при 250^оС. Стеклопластики являются конструкционными материалами, применяемыми для изготовления силовых изделий в различных отраслях техники (несущих деталей летательных аппаратов, кузовов и кабин машин, железнодорожных вагонов, корпусов лодок, судов и т. п.).

В таблице приведены свойства, области применения и интервал рабочих  температур некоторых термореактивных  пластмасс.

 

Классификация методов  переработки пластических масс.

Всякий синтетический полимер  не имеет практической ценности до тех пор, пока каким-либо методом  переработки ему не будет придана  какая-либо форма.

В основном имеют дело с тремя  типами процессов:

-синтез ВМС или полимеров  из соответствующих мономеров

-приготовление пластических масс  на основе полимеров

-переработка пластических масс  в изделия

Переработка пластических масс - это  комплекс процессов, обеспечивающих получение  изделия или полуфабрикатов из пластмасс  с заданными свойствами на специальном  оборудовании.

Область переработки пластмасс  охватывает следующие основные направления:

1. Выбор оптимального метода переработки и условий его осуществления

2. Разработка наиболее пригодной для данного метода рецептуры материала и его приготовления

3. Подготовка полученного материала у формованию (гранулирование, таблетирование и т. д.)

4. Проектирование изделий из пластмасс и проектирование формующего инструмента (пресс-форм, литьевых форм, головок экструдеров, для выдувных и вакуум-формовочных изделий)

5. Процесс формования изделий с заданными эксплуатационными характеристиками

6. Последующие виды обработки изделий с целью улучшения их свойств (термообработка, радиационное сшивание, декоративная обработка, металлизация и т.п.)

Первыми приёмами переработки были прессование, выдавливание. Существуют и специальные методы обработки: каландрование, вакуумформование.

Для выбора оптимального метода применяется  специальная классификация метода, основанная на свойствах материала  в исходном состоянии:

1. Методы переработки материалов, основу которых составляют высокомолекулярные соединения:

а)  формование изделий из полимеров, переведённых нагреванием в вязкотекучее состояние (литьё под давлением, экструзия, прессование термопластов);

б) формование изделий из полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии. Обычно для переработки этим методом используются листы или планки (вакуумформование, формование сжатым воздухом или пневмоформование, вакуумпневмоформование, штампование, каландрование);

в)  формование изделий из полимеров, находящихся в твёрдом или аморфном состоянии (все методы обработки всеми видами резания);

г)  формование изделий из полимеров в области вынужденной высокоэластичности(путём нагрева) (прокатка, волочение);

д) формование изделий и заготовок с использованием растворов и дисперсий полимеров (получение плёнок методом полива, изготовление изделий окунанием формы, центробежное формование пластизолей);

е)  переработка порошков спеканием:

1.     в динамическом состоянии или центробежное литьё

2.     в статическом состоянии (вихревое напыление, вибрационное, вибровихревое, пламенное, напыление в электростатическом поле, плазменное)

ж) переработка политетрафторэтилена путём таблетирования порошков на холоду под давлением с последующим спеканием;

з)   ротационное формование порошков;

и)  методы сварки и спаивания изделий из пластмасс:

1.     горячим воздухом

2.     нагретым инструментом

3.     с применением присадочного материала

4.     трением

5.     в поле токов высокой частоты

6.     ультразвуком

7.     инфракрасная сварка

2. Методы переработки реактопластов, основу их составляют реакционноспособные олигомерные соединения, которые превращаются в полимеры в процессе формования:

а)     компрессионное прессование

б)    литьевое или трансферное прессование

в)     литьё под давлением реактопластов

г)     литьё без давления в форму

д)    непрерывное выдавливание или экструзия

3.    методы  формования крупногабаритных армированных изделий (контактное формование, напыление и т.д.)

4.    методы изготовления изделий непосредственно из мономеров или материалов на их основе, метод полимеризации в форме (литьё без давления)

5.    особую группу составляют методы вспенивания материалов. Это композиции заливочного типа, беспрессовый метод изготовления, масштабное формование или прессовый метод. При формовании пеноматериалов используются методы экструзии, в некоторых случаях комбинированное формование, представляющее собой сочетание нескольких методов в едином потоке.

В промышленности чаще всего используются методы переработки полимеров или  олигомеров. В настоящее время  используется экструзия, литьё под  давлением, механопневмоформование, прессование.

Методы литья под давлением. Позволяет изготавливать изделия из термопластов массой от 1 гр до 50 кг. Они отличаются высокой степенью автоматизации, машины управляются ЭВМ. Процессы отличаются высокой автоматизацией. Позволяют получать многоцветные и пористые с переменной плотностью по сечению, многослойные изделия. Недостатками этого метола является высокая стоимость формующего инструмента; невысокая производительность при изготовлении армированных изделий, изделий сложной конфигурации. Литьё реактопластов применяется реже. Пластикация обеспечивает большее отверждение.

Экструзия. Позволяет получать плёнки, профильные изделия разнообразных видов, листы, трубы, шланги, сетки, объёмные выдувные изделия. Вес 1 м погонного составляет от нескольких граммов до  100 кг. Получают вспененные изделия, многослойные изделия. Производительность 1-1,5 т/ч. Процесс автоматизирован. Недостаток: сложность управления производством.

Прессование. Появились автоматизированные роторные линии, ротационные пресс-автоматы, непрерывные прессовые линии, что повышает производительность. Недостаток: низкая производительность, сложно автоматизировать процесс.

Механопневмоформование. Позволяет изготавливать изделия из листовых и плёночных заготовок. Изделия мелко- и крупногабаритные. Достоинство: невысокая стоимость формующего инструмента, лёгкость автоматизации, производство можно организовать как непрерывный процесс. Недостатки: большое количество отходов, точность изделий низкая.

 

 

Методы переработки реактопластов.

 

Наиболее распространенным способом переработки реактопластов является прессование их на вертикальных гидравлических прессах с отверждением непосредственно  в рабочей зоне пресса. Это обстоятельство существенно влияет на производительность оборудования, особенно при прессовании  толстостенных изделий. Цикл прессования  может составлять до 10 мин, а производительность - несколько запрессовок в час. Поэтому проводится работа по сокращению времени цикла и повышению производительности процесса.

Это достигается применением таблетированного материала, предварительного подогрева, подпресовок и других приемов. Кроме этих классических приемов внедряются и новые - внедряются ускоренные циклы прессования, - сущность которых заключается в предварительном нагреве реактопластов до повышенной температуры (150-155 ⁰С). Такой метод позволяет повысить производительность оборудования в несколько раз.

Другим важнейшим направлением является трансферное прессование с применением предварительной червячной пластикации, когда в форму поступает пластифицированный материал. Применение таких установок позволяет полностью автоматизировать процесс. При этом исключаются операции дозирования, таблетирования, улучшаются условия работы персонала и значительно повышается производительность.

Повышению производительности способствует также применение многогнездных  и многоэтажных пресс-форм (двух-, трехэтажные).

Значительного повышения производительности можно добиться использованием ротационных  прессов-автоматов и автоматических роторных линий (рис.). Роторная линия состоит из ряда последовательно расположенных роторов, на которых последовательно выполняются операции дозирования, таблетирования, предварительного подогрева, прессования и механической обработки. Роторные линии применяются для изготовления тонкостенных изделий и изделий массового потребления.

 

 

 

Схема роторной линии: 1 - лоток-конвейер, 2, 4, 6, 9 - транспортные роторы, 3,5 - роторы мехобработки, 7 - ротор прессования, 8 - ротор предварительного нагрева, 10 - ротор дозирования и таблетирования 

При формовании толстостенных изделий  вследствие значительного времени  выдержки применение таких линий  становится нецелесообразным, т.к. требуется  установка большого количества прессующих цилиндров по периметру ротора прессования, и в предельном случае установка  становится неконструктивной.

Решение этого вопроса становится возможным при использовании  автоматизированных линий, работающих на принципе выносных пресс-форм, - установок  непрерывного прессования (рис.). Принцип  работы таких установок заключается  в следующем: установка снабжается комплектом пресс-форм, перемещающихся по горизонтальному замкнутому конвейеру, и двумя прессами - закрывающим  пресс-форму и раскрывающим ее. При  работе установки к раскрывающему  прессу происходит ее раскрытие.

 

 

Схема установки непрерывного прессования: 1 - раскрывающий пресс, 2 - позиция выгрузки, 3 - позиция чистки, 4 - позиция загрузки, 5 - закрывающий пресс, 6 - позиции  выдержки под давлением, 7 - конвейер

Далее раскрытая пресс-форма с  отформованными изделиями подается на позицию выгрузки, конвейер останавливается, и происходит выталкивание изделий. Затем форма перемещается в позицию  очистки, где обдувается сжатым воздухом и при необходимости в нее  подается технологическая смазка. В  следующей позиции осуществляется загрузка формы материалом, который может быть предварительно подогрет в поле ТВЧ. Загруженная материалом форма перемещается к закрывающему прессу, где происходит ее закрытие и фиксации полуформ в таком положении. Далее замкнутая пресс-форма в течение определенного времени, соответствующего времени выдержки под давлением, перемещается по направляющим шагового конвейера. Подпрессовки в данном случае не применяются. Обогрев пресс-формы осуществляется электронагревателями.

Список литературы.

1. «Материаловедение и технология металлов»  Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин, В.С. Гаврилюк, В.С. Соколов, Н. Х. Соколова, Л. В. Тутатчикова, И. П. Спирихин, В. А. Гольцов.
2. Конспект лекций по дисциплине «Новые материалы в металлургии» / Авт. Зборщик А.М. «ДонНТУ», 2008.
3. http://plastichelper.ru
4. http://ru.wikipedia.org