Технология производства полимеров. Литьевые машины. Производство целлюлозы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра КТЭ

Реферат

Тема: «Технология производства полимеров. Литьевые машины. Производство целлюлозы»

Выполнил: студент группы КТЭИ-11-1б

Усочич Олег Иванович

Проверил: доцент кафедры КТЭ

Зиннатуллин Ренат Раилевич

Пермь, 2013

Введение

Цель работы:

1. Изучить технологию полимеризации эфиров, акриловой и метакриловой кислот.

2. Рассмотреть литьевые машины и экструдеры, изучить конструирование и расчет их основных узлов и деталей. Рассмотреть контроль качества полуфабрикатов и готовых изделий.

3. Изучить сырье и полуфабрикаты применяемые в производстве бумаг и картонов. Рассмотреть производство целлюлозы.

1. Технология полимеризации эфиров акриловой и метакриловой кислот

Полимеры производных акриловой и метакриловой кислот или так называемые полиакрилаты представляют собой обширный и разнообразный класс полимеризационных полимеров, широко применяющийся в технике.

Значительная асимметричность молекул акриловых и метакриловых эфиров определяет их большую склонность к полимеризации.

Полимеризация имеет цепной радикальный характер и проходит под действием света, тепла, перекисей и других факторов, инициирующих рост свободных радикалов. Чисто термическая полимеризация протекает очень медленно, и этот способ применяют редко. Обычно полимеризацию проводят в присутствии инициаторов-- перекиси бензоила и водорастворенных перекисей. Применяются три основных метода инициированной полимеризации эфиров: блочный, водоэмульсионный и в растворителях.

Блочный метод полимеризации целесообразно применять для производства полиметилметакрилата, который выпускают в виде прозрачных и бесцветных пластин и блоков (органическое стекло). Полиметилметакрилат в виде блочного полимера получают тщательным смешением инициатора -- перекиси бензоила -- с мономером и последующей заливкой смеси в стеклянные формы. Основная трудность процесса блочной полимеризации заключается в сложности регулировки температуры внутри блока. Вследствие экзотер-мичиости полимеризации и малой теплопроводности полимера (0,17 Вт/м-°С) неизбежны перегревы внутри блока из-за увеличения скорости реакции и, следовательно, резкого повышения температуры. Это ведет к испарению мономера, образованию вздутий, если внешние слои блока уже достаточно вязки и препятствуют выделению газов из него. До известной степени избежать вздутий можно изменением концентрации инициатора и температуры полимеризации. Чем толще получаемый блок, тем меньше должна быть концентрация инициатора, медленнее подъем температуры и ниже температура полимеризации. Необходимо иметь в виду, что местные перегревы, избежать которых полностью невозможно, неминуемо ведут к внутренним напряжениям в блоке из-за различной степени полимеризации во внутренних и внешних его слоях.

Процесс производства органического стекла включает приготовление форм и их заливку, предварительную и окончательную полимеризацию и разъем форм. Формы обычно делают из полированного зеркального силикатного стекла, которое должно быть тщательно промыто в условиях, исключающих попадание пыли. Для изготовления формы берут два стеклянных листа. На края одного из них помещают прокладки из гибкого эластичного материала, по высоте равные толщине изготовляемого блока. Эти прокладки покрывают вторым листом стекла, после чего края обклеивают прочной и тонкой бумагой, оставляя отверстие для заливки мономера. Одновременно готовят смесь, тщательно перемешивая мономер, инициатор и пластификатор. Смешивание можно производить в никелевом котле, снабженном пропеллерной или якорной мешалкой, герметически закрывающемся сферической крышкой, на которой имеются люк и штуцера для загрузки мономера, инициатора и других компонентов. Перемешивание ведут при обычной температуре в течение 30--60 мин, после чего через сливной нижний штуцер смесь поступает в весовые мерники, а из мерников через воронку -- в формы. Полимеризацию проводят путем последовательного прохождения залитыми формами ряда камер с примерно следующим режимом: в первой камере при 45--55°С они находятся 4--6 ч, во второй при 60--66°С --8--10 ч и в третьей при 85--125°С --8 ч. По окончании полимеризации формы погружают в воду, после чего блоки можно легко отделять от силикатных стекол. Готовые листы направляют на обрезку краев и на полировку. Листы должны быть прозрачными, без пузырей, вздутий. Размеры (с допусками) и физико-механические свойства должны соответствовать техническим условиям. Полиметилметакрилатные стекла изготовляют различной толщины -- от 0,5 до 50 мм и иногда больше.

Водно-эмульсионную полимеризацию акрилатов применяют для получения литьевых и прессовочных порошков, а также стойких водяных дисперсий типа латекса. Воду и акриловый эфир берут в отношении 2: 1. Если требуется жесткий упругий материал, то рационально применять «бисерный» метод суспензионной полимеризации, получая гранулированный полимер. Инициатором служит перекись бензоила, которую растворяют в мономере (от 0,5 до 1%). В качестве эмульгатора применяют карбонат магния, а также полиакриловую кислоту, поливиниловый спирт и другие водорастворимые полимеры. Величина гранул зависит от концентрации эмульгатора и скорости перемешивания. Воду и мономер берут в соотношениях 2:1 или 3:1. Процесс производства гранулированного полимера складывается из загрузки сырья в реактор, полимеризации, фильтрации и промывки гранул полимера, сушки и просеивания.

В никелевый реактор, снабженный паровой рубашкой и мешалкой, последовательно загружают из мерника дистиллированную воду и мономер, затем вручную через штуцер вносят эмульгатор. После перемешивания в течение 10--20 мин в реактор вводят пластификатор, краситель и инициатор, растворимый в мономере. Подачей в рубашку реактора пара поднимают температуру до 70-- 75°С. Через 40--60 мин за счет тепла, выделяющегося в результате полимеризации, температура в реакторе повышается до 80--85°С. Температуру можно регулировать подачей воды или пара в рубашку реактора. Контролем процесса служит определение содержания мономера. Полимеризация продолжается 2--4 ч; по окончании полимеризации реакционную смесь переносят в центрифугу с корзиной из нержавеющей стали, в которой гранулы полимера легко отделяются и многократно промываются водой для очистки от эмульгатора.

Отмытый порошок загружают на алюминиевые противни тонким слоем и сушат в термошкафах при медленном подъеме температуры в пределах 40--70°С в течение 8--12 ч. После сушки порошок просеивают и укладывают в тару. Гранулированный полиме-тплметакрилат без переработки можно применять для изготовления лаков.

Для получения прессовочных порошков гранулированный полимер необходимо пропустить через вальцы в течение 3--5 мин при 170--190°С; в процессе этой операции к полиметилметакрилату могут быть добавлены пластификаторы и красители. Вальцованные листы измельчают на ударно-крестовой мельнице и просеивают через сито.

Полимеризация акриловых и метакриловых эфиров в растворителях производится редко.

Акриловые и метакриловые эфиры полимеризуют в водно-спиртовой смеси при соотношении спирта к воде от 50 : 50 до 50 : 70 в присутствии 0,5--1% перекиси бензоила и при концентрации мономера 20--40%. Полимеризацию ведут при 55--75СС в эмалированном реакторе, снабженном мешалкой, паровой рубашкой и крышкой с соответствующими штуцерами и люком для ввода составляющих. По мере хода реакции полимер осаждают из раствора и виде порошка, отфильтровывают и в реактор вводят добавочное количество мономера с инициатором. Отфильтрованную водно-епиртопую смесь периодически подают обратно в реактор, который соединен с центрифугой, в последнюю через нижний сливной штуцер реактора время от времени поступает реакционная смесь с осажденным полимером. После фильтрования полимер тщательно промывают свежей водно-спиртовой смесью, затем дистиллированной водой, сушат на противнях в сушилках при 40--60°С, просеивают п упаковывают.

2. Свойства и применение производных акриловой и метакриловой кислот

полимеризация литьевой сырье бумага

Поликрилаты имеют аморфную структуру. Даже рентгенограммы не дают возможности обнаружить каких-либо заметных признаков кристаллизации.

Полиметилметакрилатные эфиры характеризуются более высокой теплостойкостью по сравнению с полиакриловыми эфирами. Вследствие этого метакриловые полимеры целесообразно применять в качестве материала для устройства светопрозрачных кровель и остекления, тогда как более мягкие акриловые полимеры используют главным образом для получения морозостойких материалов, температура стеклования которых значительно ниже нормальных температур.

Различие между метакриловыми и акриловыми полимерами проявляется в их химической стойкости. Метакриловые полимеры химически более стойки, тепло- и водостойки, чем акриловые.

Технические продукты в зависимости от их назначения получают с различной степенью полимеризации. С увеличением степени полимеризации повышается температура плавления полимера, до известного предела улучшаются его механические свойства, в частности ударная вязкость. Ценным техническим свойством полиакрилатов являются их прозрачность и бесцветность, а также способность пропускать ультрафиолетовые лучи. Так, полиметилметакрилат пропускает свыше 99% солнечного света и в этом отношении значительно превосходит силикатные стекла. Преимущества полиакрилатных стекол еще ярче выступают, если учесть их способность пропускать ультрафиолетовую часть спектра. Так, кварцевое стекло пропускает 100% ультрафиолетовых лучей, полиметилметакрилатное -- 73,5%, зеркальное силикатное -- 3%, обычное силикатное-- 0,6%.

Полиметилметакрилат, по существу, первый полимер, который на основании комплекса свойств можно назвать органическим стеклом. Преимуществом его перед обычным стеклом является меньшая хрупкость. Однако полиметилметакрилатные стекла по сравнению с минеральными имеют меньшую поверхностную твердость. Важным преимуществом органического стекла является его способность подвергаться обработке как механическим методом (снятием стружки), так и методом пластической деформации.

Крупные изделия сферической формы изготовляют из листов органического стекла методом формования. Для этого рационально использовать вакуумный метод формования, впервые предложенный С. Н. Ушаковым и получивший применение в технике. Предварительно нагретые до 120--150°С пластичные листы укладывают и закрепляют по поверхности металлической формы, в которой имеется отвод к вакууму; при включении вакуума листы втягиваются внутрь формы и в этом состоянии охлаждаются; ровная поверхность изделий при этом сохраняется. Более мелкие изделия несложной формы можно изготовлять штамповкой заготовок из нагретого листа с последующей формовкой в пресс-формах при низком давлении или без формовки. Трубы и другие полые изделия изготовляют центробежным методом из вязкой, текучей массы, приготовленной растворением полимера в мономере.

Полиметилметакрилатные пресс-порошки перерабатывать методом прессования и литья под давлением даже при более высоких температурах значительно труднее, чем полистирол и некоторые другие полимеры. Объясняется это высокой вязкостью его расплавов, обусловленной большой молекулярной массой полиметплме-такрилатных пресс-материалов. Вместе с тем для получения изделий, которые обладают высокой стабильностью во времени и сохраняют форму и размеры при температуре, близкой к температуре стеклования, необходимо, чтобы при прессовании преобладал процесс необратимого вязкого течения массы. Поэтому переработку полиметнлметакрилата, так же как и всех линейных полимеров, следует вести при более высоких температурах, обеспечивающих пластическое течение материала, т. е. при 200--220°С.

Пресс-порошки на основе сополимеров метилметакрилата, в частности со стиролом, имеют более высокую текучесть при переработке, меньшую температуру вязкого течения и, следовательно, легче перерабатываются методом литья под давлением, который является одним из самых эффективных.

Полиметилметакрилат лишь незначительно изменяет свои свойства с понижением температуры; это один из весьма немногих полимеров, ударная вязкость которого практически стабильна от --183 до +60°С, хотя модуль упругости и статическая прочность полимера монотонно повышаются с понижением температуры.

Полиметилметакрилат широко применяют в различных областях техники, имеются перспективы широкого применения его в строительстве: для остекления различных зданий, особенно теплиц, для декоративных ограждений, изготовления дверных и оконных приборов, в производстве моющихся обоев и в виде эмульсий для красок и грунтовок.

Мягкие акриловые полимеры, получаемые методом эмульсионной полимеризации, не содержащие пластификаторов, обладают высокой масло- и атмосферостойкостыо. На их основе могут изготовляться гидроизоляционные пленки. Благодаря совместимости этих полимеров с нитро- п ацетилцеллюлозой их вводят в состав целлюлозных лаков для увеличения адгезии, водостойкости и стойкости к атмосферным влияниям. Акриловые дисперсии применяют для придания водонепроницаемости бетона, и качестве грунтовки при внутренней окраске стен, пропитке пористых строительных материалов

Основным промышленным способом производства полиметилметакрилата является блочная полимеризация. Применяется также суспензионный эмульсионный способы, реже -- лаковый. Блочная полимеризация метилметакрилата осуществляется периодическим способом в формах из полированного силикатного стекла.

Иногда для ускорения процесса производства блочного полиметилметакрилата и уменьшения усадки реакционной массы, которая может привести к образованию дефектов органического стекла, полимеризации подвергают не мономер, а сироп -- раствор полиметилметакрилата в метилметакрилате. Процесс получения блочного полиметилметакрилата (органического стекла) состоит из следующих основных стадий: изготовление форм, приготовление сиропа (если полимеризации подвергается не мономер, а раствор полимера в мономере), полимеризация, разъем форм и упаковка листов.

Формы изготовляются из двух предварительно вымытых и высушенных листов полированного силикатного стекла. Сборку форм осуществляют путем прокладывания по периметру стекла резиновой или поливинилхлоридной трубки и оклейки по краям бумагой. Расстояние между стеклами определяет толщину получаемого листа блочного полиметилметакрилата. В верхней части формы оставляют отверстие для заливки мономера или сиропа.

На рис. 32 представлена технологическая схема процесса производства (листового органического стекла с использованием в качестве исходного сырья сиропа Для приготовления сиропа применяют отходы полиметилметакрилата, которые дробятся в мельнице 1 до получения "крупки". Затем "крупку" подвергают термообработке в термошкафу 2 для снижения молекулярной массы полимера до требуемой величины и передают в накопительную емкость 3.

Рис. 32. Технологическая схема процесса производства листового органического стекла: 1 - мельница, 2 - термошкаф, 3 - накопительная емкость, 4 - аппарат-растворитель, 5 - мерники, 6 -- вакуумизатор, 7 - тележка, 8 - термокамера

Приготовление сиропа осуществляется в аппарате-растворителе 4, куда из мерников 5 загружают метилметакрилат, "крупку" и другие компоненты в соотношении (мас. ч.) :

Введение в рецептуру пластификатора (дибутилфталата) уменьшает адгезию полиметилметакрилата к силикатному стеклу, что облегчает разъем форм и уменьшает брак готового органического стекла. Для получения матового органического стекла добавляют 6--9 мас. ч. суспензионного полистирола.

Вначале растворяют "крупку" в мономере при 45°С перемешиванием в течение 2--3 ч, затем вводят остальные компоненты и перемешивают в течение 30 мин. Полученный сироп сливают в вакуумизатор 6 и в течение 30 мин дегазируют. Дегазированным сиропом заливают формы, установленные на тележке 7, и помещают их в термокамеру 8, где проходит полимеризация при ступенчатом подъеме температуры по зонам от 25 до 90°С.

По окончании заданного времени полимеризации формы охлаждают и разнимают с помощью специального инструмента. Листы органического стекла разбраковывают по внешнему виду и оклеивают бумагой для защиты поверхности от механических повреждений во время транспортировки, хранения и механической обработки. Листы силикатного стекла возвращаются для подготовки новых форм.

Суспензионная полимеризация метилметакрилата принципиально не отличается от суспензионной полимеризации других мономеров. В качестве стабилизаторов обычно применяют сополимер метилметакрилата с метакриловой кислотой и ее натриевой солью (сополимер МКМ). Инициатором процесса служат органические пероксиды (например, пероксид додецила). Для регулирования молекулярной массы полимера применяют смесь меркаптанов (лаурилмеркаптан, бутилмеркаптан и др.).

Суспензионную полимеризацию метилметакрилата или сополимеризацию его с бутилакрилатом как пластифицирующей добавкой проводят в эмалированном реакторе с рубашкой и мешалкой при соотношении мономеров и воды 1:3.

Отдельно приготовленные смесь мономера с инициатором, регулятором и другими добавками и суспензионную воду загружают в реактор и нагревают до 70--75°С. Дальнейшее повышение температуры до 95--116°С происходит за счет экзотермической реакции полимеризации, при этом давление в реакторе контролируют и поддерживают в пределах 0,15--0,3 МПа. Длительность полимеризации 2--4 ч. Полученную суспензию охлаждают до 50°С и выделяют из нее бисер на вакуум-фильтрах или в системе гидроциклонов. Суспензионный полиметилметакрилат сушат в гребковой вакуум-сушилке при 85--95°С и остаточном давлении 0,07 МПа или на установке типа "циклон-кипящий слой" (ЦКС) при 70--100°С.

При эмульсионной полимеризации метилметакрилата в качестве эмульгаторов применяют соли органических и сульфокислот, а инициатором служат окислительно-восстановительные системы.

3. Экструдеры и литьевые машины, конструирование и расчет их узлов и деталей. Контроль качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий

3.1 Экструдеры

Под экструзионным производством понимают способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката. Около половины производимых термопластов перерабатываются в изделия этим способом. Экструзией получают пленки, листы, трубы, шланги, капилляры, прутки, сайдинг, различные по сложности профили, наносят полимерную изоляцию на провода, производят многослойные разнообразные по конструкции и сочетанию применяемых пластмасс гибридные погонажные изделия. Переработка вторичного полимерного сырья и гранулирование также выполняются с применением экструзии.Основным оборудованием экструзионного процесса является червячный пресс или экструдер, оснащенный формующей головкой. В экструдере полимерный материал расплавляется, пластицируется и затем нагнетается в головку. В абсолютном большинстве случаев используются различные модификации одно- и двухчервячных экструдеров, называемых также червячными прессами. Иногда применяют дисковые и поршневые пластикаторы.

3.2 Одночервячные экструдеры

Принципиальное устройство одночервячного экструдера показано на рисунке 2.1. Он действует следующим образом. Полимерный материал из бункера 3 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся червяком 1 и транспортируется к формующей головке, фрагмент которой показан позицией 7. При этом полимер в первой, питающей, зоне червяка размягчается и уплотняется в пробку, в зоне сжатия /2 он расплавляется, а в зоне дозирования /3 гомогенизируется и подготавливается к подаче в формующую головку. Для обеспечения требуемого теплового режима и условий транспортирования на материальном цилиндре установлены зонные кольцевые нагреватели 5 с индивидуальными вентиляционными устройствами; участок цилиндра вблизи загрузочного отверстия охлаждается водой по каналам 4, а для контроля температуры служат термопары 6. Конструкция червяка, как правило, предусматривает его внутреннее охлаждение водой, подаваемой и отводимой через устройство 10.

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Червяк получает вращение от электромеханического привода, состоящего из электородвигателя 12 постоянного или переменного тока и редуцирующей механической передачи 9. Осевое усилие, действующее на червяк в направлении, противоположном транспортированию расплава, воспринимается подшипниковым узлом 11.Все рабочие узлы экструдера смонтированы в массивном и сложном по конструкции корпусе 8. Следует отметить, что в современных экструдерах материальный цилиндр и электромеханический привод нередко располагаются в одной, горизонтальной, плоскости, что позволяет существенно уменьшить вертикальный габаритный размер машины. Червяки. Основными геометрическими параметрами червяков являются диаметр, длина, зонность, глубина канала но зонам, шаг и направление винтовой линии, а также коэффициент сжатия, являющийся, как отмечалось ранее, отношением объема одного витка винтового канала в зоне загрузки к объему одного витка в зоне дозирования

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Для переработки термопластов обычно применяются цилиндрические черняки с постоянным шагом и переменной глубиной винтового канала. Они сравнительно просты в изготовлении и обеспечивают высокую производительность. Диаметр червяков отечественных экструдеров регламентирован (ГОСТ 14773) и составляет размерный ряд -- 20; 32; 45; 63; 90; 125; 160; 200; 250; 320; 450; 630 мм. Чем больше диаметр червяка, тем выше производительность экструдера. Длина червяков L характеризуется ее отношением к диаметру D. Это соотношение может изменяться в интервале 8-35. В наименовании типоразмера отечественного экструдера указывается D и L/D. Например, ЧП 90x25 означает: ЧП -- червячный пресс с червяком диаметром D = 90 мм и длиной 25D. Зонирование червяков, то есть изменение глубины канала по длине на отрезки, зоны, а также коэффициент сжатия позволяют согласовать конструкцию червяка не только с физико-химическими свойствами пластицируемых термопластов (табл. 2.1), но и с особенностями получаемых изделий (табл. 2.2).

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Геометрические особенности продукции проявляются в конструкции червяка: установлено, что чем меньше толщина стенки изделия, тем больше должна быть длина зоны дозирования (табл. 6.2).

Таблица 2.2

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Для улучшения гомогенизации расплавов и ускорения плавления полимерных материалов используют двухзаходные червяки с барьерной конструкцией зоны сжатия (рис. 2.3). На этом участке нарезка двухзаходная с разной глубиной каналов, один из которых имеет глубину, равную предыдущей зоне питания (рис. 2.3, 1), а глубина второго капала равна глубине нарезки в последующей зоне дозирования (рис. 2.3,2).

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

3.3 Двухчервячные экструдеры

Все более широкое распространение двухчервячных экструдеров и их применение в процессах не только приготовления полимерных материалов, но и в производстве погонажных, в том числе сложнопрофильных и армированных изделий вызвано рядом достоинств этих машин по сравнению с одночервячными. Поскольку транспортирование материала в таком экструдере происходит не за счет сил трения, а принудительным его продавливанием под действием согласованно вращающихся червяков, то морфология и агрегатное состояние полимерного материала не влияют на производительность машины. Поэтому двухчервячные экструдеры могут перерабатывать порошковые и гранулированные материалы, композиции с дисперсным и коротковолокнистым наполнителем, расплавы или пасты, прилипающие к червяку, и создавать значительные давления на пластмассы в зоне выхода из материального цилиндра. Кинематически двухчервячный экструдер (рис. 2.9, а, б) состоит из материального цилиндра 1, двух червяков 2, как правило, с параллельными осями вращения, механической передачи 3 и электродвигателя 4.Червяки могут быть зацепляющимися и незацепляющимися (рис. 2.10, а, б), вращаться в совпадающем (рис. 2.10, в) или встречном направлении, иметь правую или левую нарезку. Зацепление червяков может быть плотным или неплотным. Зазоры в зацеплении червяков 5. и между червяками и цилиндром 80 (рис. 2.10, б) способствуют как обеспечению их геометрической совместимости, так и перетоку перерабатываемого материала между витковыми секциями. Производительность зоны питания двухчервячных экструдеров зависит от свободного объема между сопрягаемыми витками и от равномерности подачи материалов. В современных двухчервячных экструдерах часто используются так называемые сегментальные червяки, состоящие из шлицевого сердечника, на который надеваются

Рис. 2.10. Конструкции червяков двухчервячных экструдеров:I -- зацепляющиеся червяки; II -- незаценляющиеся червяки; 1,2 -- плотное зацепление;3 -- неплотное зацепление; 4 -- незаценляющиеся червяки; а -- встречное вращение червяков; б -- однонаправленное вращение червяковчервячные втулки-сегменты

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Эта конструкция позволяет гибко изменять характер?нарезки но его длине за счет использования сегментов с различной геометрией винтового канала (рис. 2.11).

3.4 Принципиальное устройство формующих головок

Головка экструдера -- это съемный технологический инструмент, предназначенныйдля оформления экструдируемого расплава в погонажное изделие, конфигурация поперечного сечения которого определяется геометрией формующего канала (щели, фильеры). При всем разнообразии конструкционного оформления в большинстве формующих головок можно выделить наличие общих элементов (рис. 2.14). К ним относятся корпус 1 с элементом присоединения к цилиндру экструдера. Это может быть фланцевое, байонетное или резьбовое соединение. Адаптер 2; фильтр-решетка 3\ кольцевые зонные электронагреватели 7; регулировочное кольцо (губка в плоскощелевых?головках) 8. В головках закрытого типа обязательно присутствует дорн 4 с дорнодер-жателем 6 и нередко система 5 для подачи воздуха внутрь изделия (труба, пленочный?рукав, закрытый профиль). Поверхность рабочих каналов головки, кроме ее формующей зоны, может быть гладкой или с винтовой нарезкой, позволяющей улучшить процесс гомогенизации расплава.

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

3.5 Литьевые машины

Современные литьевые машины (ЛМ) представляют собой сложные технические устройства, оснащенные разнообразными средствами автоматизированного управления параметрами технологического процесса. Нередко их называют термопластавтоматами (ТПА) или реактопластавтоматами (РПА) в зависимости от вида основного перерабатываемого материала. Конструкции литьевых машин весьма разнообразны. Основными классификационными признаками ЛМ являются усилие запирания формы (кН), то есть смыкания формы, создаваемое прессовым блоком, и объем впрыска или мощность, выражаемая числом кубических сантиметров расплава, которые могут быть подготовлены машиной для однократной подачи в литьевую форму. Выпускаемые промышленностью серийные литьевые машины, как правило, объединены в типоразмерные ряды по двум, указанным выше параметрам. Кроме того, ЛМ подразделяются по технологическим и основным конструктивным признакам:

Рис.2.16. Типы литьевых машин: а -- горизонтальные; б -- угловые с вертикальной прессовой частью; в -- вертикальные; г -- угловые с горизонтальной прессовой частью

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Угловые ЛМ используются для литья крупных изделий с затрудненным извлечением из формы. Возможны два типа таких машин: с горизонтальным пластикатором и вертикальным разъемом формы: с горизонтальным разъемом формы и вертикальным узлом инжекции. Вертикальные Л М наиболее удобны при производстве некрупных, в том числе армированных, деталей (обычно до 0,5 кг) в съемных формах. Наибольшее распространение получили горизонтальные одночервячные с совмещенной пластикацией ТПА. Они обеспечивают объемы впрыска от 4 см3 до 70 ООО см3 при усилии запирания формы от 25 до 60 ООО кН. Принципиальная схема такого ТПА представлена на рис. 2.17.Все функциональные блоки и устройства ТПА располагаются на жесткой раме (рис. 2.17, поз. 22). Гранулированный полимерный материал из бункера 1 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под действием тепла от трения о поверхность винтового канала червяка и поверхность цилиндра, а также за счет тепла от наружных зонных электронагревателей 4 пластицируется, то есть расплавляется под давлением, и, пройдя через обратный клапан 6, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра. Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостовик с имеющимся на нем (условно) концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования и мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается -- требуемая доза расплава подготовлена. Далее, гидроприводом 5 пластикациоиный, называемый также и инжекционным, узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной в стойке 9. К этому моменту завершает смыкание частей прессформы 11 и 12 прессовый узел JIM.

Рис. 2.17. Схема термопластавтомата с червячной пластикацией (пояснения в тексте)

(В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»)

Он представляет собой, по сути, горизонтальный рычажно-гидравлический пресс, состоящий из задней 17 и передней 9 плит-стоек, соединенных, как правило, четырьмя колоннами 10 и 14, по которым смещается вправо (смыкание) и влево (размыкание) ползун 13. Ползун приводится в движение от рычажно-гидравлического механизма 15, 16.После приведения всех блоков в исходное состояние создается давление в гидроприводе 25 осевого движения червяка, который, действуя аналогично поршню, инжектирует расплав полимера из материального цилиндра в пресс-форму, где и образуется изделие. Наконечник 7, установленный на червяке, способствует уменьшению образования застойных зон после впрыска. В период формообразования изделия червяк приводится во вращение для подготовки следующего объема впрыска. После охлаждения расплава до заданной температуры форма раскрывается, и изделие с помощью выталкивателей или применением робототехнических устройств удаляется из рабочей зоны литьевой машины. Все подвижные узлы ЛМ обеспечиваются энергоносителем от главного привода, состоящего из электродвигателя 18, насосного блока 19, установленного в маслосборнике, и системы трубопроводов высокого 20 и низкого 21 давления. Для вращения червяка в данной схеме служит гидродвигатель 24 с зубчатой передачей 23.К достоинствам машин описанного типа относят высокую производительность, универсальность по видам перерабатываемых материалов, удобство управления и обслуживания, а также надежность в эксплуатации. Определенный недостаток таких ЛМ, впрочем, как и всех термопластавтоматов с совмещенной пластикацией, состоит в существенных потерях при осевом движении червяка от трения материала о стенки цилиндра, что затрудняет достижение высоких скоростей впрыска.

3.6 Контроль качества сырья

Одно из важнейших условий получения высококачественных изделий из пластмасс - использование сырья, соответствующего его техническим требованиям.

Различные климатические условия транспортирования, длительное хранение на складе или под открытым небом могут привести к частичной или полной утрате пригодности к переработке. В ряду случаев это временное явление и характеристики сырья могут быть восстановлены соответствующей подготовки (сушка, измельчение, смешение).

Поступающий на переработку полимерные материалы подвергаются входному контролю в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТов, ОСТов, ТУ и т.д. Одновременно оценивают технологические свойства. Если результаты измерения технологических характеристик выходят за пределы, указанные в технической документации, материалы необходимо подвергнуть соответствующей обработки.

Наиболее часто превышает нормативные показатели влажности. В этом случае материал необходимо предварительно высушить, используя вакуумную сушилку, либо сушилку с псевдосжиженным слоем. Последняя, благодаря лучшим условиям теплопередачи, позволяет провести процесс за короткое время при повышенных температурах.

При несоответствии гранулометрического состава материал необходимо подвергнуть рассеву, удаляя либо слишком крупную, либо слишком мелкую фракцию.

К числу подготовительных операции при переработки полимерных материалов следует отнести гранулирования и таблетирование. Основное назначения этих операций - повышение плотности материалов, улучшение условий дозирования и теплопередачи, интенсификация процессов нагрева и переработки, снижение запыленности и улучшение условий труда.

3.7 Контроль качества полуфабрикатов

Продукция предприятий по переработке пластмасс -- готовые изделия и полуфабрикаты -- должна соответствовать определенным требованиям, обеспечивающим возможность ее эксплуатации или использования. С этой целью качество продукции контролируется либо непосредственно в цеху, либо в специальных заводских лабораториях. В зависимости от вида изделия этот контроль может быть достаточно простым: сравнение с эталоном (контроль размеров, отсутствие видимых включений и повреждений, товарный вид и т. п.) или сложным (гидравлические испытания труб, оценка теплостойкости или морозостойкости готовых изделий, усталостные испытания и т. п.). Как правило, все необходимые виды испытаний, их сроки, соответствующие методики и аппаратура предусмотрены в технической документации. При необходимости оценки прочностных, диэлектрических и др. свойств для проведения соответствующих испытаний вырезаются образцы из готовой продукции (пленки, листы, трубы и т. п.) или необходимые стандартные образцы (в виде лопаток, брусков, дисков и т. п.) изготавливаются методом литья под давлением одновременно на специальных формах по технологическим режимам, близким к режимам переработки основной продукции. В целях более полного завершения релаксационных процессов -- что способствует как улучшению качества за счет снижения остаточных напряжений, так и выявлению некоторых видов брака -- испытания обычно проводятся не раньше, чем через 24 часа после изготовления изделий.

Оценка основных характеристик регламентируется соответствующими ГОСТами (прочностные свойства, диэлектрические характеристики, температурные границы эксплуатации и др.). Для проведения оценки специфических свойств разрабатываются специальные методики и испытательные стенды. Некоторые характеристики, такие как светостойкость, устойчивость к старению, радиационная стойкость, требуют проведения долговременных испытаний. Как правило, такие характеристики оцениваются предварительно по литературным данным, а натурные испытания готовых изделий проводятся только в случае крайней необходимости.

Особое место занимают проверки, связанные с необходимостью сертификации значительного числа видов продукции. Их проведение осуществляется специальными лабораториями, что может гарантировать объективную и достоверную оценку свойств продукции, обеспечивающих ее безопасную эксплуатацию.

4. Сырье и полуфабрикаты, применяемые в производстве бумаг и картонов. Производство целлюлозы

4.1 сырье и полуфабрикаты применяемые в производстве бумаг и картонов

Сырьем для производства бумаг и картонов являются обычные волокна на основе целлюлозы. Химическая целлюлоза не является химически чистой. Наиболее существенным элементом является альфа-целлюлоза, лигнин, оксицеллюлоза, смола и зола.

4.2 Лигнин

Это органическое вещество, которой содержится в древесине в количестве 30% и обуславливает жесткость и твердость.

В производстве электроизоляционных бумаг применение целлюлозы с повышенным содержанием лигнина не желательно. Так как он легко разрушается под действием атмосферных воздействий и повышенной температурой

4.3 Оксицеллюлоза

Является продуктом начального распада целлюлозы под влиянием окислительных процессов.

Отличается большой химической активностью, что способствует дальнейшему ухудшению качеств волокон.

Показательной характеристикой оксицеллюлозы является «медное число», которое оказывает влияние на степень деструкции волокна.

4.4 альфа- целлюлоза

Альфа- целлюлозой условно называют часть целлюлозы , не растворимую 17,5 % - ной NaOH при 20 ° С . Она не является индивидуальным химическим соединением . Это чисто техническое понятие , позволяющее судить о пригодности целлюлозы для тех или иных промышленных целей , характеризующее степень деструкции ( т. е . Степень разрушения ) технической целлюлозы . Считают , что в 17,5 % - ной щелочи не растворяются молекулы целлюлозы большой длины , наиболее длинные молекулы маннана и ксилана , совместно ориентированные с целлюлозой гемицеллюлоэы и некоторая часть остаточного лигнина.

4.5 Производство целлюлозы

Щепу варят в котлах периодического и котлах-аппаратах непрерывного действия (рис 15). При этом на сырье воздействуют паром, химикатами, которые называют варочной кислотой. Под их влиянием нецеллюлозные компоненты переходят в раствор, а целлюлоза остается. В зависимости от химического состава варочной кислоты существуют способы производства целлюлозы: кислотный, щелочной и комбинированный. При кислотном или сульфитном способе на щепу в присутствии серной кислоты воздействуют бисульфитом кальция. Его получают в башнях, заполненных известняком, через который снизу пропускают сернистый газ, а сверху орошают водой. Сернистый газ образуется при сжигании серы или колчедана. Бисульфит кальция стекает вниз башни и подают в котел. Он расположен вертикально (высота с десятиэтажный дом) и имеет цилиндрическую форму емкостью несколько сот кубических метров. Варка длится 6-12 часов и осуществляется циклично. В конце процесса продукты варки паром струёй воды выталкивают в специальный резервуар. Котел вновь наполняют сырьем и химикатом. Более совершенная варка непрерывного действия. При этом щепа и варочная кислота непрерывно поступают в котел, а из него непрерывно получают сваренную целлюлозу. Процесс варки сокращается до 1-4 часов. Из продуктов варки выделяют жидкую волокнистую массу, содержащую до 95% целлюлозы (стежа) и растворенные в воде нецеллюлозные вещества древесины - щелоки. В отходы переходит более половины массы древесины. Таким способом варят целлюлозу из малосмолистых пород: пихты, ели.

1. (из Гордон Л.В. «Технология и оборудование лесохимических производств»

Литература

1. В.М. Никитин «лесная промышленность»

2. Б. М. ТАРЕЕВ «Физика диэлектрических материалов»

3. В. К. Крыжановский «Производство изделий из полимерных материалов»

4. Роговин З.А. «Химия целлюлозы»

5. Гордон Л.В. «Технология и оборудование лесохимических производств»

Размещено на Allbest.ru