Виготовлення поштучних виробів із пластмас методом лиття під тиском

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Лиття під тиском - один із найважливіших методів виготовлення поштучних виробів із пластмас. Основними перевагами методу є висока продуктивність, можливість виготовлення широкого асортименту виробів складної конфігурації масою від десятих грама до декількох десятків кілограмів, висока точність розмірів, відсутність додаткової обробки, економічність, високий рівень автоматизації. Методом лиття під тиском можна перероблювати у вироби практично всі термопласти і частину термореактивних матеріалів.

Аналізуючи тенденції розвитку промисловості можна виділити перспективні напрямки розвитку підгалузі:

- повне технічне переустаткування, реконструкція діючих виробництв;

- розвиток хімічного машинобудування, для створення нового обладнання із широким використанням ЕОМ, робототехніки та освоєння нових, високоефективних технологічних процесів, які б забезпечували комплексне й ощадливе використання сировини та зниження (або повну відсутність) забруднення навколишнього середовища. Створення безвідхідних, економічно чистих технологій; розробка та впровадження автоматизованих технологічних ліній, автоматичних систем керування, комплексна механізація виробничого процесу; широке використання ЕОМ для проектування устаткування та створення технологічних процесів, систем автоматичного проектування.

У найближче десятиліття не очікується розробки великого числа принципово нових процесів переробки полімерів. Основні завдання в цій галузі - підвищення якості продукції, збільшення продуктивності праці, оптимізація і інтенсифікація процесів одержання виробів і напівфабрикатів - будуть вирішуватися за рахунок удосконалювання, механізації і автоматизації традиційних процесів переробки з урахуванням умов експлуатації виробів.

1. Загальна характеристика

1.1 Характеристика сировини і готової продукції

1.1.1 Поліпропілен

Метод синтезу

Поліпропілен одержують полімеризацією пропілену в присутності метало комплексних каталізаторів, каталізаторів Циглера-Натта (суміш TiCl₄ і AlR₃)

n CH ₂ = CH (CH ₃) > [-CH ₂-CH (CH ₃) -]_n ( 1.1 )

Міжнародне позначення - PP.

Параметри, необхідні для отримання поліпропілену близькі до тих, при яких отримують поліетилен низького тиску. При цьому, залежно від конкретного каталізатора, може виходити будь-який тип полімеру або їх суміші. Поліпропілен випускається у вигляді порошку білого кольору або гранул з насипною густиною 0,4-0,5 г / см . Поліпропілен випускається стабілізованою, пофарбованим і незабарвленим.

Молекулярна будова

За типом молекулярної структури можна виділити три основні типи: ізотактичним, сіндіотактічним,та атактичним. Ізотактична та сіндіотактична молекулярні структури можуть характеризуватися різним ступенем досконалості просторової регулярності. Стереоізомери поліпропілену суттєво відрізняються за механічним, фізичним та хімічним властивостям. Атактичний поліпропілен є каучуко подібний матеріал з високою плинністю, температурою плавлення - близько 80 С, щільністю - 850 кг/м3, гарною розчинністю в діетиловому ефірі. Ізотактичний поліпропілен за своїми властивостями вигідно відрізняється від атактичного, а саме: він має високий модулем пружності, більшою щільністю - 910 кг/м³, високою температурою плавлення - 165-170 ⁰С і кращої стійкістю до дії хімічних реагентів. Стерео блок полімер поліпропілену при дослідженні за допомогою рентгенівських променів виявляє певну кристалічність, яка не може бути такою ж повною, як у чисто ізотактичний фракцій, оскільки а тактичні ділянки викликають порушення в кристалічній решітці. Ізотактичний і сіндіотактичний утворюються випадковим чином;

Фізико - механічні властивості

На відміну від поліетилену, поліпропілен менш щільний (щільність 0,91 г / см 3, що є найменшим значенням взагалі для всіх пластмас), більш твердий (стійкий до стирання), більш термостійкий (починає розм'якшуватися при 140 C, температура плавлення 175 C), майже не піддається корозійному розтріскуванню. Володіє високою чутливістю до світла і кисню (чутливість знижується при введенні стабілізаторів).

Поведінка поліпропілену при розтягуванні ще більшою мірою, ніж поліетилену, залежить від швидкості прикладання навантаження і від температури.

Чим нижче швидкість розтягування поліпропілену, тим вище значення показників механічних властивостей. При високих швидкостях розтягування руйнівне напруження при розтягу поліпропілену значно нижче його межі текучості при розтягуванні.

Показники основних фізико-механічних властивостей поліпропілену наведені в таблиці:

Таблиця 1.1 - Фізико механічні властивості поліпропілену

Фізико-механічні властивості поліпропілену
1	2
Густина (г / см 3)	0,90-0,91
Руйнівна напруга при розтягуванні	25,0-40,0
Відносне подовження при розриві, (%)	200-800
Модуль пружності при згині, (МПа)	6,7-11,9
Межа текучості при розтягуванні, (МПа )	25,0-35,0
Подовження на межі плинності,(%)	10-20
Ударна в'язкість за Шарпі (кгс см / см 2)	33-80
Твердість за Бринеллем (кгс / мм 2)	6,0-6,5

Хімічні властивості поліпропілену

Поліпропілен хімічно стійкий матеріал. Помітне вплив на нього чинять тільки сильні окислювачі - хлорсульфонова кислота, що димить азотна кислота, галогени, олеум. Концентрована 58% сірчана кислота і 30% перекис водню при кімнатній температурі діють незначно. Тривалий контакт з цими реагентами при 60 C і вище призводить до деструкції поліпропілену.

В органічних розчинниках поліпропілен при кімнатній температурі незначно набухає. Вище 100 C він розчиняється в ароматичних вуглеводнях, таких, як бензол, толуол..

Внаслідок наявності третинних вуглецевих атомів поліпропілен більш чутливий до дії кисню, особливо при дії ультрафіолету і підвищених температурах. Цим і пояснюється значно більша схильність поліпропілену до старіння в порівнянні з поліетиленом. Старіння поліпропілену протікає з більш високими швидкостями і супроводжується різким погіршенням його механічних властивостей. Тому поліпропілен застосовується тільки в стабілізованому вигляді. Стабілізатори оберігають поліпропілен від руйнування як в процесі переробки, так і під час експлуатації. Поліпропілен менше, ніж поліетилен схильний до розтріскування під впливом агресивних середовищ. Він успішно витримує стандартні випробування на розтріскування під напругою, що проводяться в найрізноманітніших середовищах.

Стійкість до розтріскування в 20%-му водному розчині емульгатора ОП-7 при 50 C для поліпропілену з показником текучості розплаву 0,5-2,0 г/10 хв, що знаходиться в напруженому стані, більше 2000 ч.

Поліпропілен - водостійкий матеріал. Навіть після тривалого контакту з водою протягом 6 місяців (при кімнатній температурі) водо поглинання поліпропілену складає менше 0,5%, а при 60 С - менше 2%.

Переробка поліпропілену

Формується у вироби методами екструзії, вакуум та пневмоформування, екструзійно-видувного, інжекційно-видувного, інжекційного, компресійного формування, лиття під тиском.

Застосування поліпропілену

Матеріал застосовується для виробництва плівок (особливо пакувальних), мішків, тари, труб, деталей технічної апаратури, предметів домашнього вжитку, нетканих матеріалів тощо; електроізоляційний матеріал, у будівництві для вібро-і шумоізоляції міжповерхових перекриттів в системах "плаваючий підлога". При кополімеризації пропілену з етиленом отримують некристалізуючі сополімери, які проявляють властивості каучуку, що відрізняються підвищеною хімічною стійкістю та опором до старіння. Для вібро та теплоізоляції також широко застосовується піно поліпропілен (ППП). Близький за характеристиками до піно поліетиленом. Також зустрічаються декоративні екструзійні профілі з ППП, що замінюють пінополістирол. Атактичний поліпропілен використовують для виготовлення будівельних клеїв, замазок, ущільнювальних мастик, дорожніх покриттів і липких плівок.

1.1.2 Ударотривкий полістирол

Властивості ударотривкого полістиролу

Ступінь полімеризації промислово випускаються полістиролів n = 600-2500, коефіцієнт полі дисперсності середнє масова , середнє числова молекулярні маси). Залежно від методу синтезу і ступеня полімеризації індекс плинності становить 1.4-30 грамів за 10 хвилин, температура розм'якшення (за Віка, 200 МПа) 97 ° С для аморфного і 114 ° С для частково кристалізованого полістиролу [1].

Фенільні групи перешкоджають впорядкованого розташування макромолекул і формуванню кристалічних утворень.

Полістирол - жорсткий, крихкий, аморфний полімер з високим ступенем оптичного світло пропускання, невисокою механічною міцністю. Полістирол має низьку щільність (1060 кг / мі), усадка при литтєвий переробці 0,4-0,8%. Полістирол володіє відмінними діелектричними властивостями і непоганий морозостійкістю (до -40 ° C). Має невисоку хімічну стійкість (крім розведених кислот, спиртів і лугів).

Розчиняється в ацетоні, толуолі, дихлоретані, повільніше у бензині. Не розчинний у воді. Термопластичний матеріал. Полістирол легко формується і забарвлюється. Добре обробляється механічними способами. Добре склеюється. Володіє низьким влагопоглощенієм, високу вологостійкість і морозостійкість.

Полістирол горить жовтим полум'ям, що коптить, що утворюються пари мають характерний солодкуватий запах. При нагріванні виділяються важкі пари білого кольору - полістирол розпадається на мономери .

Отримання ударотривкого полістиролу

Промислове виробництво полістиролу засноване на радикальної полімеризації стиролу. Розрізняють 3 основних способи його отримання:

Емульсивний (ПТЕ) Найбільш застарілий метод отримання, який не отримав широкого застосування у виробництві. Емульсивний полістирол отримують в результаті реакції полімеризації стиролу у водному розчині лужних речовин при температурі 85-95 °C. Для цього методу потрібні: стирол, вода, емульгатор і ініціатор полімеризації. Стирол попередньо очищають від інгібіторів: требут-пірокатехіна або гідрохінона. В якості ініціаторів реакції застосовують водорозчинні сполуки, двоокис водню або персульфат калію. В якості емульгаторів застосовують солі жирних кислот, лугу (мило), солі сульфокислот. Реактор наповнюють водним розчином касторової олії і ретельного перемішуючи вводять стирол та ініціатори полімеризації, після чого отримана суміш нагрівається до 85-95 ° C. Мономер, розчинений у міцелах мила, починає полімеризуватися, надходячи з крапель емульсії. В результаті чого утворюються полімер-мономерні частинки. На стадії 20% полімеризації міцелярна мило витрачається на освіту адсорбованих шарів і процес далі протікає всередині частинок полімеру. Процес закінчується, коли вміст вільного стиролу стане менше 0,5%. Далі емульсія транспортується з реактора на стадію осадження з метою подальшого зниження залишкового мономера, для цього емульсію коагулюють розчином кухонної солі і сушать, отримуючи порошкоподібну масу з розмірами частинок до 0,1 мм. Залишки лужних речовин впливають на якість отриманого матеріалу, оскільки повністю усунути сторонні домішки неможливо, а їх наявність додає полімеру жовтуватий відтінок. Даним методом можна отримувати полістирол з найбільшою молекулярною масою. Полістирол одержуваний за цим методом має абревіатуру - ПСЕ, яка періодично зустрічається в технічній документації і старих підручниках з полімерних матеріалів.

Суспензійний (ПСС) Суспензійний метод полімеризації проводиться з періодичної схемою в реакторах з мішалкою і тепловідвідної сорочкою. Стирол готують, суспензуючи його в хімічно чистій воді за допомогою застосування стабілізаторів емульсії (полівінілового спирту, поліметакрилату натрію, гідроксиду магнію) та ініціаторів полімеризації.

Процес полімеризації проводиться при поступовому підвищенні температури (до 130 °С) під тиском. Результатом є - отримання суспензії з якої полістирол виділяють шляхом центрифугування, потім його промивають і сушать. Даний метод отримання полістиролу також є застарілим і найбільш придатний для отримання і сополімерів стиролу. Даний метод в основному застосовується у виробництві пінополістиролу.

Блоковий або отримується в масі (ПСМ) Розрізняють дві схеми виробництва полістиролу загального призначення: повної та неповної конверсії. Термічна полімеризацією в масі по безперервній схемі являє собою систему послідовно з'єднаних 2-3 колонних апарату-реактора з мішалками. Полімеризацію проводять по стадійно в середовищі бензолу - спочатку при температурі 80-100 ° С, а потім стадією 100-220 ° С. Реакція припиняється при ступені перетворення стиролу в полістирол до 80-90% маси (при методі неповної конверсії ступінь полімеризації доводять до 50-60%). Стирол який не прореагував мономер видаляють з розплаву полістиролу вакуумування , знижуючи вміст залишкового стиролу в полістиролі до 0,01-0,05%, мономер який не прореагував повертається на полімеризацію. Полістирол, отриманий блоковим методом відрізняється високою чистотою і стабільністю параметрів. Дана технологія найбільш ефективна і практично не має відходів.

Застосування ударотривкого полістиролу

Випускається у вигляді прозорих гранул циліндричної форми, які переробляються в готові вироби литтям під тиском або екструзією при 190-230 ° С. Широке застосування полістиролу (ПС) і пластиків на його основі базується на його невисокої вартості, простоті переробки та величезному асортименті різних марок.

Найбільш широке застосування (понад 60% виробництва полістирольних пластиків) отримали ударостійкі полістироли, що представляють собою сополімери стиролу з бутадієнового і бутадієн-стирольним каучуком. В даний час створені й інші численні модифікації кополімерів стиролу.

З полістиролів виробляють найширшу гаму виробів, які в першу чергу застосовуються в побутовій сфері діяльності людини (одноразовий посуд, упаковка, дитячі іграшки та інше А також будівельної індустрії (теплоізоляційні плити, незнімна опалубка, сандвіч панелі), облицювальні та декоративні матеріали (стельовий багет, стельова плитка, полістирольні звукопоглинальні елементи, клейові основи, полімерні концентрати), медичний напрямок (частини систем переливання крові, чашки Петрі, допоміжні одноразові інструменти). Полістирол після високотемпературної обробки водою або парою може використовуватися в якості фільтруючого матеріалу (фільтрує насадки) в колонних фільтрах при водо підготовки і очищення стічних вод. Високі електротехнічні показники полістиролу в області надвисоких частот дозволяють застосовувати його у виробництві: діелектричних антен, опор коаксіальних кабелів. Можуть бути отримані тонкі плівки (до 100 мкм), а в суміші з сополімерами (стирол-бутадієн-стирол) до 20 мкм, які також успішно застосовуються у пакувальній та кондитерської індустрії, а також виробництві конденсаторів.

Ударостійкий полістирол і його модифікації отримали широке застосування у сфері побутової техніки та електроніки (корпусні елементи побутових приладів).

Переробка ударотривкого полістиролу

Відходи полістиролу накопичуються у вигляді побутових товарів вийшли з вжитку а також у вигляді промислових та технологічних відходів ПС загального призначення, ударостійкого ПС (УПС) та його сополімерів. Вторинне використання полістирольних пластиків може йти за наступними шляхами:утилізація сильно забруднених промислових відходів;утилізація технологічних відходів УПС та АБС-пластик методами лиття під тиском, ектрузіі і пресування; утилізація зношених виробів;утилізація відходів пінополістиролу (ППС);утилізація змішаних відходів.

Також з полістиролу створюють полістирол бетон, який використовується для будівництва малоповерхових будівель.

1.1.3 Поліетилен

Структура молекули поліетилену

Поліетилемн (-СН₂-СН₂-)_n -- є карбоцепним полімером аліфатичного органічного вуглеводню олефінового ряду етилену. Термопластичний насичений полімерний вуглеводень; твердий, безколірний, жирний на дотик матеріал. Він легший за воду, горить повільно синюватим полум'ям без кіптяви.

Якщо етилен нагріти до 150--200°С і піддати високому тиску, його молекули почнуть сполучатися одна з одною у великі молекули. Сполучення молекул відбувається за рахунок розриву в кожній з них подвійних зв'язків з утворенням одинарних й вивільненням двох одиниць валентності. Молекули поліетилену мають лінійну структуру. На кінцях полімерних молекул, зрозуміло, вільними валентності не залишаються, як це показано на схемі. Вони насичуються приєднанням до кінців молекул вільних атомів або радикалів, що утворюються при руйнуванні молекул етилену.

Будову молекул полімеру зображають звичайно скорочено структурою однієї елементарної ланки. Скорочена структурна формула поліетилену:

[ --CH2--CH2-- ] Число n показує, скільки молекул мономеру сполучається в молекулу полімеру. Це число називають коефіцієнтом полімеризації.

Різні молекули даного полімеру складаються з різного числа молекул мономеру. Тому й молекулярні маси різних молекул даного полімеру різні. В галузі полімерних сполук молекулярна маса показує не масу кожної окремої молекули, а середню молекулярну масу. Молекулярна маса окремих молекул даного полімеру може значно відрізнятися від його середньої молекулярної маси. Середня молекулярна маса полімеру може істотно змінюватися залежно від умов його одержання, а разом з тим змінюються і властивості полімеру. Так, наприклад, коли етилен піддавати полімеризації під тиском 300 атм, то утворюється пластичний полімер з довжиною ланцюжків макромолекул до 1500--2000 елементарних ланок. Середня молекулярна маса такого поліетилену досягає 56 000 в. о. При тиску 1500 атм утворюється твердий поліетилен з довжиною ланцюжків макромолекул до 5000--6000 елементарних ланок і з середньою молекулярною масою понад 150 000 в. о.

Властивості поліетилену

Стійкий до дії води, не реагує з лугами будь-якої концентрації, з розчинами нейтральних, кислих і основних солей, органічними і неорганічними кислотами, навіть концентрованою сірчаною кислотою, але розкладається при дії 50%-ої азотної кислоти при кімнатній температурі і під впливом рідкого чи газоподібного хлору і фтору. При температурі вище 70°C він набухає та розчиняється у хлорованих і ароматичних вуглеводнях.

При кімнатній температурі не розчиняється і не набухає в жодному з відомих розчинників. При підвищеній температурі (80° C) розчинний в циклогексані і чотирихлористому вуглеці. Під високим тиском може бути розчинений в перегрітій до 180° C воді.

З часом, розкладається з утворенням поперечних міжланцюгових зв'язків, що призводить до підвищення крихкості на тлі невеликого збільшення міцності. Нестабілізований поліетилен на повітрі піддається термоокислювальній деструкції (термостарінню). Термостаріння поліетилену проходить за радикальним механізмом, супроводжується виділенням альдегідів, кетонів, перекису водню та ін.

Застосування поліетилену

Поліетилен є найдешевшим матеріалом із групи поліолефінів. Його обсяг у загальному виробництві поліолефінів становить 75-78%.

Поліетилен біологічно нешкідливий, тому він широко застосовується у медицині, у житловому будівництві. Завдяки високій хімічній стійкості поліетилен широко застосовується в хімічній промисловості для виробництва пластикових труб, частин різних апаратів, внутрішньої футеровки місткостей для зберігання кислот тощо. Поліетилен застосовується також в електротехнічній, електро кабельної і радіотехнічній промисловості як високоякісний і високочастотний провідник. Значна частина поліетилену йде на виготовлення водопровідних труб, а також різних побутових предметів поліетиленових плівок, бутелів, пробок тощо.

ПЕНТ володіє більш високими фізико-механічними показниками ніж ПЕВТ. Більша частина ПЕВТ використовується для виготовлення плівки та листів, ПЕНТ - ізоляції проводів і литтєвих виробів. Він експлуатується при температурах від -80 до +60°C (ПЕВТ) і до 100°C (ПЕНТ).

Отримання поліетилену

Поліетилен високого тиску (ПЕВТ) отримують радикальною полімеризацією етилену при високому тиску та іонною полімеризацією при низькому та середньому тиску.

Поліетилен низького тиску (ПЕНТ) отримують в гетерогенному середовищі полімеризацією етилену при температурі 70-80°C і тиску 0,3-0,5 МН/мІ(кг/смІ). У промисловості поліетилен низького тиску отримують за на пів безперервною та безперервною схемами у присутності каталізатора Циглера -- Натта (AL₂(C₂H₅)₆/TiCl₄.

Технологічний процес отримання поліетилену низького тиску здійснюється за умов: температура - 70-80°C, тиск - 0,15-0,2МН/мІ (кг/смІ), концентрація каталізатора в бензині - 1%, ступінь конверсії етилену - 98% , концентрація поліетилену на виході - 100 кг/мі.

1.1.4 Поліаміди

Лінійні полімери мають специфічний комплексом фізико-хімічних і механічних властивостей.

Найважливіші з цих властивостей:- здатність утворювати високоміцні анізотропні високо орієнтоване волокна і плівки, здатність до великих, що довгостроково розвиваються оборотним деформацій; здатність в високо еластичного стану набухати перед розчиненням; висока в'язкість розчинів.

Цей комплекс властивостей обумовлений високою молекулярною масою, ланцюговим будовою, а також гнучкістю макромолекул. При переході від лінійних ланцюгів до розгалужених, рідкісним тривимірним сіток і, нарешті, до густих сітчастих структур цей комплекс властивостей стає усе менш вираженим. Сильно зшиті полімери нерозчинні, неплавким і нездатні до високо еластичний деформацій.

Полімери можуть існувати в кристалічному і аморфному станах. Необхідна умова кристалізації - регулярність досить довгих ділянок макромолекули. У кристалічних полімерах можливе виникнення різноманітних надмолекулярних структур (фібрил, сферолітів, монокристалів, тип яких багато в чому визначає властивості полімерного матеріалу. Надмолекулярних структури в не закристалізованих (аморфних) полімерах менш виражені, ніж у кристалічних.

Не закристалізовані полімери можуть знаходитися в трьох фізичних станах: склоподібного, високо еластичне і в'язко текучий. Полімери з низкою (нижче кімнатної) температурою переходу з склоподібного у високо еластичний стан називаються еластомеру, з високою - пластиками. Залежно від хімічного складу, будівлі і взаємного розташування макромолекул властивості полімери можуть мінятися в дуже широких межах. Так, 1,4- цисполібутадіен, побудований із гнучких вуглеводневих ланцюгів, при температурі близько 20°С - еластичний матеріал, який при температурі -60°С переходить у склоподібного стану; полі метилметакрилат, побудований з більш твердих ланцюгів, при температурі близько 20 °С - твердий склоподібних продукт, що переходить у високо еластичний стан лише при 100 °С. Целюлоза - полімер з дуже твердими ланцюгами, з'єднаними міжмолекулярними водневими зв'язками, взагалі не може існувати у високо еластичний стані до температури її розкладання. Великі розходження у властивостях полімерів можуть спостерігатися навіть у тому випадку, якщо відмінності в будові макромолекул на перший погляд і невеликі. Так, стереорегулярними полістирол - кристалічна речовина з температурою плавлення близько 235°С, а не стереорегулярний взагалі не здатний кристалізуватися і розм'якшується при температурі близько 80°С.

Полімери можуть вступати в наступні основні типи реакцій: - утворення хімічних зв'язків між макромолекулами (так називане зшивання), наприклад при вулканізації каучуків, дубленні шкіри; розпад макромолекул на окремі, більш короткі фрагменти, реакції бічних функціональних груп полімерів з низькомолекулярними речовинами, що не торкаються основний ланцюг (так звані полімер аналогічне перетворення); внутрішньо молекулярні реакції, що протікають між функціональними групами однієї макромолекули, наприклад внутрішньо молекулярних циклізація.

Зшивання часто протікає одночасно з деструкцією. Прикладом полімер аналогічних перетворень може служити омилення полівтілацетата, що приводить до утворення полівінілового спирту. Швидкість реакцій полімерів з низькомолекулярними речовинами часто лімітується швидкістю дифузії останніх у фазу полімеру. Найбільш явно це виявляється у випадку зшитих полімерів. Швидкість взаємодії макромолекул з низькомолекулярними речовинами часто істотно залежить від природи і розташування сусідніх ланок щодо реагує ланки. Це ж стосується і внутрішньо реакцій між функціональними групами, що належать одного ланцюга.

Деякі властивості полімерів, наприклад розчинність, здатність до грузлому течією, стабільність, дуже чутливі до дії невеликих кількостей чи домішок добавок, що реагують з макромолекулами. Так, щоб перетворити лінійний полімер з розчинного в цілком нерозчинний, досить утворити на одну макромолекул 1-2 поперечні зв'язки.

Найважливіші характеристики полімерів - хімічний склад, молекулярна маса і молекулярно-масовий розподіл, ступінь розгалуженості і гнучкості макромолекул, стереорегулярними та інші. Властивості полімерів істотно залежать від цих характеристик.

Характеристика та застосування поліамідів

Поліаміди -- полімер на основі синтетичних високомолекулярних сполук, що містять в основному ланцюзі амідні групи -CONH-. Поліаміди одержують поліконденсацією амідів багато основних кислот альдегідами, поліконденсацією вищих амінокислот або диамінів з дикарбоновими кислотами, конденсацією капролактаму і солей диамінів дикарбонових кислот і ін. Поліаміди застосовують у вигляді волокон типу капрон, нейлон, плівок, клеїв і покриттів, як антикорозійні матеріали для захисту металів і бетонів, в медицині (для хірургічних швів, в очній хірургії, для штучних кровоносних судин, як замінники кісток), як замінники шкіри.

Поліаміди - високомолекулярні сполуки, пов'язані з гетеро цепних полімерів, в основному ланцюзі яких містяться амідні зв'язки, за допомогою яких з'єднані між собою моно мірні залишки. Прикладом поліамідів є найлон. Тому розглянемо поліаміди на прикладах полімерах і найлона.

Більшість ароматичних поліамідів розчиняється в обмеженому числі розчинників, що помітно звужує області їхнього застосування і ускладнює технологію переробки. Введення в поліамідні ланцюг сульфо груп позначається на розчинності полімерів. При певному змісті сульфо груп ароматичні поліаміди набувають здатність розчинятися у воді. Для розглянутих нами поліамідів цей перехід відповідає діапазону обмінної ємності 2,6-3,2 г-екв/м. У амідних розчинниках при значеннях обмінної ємності 2,6 г-екв/г і нижче вони утворюють стабільні розчини з концентрацією 5-15% мас. Слід зазначити, що всі представлені поліаміди незалежно від будови і кількості сульфогруп розчинні у 96%-ної сірчаної кислоти.

Найлон (анид, поліамід-6, 6) отримують поліконденсацією двох мономерів:

-Адипінової кислоти HOOC-(СН₂)₄-COOH ;

-Гексаметілендіаміна Н₂N ( СН₂) ₆NH₂.

Цифри в назві "поліамід-6, 6" означають число атомів вуглецю між амідних групами-NH-CO-в структурному ланці. Для забезпечення суворої еквівалентності адипінової кислоти і діамін спочатку готують їх сіль (сіль АГ) шляхом змішування реагуючих речовин в розчині метанолу:

Н ₂N(СН₂) 6NH₂ + HOOC (СН₂) 4COOH ( 1.2 )

[ Н ₂N(СН₂)₆-NH₃]+[OOC- (СН₂)4COOH] ( 1.3 )

Потім нагрівають водний розчин або суспензію (60-80%) очищеної солі в автоклаві. Після закінчення реакції розплавлений поліамід видавлюється з автоклава у вигляді безперервної стрічки, яка потім робиться на "крихту". Весь процес поліконденсації та подальші операції з розплавленим полімером проводять в атмосфері азоту, ретельно звільненого від кисню, щоб уникнути окислення і потемніння полімеру.

Області застосування найлона, як і інших поліамідів, - отримання синтетичного волокна та деяких конструкційних деталей.

Приклади отримання поліамідів

Аналоги поліпептидів можна отримати синтетично з w-амінокислот, причому практичне застосування знаходять сполуки цього типу, починаючи з «поліпептиду» w-амінокапронової кислоти. Ці поліпептиди (поліаміди) виходять нагріванням циклічних лактомов, що утворюють за допомогою бекмановской перегрупування оксидів циклічних кетонів.

З цього розплаву полімеру капронової смоли витягуванням формують волокно капрон. У принципі, цей метод можна застосовувати для отримання гомологів капрону.

Поліаміди можна отримувати і поліконденсацією самих амінокислот (з відщеплення води):

Поліаміди зазначеного типу йдуть для виготовлення синтетичного волокна, штучного хутра, шкіри та пластмасових виробів, що володіють великою міцністю і пружністю (типу слонової кістки). Найбільше поширення отримав капрон, в наслідок доступності сировини та наявність давно розробленого шляхи синтезу. Ентант і рільсан мають перевагу великої міцності і легкості.

1.2 Аналіз існуючих методів виробництва та обґрунтування прийнятого методу виробництва

Характеристика способів виготовлення виробів

Основними методами (способами) переробки полімерних матеріалів у вироби є: лиття під тиском; полімеризація у формі; ротаційне формування; лиття спінених виробів; пресування пінопластів; отримання профільних виробів, екструзія; формування волокна; виготовлення плівок поливом; занурення; пресування; видування; каландрування; пневмо - і вакуум формування.

У зв'язку з тим, що основна номенклатура виробів технічного і побутового призначення виготовляється з термопластичних матеріалів, то найбільш прийнятними способами формування виробів є: лиття під тиском, пресування, пневмо - і вакуум формування.

Розглянемо дані методи виготовлення виробів.

Лиття під тиском

Лиття під тиском - це основний метод переробки полімерних матеріалів і отримання виробів, що полягає в пластикації, гомогенізації полімерного матеріалу в матеріальному циліндрі і впорскуванні його в заздалегідь замкнуту форму, яка охолоджується для термопластів і нагрівається для реактопластів.

Литтям під тиском виготовляють вироби з термопластичних і термореактивних пластмас різноманітної конфігурації та маси, що розрізняються від десятих часток грама до багатьох десятків кілограм, по товщині стінок - від десятих часток міліметра до декількох десятків сантиметрів. Причому вироби мають високу точність і стабільність розмірів.

При лиття термопластів розплав, що заповнив форму, твердне при охолодженні, після чого форма розкривається і виріб виштовхується.

При формуванні реактопластів полімерну композицію впорскують у форму, яку потім нагрівають до температури затвердіння матеріалу. Після цього форму відкривають, і виріб також витягується.

Переробка пластмас у вироби зводиться до створення конструкції, яка забезпечує заданий комплекс експлуатаційних властивостей, шляхом перекладу полімерного матеріалу в стан, в якому він легко набуває необхідну форму з його подальшою фіксацією (збереженням).

Лиття під тиском має ряд переваг у порівнянні з пресуванням і екструзією: хороша Пластикація і гомогенізація продукту; точне дозування полімерного матеріалу; легко автоматизується. Серед недоліків слід відзначити: анізотропію властивостей, при литті; різну усадку для матеріалів.

Пресування

Пресування - це технологічний процес, сутність якого полягає у пластичній деформації полімерного матеріалу при одночасній дії на нього тепла і тиску з подальшою фіксації форми.

В даний час методом пресування переробляються тільки реактопласти.

Даним методом виготовляють: шаруваті листові пластики, дозуючі таблетки з прес-порошків. Існує компресійне (пряме) і трансферне (литтевє) пресування. Компресійне пресування - процес, при якому матеріал завантажується безпосередньо в формующую порожнину прес-форми, де відбувається його формування.

Цей спосіб відрізняється невисокою продуктивністю, проте, їм можна переробляти всі реактопластів. Трансферне пресування це спосіб, при якому попередньо підігрітий і пластіціруемий полімерний матеріал впорскується із завантажувальної камери через ливникові канали в порожнину прес-форми.

Переваги даного методу - виготовлення деталей складної форми з арматурою; рівномірне затвердіння вироби. Недоліками методу є: складність автоматизації процесу.

Пневно -і вакуум формування

Пневмо - та вакуум формування - це процес формування вироби з листового полімерного матеріалу, перекладеного нагріванням у високо еластичний стан і надання необхідної конфігурації за рахунок різниці тисків під і над листової заготівлею, створюваної стисненим повітрям або вакуумом.

Це відносно дешевий спосіб отримання великогабаритних виробів (ванни, корпусу, упаковка для харчових продуктів). Перевага даного методу: мала вартість та металоємність обладнання; добре піддається автоматизацію.

Недоліками методу є: низька продуктивність через тривалості циклу формування; складність нагріву, формування та обрізки листів понад 3 мм ; Велика кількість відходів до 40%.

Вибір методу переробки

При виборі методу переробки будемо виходити з проведеного літературного огляду і на основі комплексного аналізу наступних показників: вид матеріалу, що переробляється; вимоги асортиментної програми (за формою вироби; по граничних значень товщини стінок; за співвідношенням габаритних розмірів виробу); серійність виробництва; вимоги до якості виробів.

У нашому випадку більш придатним методом переробки полімерів є лиття під тиском, тому що пресуванням переробляють, як правило, реактопласти.

Крім того, литтям під тиском переробляються всі без винятку термопластичні матеріали, вид і марки яких вибираються в залежності від призначення виробів, міцності, теплостійкості, та інших властивостей. В даний час, більше 30% обсягу термопластів переробляється цим методом, і обсяги виробництва виробів з термопластів методом лиття під тиском мають тенденцію до збільшення. При литті під тиском забезпечується точність розмірів виробів, більш висока чистота їх поверхні і менша витрата сировини, ніж при отриманні виробів іншими методами (видуванням, вакуумним та пневматичним формуванням). Вартість ливарних машин порівняно невелика.

Таким чином, з урахуванням проведених маркетингових досліджень для проектованого цеху найбільш зручним і вигідним методом переробки термопластів є лиття під тиском, тому що він більш повно відповідає вимогам завдання на проектування за видами матеріалу, що переробляється, вимогам асортиментної програми, серійності виробництва і якості виробів.



2. Технологічна частина

2.1 Теоретичні основи методу переробки

Особливості переробки пластмас методом лиття під тиском

Лиття під тиском є одним з основних методів переробки термопластів у вироби. Метод дозволяє з високою точністю виготовляти високоякісні вироби різного ступеня складності. Переробка термопластів литтям під тиском полягає в нагріванні матеріалу до розм'якшення і подальшого переходу у в'язко текучий стан в нагрівальному циліндрі і інжекції (уприскуванні) його в литтєву форму, де матеріал набуває необхідну форму (формується) і твердне. У каналах литтєвий форми циркулює охолоджуюча вода заданої температури. Метод характеризується високою продуктивністю, так як нагрів матеріалу здійснюється поза форми. Ливарні вироби виходять з високою точністю розмірів і вимагають мінімальної механічної обробки. Методом лиття під тиском можна виготовити всілякі деталі складної конфігурації, деталі з арматурою, а також переробляти матеріали, наповнені скловолокном та іншими наповнювачами. Перевагою методу є також можливість повної автоматизації процесу, застосування АСУТП, автоматичних маніпуляторів і т. Д. Однак метод лиття під тиском пов'язаний з великими витратами на устаткування і оснащення, що не доцільний при виготовленні виробів невеликими серіями і деталей, які можуть бути виготовлені іншими методами.

Широкий розвиток методу лиття під тиском пов'язано також з розвитком виробництва нових термопластів з відмінними фізико-механічними властивостями, таких, як, наприклад, поліформальдегід і його сополімери, полікарбонат, полісульфон та ін. В даний час є близько 35 типів термопластів, переробляються литтям під тиском . На основі того чи іншого термо пласта випускаються численні марки мате ріалів, що відрізняються за фізико-механічними властивостями і плинності і призначених для різних цілей. У гл. 2 дана характеристика основних промислових термопластів, в тому числі переробляються литтям під тиском. Вироби, одержувані литі ем під тиском, різноманітні як за масою, так і по конфігурації і розмірам. Ливарні вироби широко застосовуються в автомобільній промисловості, приладобудуванні, в будівництві, суднобудуванні, літакобудуванні, в медицині і в побуті.

Литтєві машини

Процес лиття під тиском здійснюється на серійно випускаються промисловістю ливарних машинах, що складаються з двох основних частин: механізму пластикації - уприскування і механізму замикання форми. Перша частина служить для дозування матеріалу, його пластикації і уприскування розплаву в форму. Друга частина призначена для кріплення литтєвий форми, її переміщення та утримання в зімкнутому стані

Класифікація литтєвих машин

Машини для лиття під тиском класифікуються за низкою параметрів і ознак.

Основним класифікаційним параметром є потужність литтєвий машини, або обсяг вприскування, який виражається числом кубічних сантиметрів матеріалу, що витрачається на виготовлення однієї виливки.

Крім того, ливарні машини підрозділяються за принципом дії механізму пластикації упорскування (поршневі, червячно - поршневі, черв'ячні), по вид) приводу (механічні, гідравлічні, гідромеханічні), по числу прес-вузлів (одно - і багатопозиційні), за типом переробляються матеріалів і т. д. По взаємному розташуванню осей механізмів пластикації уприскування і замикання форми ливарні машини поділяються на горизонтальні, вертикальні і кутові. Найбільшого поширення набули машини горизонтального типу, в яких осі механізмів пластикації уприскування і замикання форми розташовані горизонтально.

Виробництво і застосування ливарних машин вертикального типу викликано необхідністю отримання виробів з арматурою. Машинний час є паспортної характеристикою машини, а технологічний час (тривалість витримки під тиском і без тиску) встановлюється дослідним шляхом.

Технологічний процес лиття під тиском

Якість виробів, що виготовляються методом лиття під тиском, в значній мірі залежить від вибору оптимальних режимів переробки, точного дотримання встановленого режиму, якості устаткування і оснащення, якості та підготовки сировини, що переробляється, наступної обробки отриманих виробів. Технологічна схема виробництва литтєвих виробів являє собою систему взаємопов'язаних процесів: підготовчих операцій, основного процесу лиття, процесів подальшої обробки та пакування виробів.

В даний час найбільш доцільно застосовувати технологічні схеми виробництва литтєвих виробів, здійснювані в напівавтоматичному та автоматичному режимах роботи устаткування, на автоматичних лініях і на автоматизованих дільницях

Норми технологічного режиму

Норми технологічного режиму складаються окремо на кожен вид виробів і контролюється за режимною картою. Операційна карта знаходиться на робочому місці. У режимній карті записуються температура, тиск, час витримки, матеріал, обладнання, арматура на даний вид виробу. Технологічні режимні карти складаються технологами. Норми технологічного режиму можливо зменшити, якщо удосконалення технологічного процесу або заміна іншого матеріалу

Номенклатура

Вибраний асортимент виробів виготовляється методом лиття під тиском. Вироби мають сільськогосподарське призначення і користується широким попитом у населення. Вироби проходять перевірку у санітарно - епідеміологічних закладах і мають відповідний дозвіл на виробництво. Всі вироби мають радіуси заокруглень для поліпшення знімання виробу с форми. Вироби не повинні мати тріщин, сколів, різного забарвлення, відтінків, утяжки. Поверхня виробів повинна бути гладкою без подряпин. Деталі зберігаються в сухих приміщеннях на відстані від обігріваючих приладів не менше 1м. Упаковані деталі транспортуються всіма видами транспорту із захистом їх від дії зовнішнього середовища. Відвантаження готової продукції, що виготовляються підприємством, постачають у багато міст та населених пунктів території України.

Технологічний процес виробництва окремих виробів

Норми технологічного режиму складаються окремо на кожний вид виробів та контролюється по режимній карті. Операційна карта знаходиться на робочому місці ливника пластмас.

В операційній карті записуються температура, тиск, час витримки, марка матеріалу, модель обладнання, арматура, мастило, назва виробу, інструмент (молоток латунний, виколотка). Вимірювальний інструмент (штангенциркуль, мікрометр). Технологічні операційні карти складаються технологами

2.2 Опис технологічної схеми виробництва

Описання схеми виробництва

Найбільш поширеною є схема в напівавтоматичному режимі роботи обладнання. На переробне підприємство сировина надходить упакованим в м'які контейнери 3, розміщені у вагонах. За допомогою автокрана 2 відбувається вивантаження сировини. За допомогою підвісної кран-балки 4 сировина подається на розтарювальну установку 5 заводського складу. Пневмотранспортом сировину переміщається в ємності для зберігання сировини 6 і 8. З цехового складу сировини гігроскопічні матеріали надходять в сушильне відділення для підсушування в сушарках 9. Потім сировину пневмотранспортом подається в бункер литтєвий машини 10, звідки він потрапляє в матеріальний циліндр. на верстат 12 для механічної обробки, піддаватися термічній обробці у ванні (камері) 13 або без додаткової обробки після попереднього огляду і контролю надходити на стіл упаковки 14. Литники та брак виробів збирають у чисту тару і направляють на подрібнення в дробарках '15, а потім гранулюють в грануляторах 16.

Рисунок 2.1 - Технологічна схема виробництва литтєвих виробів із термопластів в напівавтоматичних та автоматичному режимах роботи обладнання

1. Вагон ( на піввагон )

2. Автотранспорт

3. М'який конвеєр

4. Підвісна кран-балка

5. Розратювальна установка

6. Ємкість для зберігання сировини

7. Пневмотранспорт

8. Ємкість для зберігання сировини

9. Вакуумна сушарка

10. Литтєва машина Конвеєр

11. Станок для механічної обробки сировини

12. Камера термообробки

13. Стіл упаковки

14. Дробильна установка

15. Гранулятор для переробки відходів

Тут матеріал нагрівається і плавиться, після чого впорскується в литьевую форму, де відбувається формування виробів. Відформовані вироби можуть подаватися по конвеєру Вторинний матеріал додають до свіжого в тих самих кількостях, в яких він виходить в технологічному процесі; додавання вторинного матеріалу допускається для отримання менш відповідальних деталей. У наведеній технологічній схемі можна виділити наступні етапи: підготовка сировини (прийом, зберігання, аналіз фарбування, підсушка); лиття виробів; обробка (механічна, термічна); контроль і упаковка виробів. Розглянемо докладніше окремі етапи.

2.3 Опис окремих стадій технологічної схеми виробництва

Одержання сировини

Матеріал у гранульованому виді надходить на завод у автофургонах в контейнерах по 500 кг або поліетиленових мішках по 25 - 30 кг . Вивантаження із вагона проводиться за допомогою електронавантажувача (автокрана). Сировина з контейнерів розтарюється і подається пневмотранспортом в складські ємності.

Сировина в мішках укладається партіями на піддони і міжцехових транспортом перевозиться на заводський склад.

При прийомі сировини в будь-якій упаковці обов'язковою умовою є облік прибулого сировини, для чого передбачаються залізничні та автомобільні ваги.

Прийняття сировини

Відповідно з умовами затарювання сировини виробництва - виробника на виробництві з переробки полімерних матеріалів методом лиття під тиском сировина приймається в баулах та мішках.

Враховуючи різноманітність перероблюваної сировини та відносно невелику її тоннажність, ліпше упаковувати сировину в м'які контейнери одноразового використання.

Сировина в мішках транспортується з вагону грузовими машинами до цеху, а потім елетро карою мішки укладаються на піддоні в склад сировини. Розтарування сировини

Гранульоване сировину в контейнерах об'ємом 1,5 мі автонавантажувачем подається до зовнішньої стіни цеху, де знаходиться приймальний пристрій системи пневмотранспорту, що забезпечує подачу гранульованого сировини у прийомні бункера об'ємом 10 м і кожен. Прийнята система вакуумного пневмотранспорту із застосуванням газодувок (одна робоча, інша запасна). Під кожним бункером встановлений шлюзової живильник, який зберігає вакуум в бункері і є дозатором гранульованого сировини. Транспортує середовище - повітря. На бункерах для контролю заповнення встановлені датчики верхнього та нижнього рівня сировини. Управління системами пневмотранспорту проводиться дистанційно з пульта.

Водій автонавантажувача після установки контейнера під прийомним пристроєм і його приєднанням повідомляє оператору завантаження сировини про готовність до роботи. Оператор встановлює перемикачі пневмотранспорту на відповідний приймальний бункер і дистанційно відключає відсічною клапан по лінії відсмоктування. Після цього з пульта управління включається газодувки.

Гранульоване сировину з контейнера, який знаходиться в підвішеному стані, самопливом подається в приймальний пристрій пневмотранспорту і по трубопроводу подається в бункер, де відбувається відділення гранул від повітря, гранули накопичуються в бункері, а запилений повітря відсмоктується газодувки, пройшовши попередньо через фільтр очищення, і викидається в атмосферу. Після закінчення транспортування система пневмотранспорту продувається і газодувки відключається. З приймального бункера сировину пневмотранспортом подається в бункери ливарних машин.

Сировина, що надходить в мішках, із заводського складу привозиться в цеховій, де розтарюється в технологічні контейнери для транспортування і підготовки сировини. Сировина, що надходить на підприємство в будь-якій упаковці, супроводжується відповідним документом (паспортом), в якому вказується його основні характеристики і відповідність вимогам державних стандартів або технічних умов.

Для визначення параметрів нафтових сировини, а також відповідності характеристик межах, зазначених у супровідному документі, проводиться так званий вхідний контроль. При цьому визначається однорідність матеріалу в партії і показник плинності розплаву. Визначення основних технологічних і фізико-механічних показників сировини при необхідності проводиться в центральної заводської лабораторії, що має відділення технологічних, фізико-механічних і хіміко-аналітичних випробувань.

Згідно з умовами затарювання сировини підприємствами - виготовлювачами, на підприємствах з переробки пластмас методом лиття під тиском передбачається прийом сировини в цистернах, контейнерах і мішках.

Враховуючи велику різноманітність перероблюваної сировини та відносно невелику тоннажність його, найбільш доцільним видом упаковки термопластів для лиття під тиском представляються контейнери одноразового використання.

Сировина з контейнерів може розтарюється і подаватися пневмотранспортом або в ємності зовнішнього зберігання, або у цехові проміжні ємності.

З цистерн сировину пневмотранспортом подається в ємності, об'єм яких дорівнює або більше об'єму цистерн.

Сировину в мішках транспортується з вагонів системами транспортерів, укладається партіями на піддони і міжцехових транспортом перевозитися в заводський склад.

При прийомі сировини у будь-якій упаковці обов'язковою умовою є облік прибулого сировини, для чого передбачаються залізничні та автомобільні ваги.

У разі прийому сировини у контейнери разового використання облік може важити за кількістю упаковок.

Підготовка сировини

Підготовка сировини виконується в залежності від його властивостей і вимог до якості готової продукції. Як правило, для отримання продукції високої якості і точності необхідна сировина піддавати сушці і гомогенізації. У зв'язку з цим у відділенні підготовки будуть виконуватися операції сушіння сировини і змішання його з концентратами барвників і добавками. Змішання буде здійснюватися в спеціальних пристроях для змішування, що знаходяться над бункерами ливарних машин. Вологість сировини є одним із важливих параметрів, що впливають на якість ливарних виробів. При підвищеній вологості вироби мають поганий зовнішній вигляд (сріблястість, утяжин), а також погіршення механічних властивостей. У зв'язку з цим, термопласти перед переробкою рекомендується сушити гарячим повітрям з температурою 60-80 0 С. Для цього у литтєвий машини встановлюють додатковий бункер з вентилятором, електричним нагрівачем, розподільником повітря і системи контролю та управління.

Зберігання сировини

Складське приміщення повинно бути: Чистим. Не мати доступу прямого сонячного світла. Мати відносну вологу повітря не більше 85%. Мати температуру повітря в межах від 5 до 250С.Не мати у повітрі органічних розчинників.

Формування виробів

Технологічний цикл формування виробів в литтєвій машині забезпечується за рахунок роботи трьох вузлів змикання та розмикання форми

- Вузол пластикації.

- Механізм підводу.

- Вузол впорскування.

Полімер у вигляді гранул завантажується у бункер литтєвої машини, звідки у матеріальний циліндр. Завантажується матеріал за допомогою дозуючого пристрою. В матеріальний циліндр по мірі проходження вздовж шляху, відбувається розігрів його у пластикацію. Інший розігрів відбувається електрообігрівачем. Всередині матеріального циліндру обертається черв'як зі змінною нарізкою по довжині черв'яку, максимальної у зоні завантаження і мінімальної у зоні дотації. Матеріал захоплюється черв'яком ущільнюється у зоні стискання, плавиться, переміщується і рушить до зони дотації, де він накопичується і через відкритий мундштук за допомогою механізму впорскування, впорскується в замкнену охолоджену форму. Питомий тиск лиття 950 - 1200 кг ? м³. Температура розплавленого пластика ( для полістиролу 180 - 220 ⁰С). Температура матеріального циліндру по зонах змінюється в залежності від властивостей матеріалу, конфігурації, розмірів виробів, від конструкції машини та технологічних властивостей.