Метод оплавления. Общие сведенья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метод оплавления. Общие сведенья

оплавление полимер гранулированный поверхностный

Оплавление - особенностью этого метода является то, что частицы порошкообразных или гранулированных полимеров прогревают до оплавления или размягчения только поверхностного слоя, в то время как их сердцевина сохраняет исходное физическое (аморфное) или фазовое (кристаллическое) состояние.

Оплавлением получают изделия из гранулированных, порошкообразных или в виде крошки термопластов, традиционно перерабатываемых из расплава (ПЭНД, Г1ЭВД, ПП, ПВХ. ПС, НЭПА, ПЭТФ, ПК, ПЛ).

Сущность процесса заключается в следующем: сыпучий полимерный материал загружается в камеру, смазанную парафином или силиконовой жидкостью, и интенсивно нагревается от внешних источников тепла. Вследствие низкой теплопроводности полимера поверхность частиц нагревается до температуры плавления, в результате чего между соседними частицами образуются мостики сварки. Незначительным давлением изделию придается конфигурация формы. После охлаждения полученное изделие извлекается из формы. Применением внутренней оформляющей детали получают изделия более сложной конфигурации. В этом случае конструкция детали предусматривает ее охлаждение и легкий съем изделия. Для ПЭ используют гранулы размером 0,1-0,4 мм из марок с показателем текучести расплава менее 2 г/10 мин.

Один из простейших способов получения изделий оплавлением заключается в том, что полимер засыпают в открытую форму, закрывают крышкой и помещают в печь, где выдерживают до расплавления слоя, контактирующего с формой. По достижении требуемой толщины этого слоя форму извлекают из печи, охлаждают, раскрывают и высыпают нерасплавленный гранулят. Затем форму с изделием вновь помещают в печь для оплавления его внутренней поверхности.

Виды оплавления

Существует несколько видов оплавления, у каждого из которых есть свои преимущества. Различия в свойствах могут относиться к области конструкции деталей, прочности соединений и эстетическим качествам готовой сборки, поэтому конструктору следует осторожно подходить к вопросу выбора вида оплавления, подходящего для каждого конкретного применения. Ниже дано краткое описание наиболее часто используемых видов оплавления.

Оплавление пустотелых деталей:

- хорошо применимо для стержней большого диаметра (не менее 0,2 см внешнего диаметра);

- дает большой и прочный наконечник;

- нет необходимости плавить большое количество материала (меньше времени, меньше усилие);

- позволяет избежать образования отметин на противоположной стороне формованного компонента;

- позволяет производить повторную сборку деталей с помощью самонарезающих винтов, когда необходимы ремонт или демонтаж;

- имеет приятный внешний вид (можно сделать так, чтобы выглядело как наформованное).

Оплавление деталей с накаткой:

- идеально подходит для крупносерийного производства;

- имеется три разновидности: тонкая накатка, средняя накатка и грубая накатка;

- как правило, степень тонкости и текстура накатки зависят от диаметра выпуклости, которая подвергается оплавлению;

- можно осуществлять накатку крупных инструментов и оплавить много элементов, не заботясь о регулировке;

- хорошо использовать на нагревающихся платах, где проблемой является термическое расширение;

- хорошо получается, если у сопрягаемого компонента есть коническая фаска;

- продолжительность рабочего цикла значительно уменьшается.

Розеточное развальцовывание:

- рекомендуется для стержней большого диаметра;

- развальцовывает материал, давая равномерную прочность крепления на 360 градусов;

- легко оплавляет / перемещает большие объемы;

- нужно меньше силы при оплавлении;

- рабочий цикл несколько короче по сравнению с купольным оплавлением больших стержней;

- регулировка имеет основное значение;

- необходимо очень точное расположение так, чтобы центральная точка наконечника касалась центральной точки стержня;

- не рекомендуется, как правило, для использования на нагревающихся платах (лучше на зондах) из-за термического расширения;

- обычно не рекомендуется для стержней малого диаметра;

- имеет приятный внешний вид (выглядит как заклепки).

Оплавление заподлицо:

- используется для применений, где имеются поверхности, соединяемые заподлицо;

- необходимо, чтобы сопрягаемые компоненты имели достаточную толщину для конической фаски, зенковки или сочетания обеих;

- объем выступа имеет решающее значение для правильного заполнения конического углубления.

Купольное/коническое оплавление:

- обычно используется при наличии выступов с внешним диаметром 0,64 см или менее;

- имеет приятный внешний вид;

- дает плотное оплавление;

- рекомендуется для кристаллических веществ с четкими точками плавления, таких как стеклонаполненный на 33% нейлон, для точно определенных температур плавления, (последующее охлаждение обязательно);

- хорошо подходит для стеклонаполненных материалов, или материалов с абразивными наполнителями;

- хорошо подходит для материалов, которые легко снижают интенсивность свойств (последующее охлаждение);

- купольное оплавление бывает двух видов: высокое и низкое (высокое обычно 1,9 см в высоту или более, а низкое обычно 0,95 см в высоту или менее);

- хорошо подходит для использования с расточенными отверстиями.

Технология изготовления изделий из полимеров методом оплавления

Оплавлением получают изделия из гранулированных, порошкообразных или в виде крошки термопластов, традиционно перерабатываемых из расплава (ПЭНД, ПЭВД, ПП, ПВХ, ПС, ПЭПА, ПЭТФ, ПК, ПА). Сущность процесса заключается в следующем (рис. 1). Сыпучий полимерный материал 1 загружается в камеру, смазанную парафином или силиконовой жидкостью, и интенсивно нагревается от внешних источников тепла Q. Вследствие низкой теплопроводности полимера поверхность частиц нагревается до температуры плавления, в результате чего между соседними частицами образуются мостики сварки. Незначительным давлением (Р = min) изделию придается конфигурация формы (рис. 1, а). После охлаждения полученное изделие извлекается из формы. Применением внутренней оформляющей детали (рис. 1, б) получают изделия более сложной конфигурации. В этом случае конструкция детали 2 предусматривает ее охлаждение и легкий съем изделия 3.

Рис. 1 Схема получения изделий оплавлением

а - образование мостиков сварки

б - формирование изделий

Для ПЭ используют гранулы размером 0,1-0,4 мм из марок с показателем текучести расплава менее 2 г/10 мин.

Один из простейших способов получения изделий оплавлением заключается в том, что полимер засыпают в открытую форму, закрывают крышкой и помещают в печь, где выдерживают до расплавления слоя, контактирующего с формой. По достижении требуемой толщины этого слоя форму извлекают из печи, охлаждают, раскрывают и высыпают нерасплавленный гранулят. Затем форму с изделием вновь помещают в печь для оплавления его внутренней поверхности.

Методом оплавления получают бесшовные изделия в виде баков емкостью до 200 л, ванн, ящиков и коробок вместимостью до 500 л, и даже крупногабаритные емкости до 5000 л.

Таким же способом получают и пористые изделия медико-биологического назначения. В этом случае используют зернистый или мелкогранулированный (бисер) порошковый термопласт, который тщательно стерилизуют, после чего им заполняют подготовленные формы, подвергают их нагреву с требуемой интенсивностью подачи тепловой энергии, затем охлаждают и извлекают пористое изделие. Так в плоских мелких формах получают материал поропласт, используемый в пластической восстановительной хирургии (рис. 2).

Рис. 2 Схема формирования изделия из поропласта для его имплантирования

а - исходная пластина из поропласта

б, в-придание имплантанту требуемой формы

После имплантации в организм поры материала прорастают живой тканью. Имплантант требуемой формы хирург вырезает ножницами из заготовки, учитывая особенности операционного поля. Материал имплантанта должен обеспечивать возможность ручного деформирования при температуре 60-80°С для придания ему требуемой конфигурации, с ее сохранением при охлаждении (рис. 2, б, в).

Нанесение полимерных покрытий на металлическую поверхность также осуществляется методом оплавления, а точнее расплавления на матричной поверхности. Такие покрытия получают из термо- и реактопластов.

Основные технологические операции процесса:

1) подготовка металлической поверхности (очистка, обезжиривание);

2) нанесение тонкого слоя порошка полимера на поверхность;

3) оплавление полимера;

4) охлаждение (термопласты) или отверждение (реактоп-ласты) покрытия;

5) охлаждение или дополнительная термообработка изделия.

Применяется немало способов нанесения порошка на металлическую поверхность, среди них наиболее распространенными являются следующие.

Нанесение в кипящем слое порошка. Для этого используется установка, схема которой приведена на рис. 3. Порошок полимера 4 загружен в емкость 2, в которую снизу через фильтр 5 подается сжатый воздух. На выходе из фильтра воздух турбулизуется и образует псевдоожиженную полимер-воздушную смесь, называемую кипящим слоем. В кипящий слой помещают на несколько секунд деталь 3, предварительно нагретую на 50-150 градусов выше температуры плавления полимерного материала. Порошок, соприкасаясь с горячей поверхностью детали, оплавляется и образует на ней покрытие. После извлечения деталь с покрытием из термопласта охлаждается, а с покрытием из реактопласта - направляется в термокамеру для отверждения.

Способ прост аппаратурно и технологически, но имеет ряд существенных недостатков. Среди них: неконтролируемая толщина покрытия; оплывание расплавленного покрытия по высоте изделия; разнотолщинность покрытия на деталях сложной конфигурации вплоть до его исчезновения.

Рис. 3 схема напыления пластмасс в «кипящем слое»

При газопламенном напылении струя порошка, выходящая из специального пистолета (рис. 4), проходит через пламя горелки (ацетиленовой), в течение долей секунды нагревается до температуры плавления и образует на поверхности холодного изделия сплошной слой. Толщина получаемого покрытия составляет 0,1 -0,3 мм. При внешней простоте способ имеет низкую производительность; покрытие разнотолщинно; в покрытии образуются внутренние напряжения, приводящие к его отслаиванию. Способ в основном применяется в ремонтной практике.

Рис. 4 Схема пистолета для газопламенного напыления

1-изделие; 2-факел горелки; 3-корпус пистолета; 4-шланг для подачи горящего газа; 5-инжектор; 6-шланг для подачи порошка; 7-шланг для подачи воздуха

Рис. 5 Схема напыления в ионизированном «кипящем слое»

Значительно более качественные покрытия получают с использованием напыления в ионизированном кипящем слое. Этот метод основан на использовании электрических зарядов для осаждения и удерживания частиц порошка на поверхности холодного изделия. Установка (рис. 5) состоит из ванны 1 с электродом 3 в виде тонкой проволоки, натянутой над фильтром 7. Изделие 5 перемещается по ходовому пути 6, подключенному к клемме (+) источника тока 4, минус (-) которого соединен с электродом 3. Подачей сжатого воздуха через фильтр в емкость с порошком полимера создают кипящий слой. При пропускании через слой электрических зарядов частицы порошка 2 получают отрицательный заряд (через ионы воздуха) и осаждаются на положительно заряженном изделии. Толщина слоя регулируется напряженностью электрического поля и скоростью движения изделия, определяющей длительность его нахождения в ванне. Далее конвейер 6 перемещает изделие в камеру для оплавления и дальнейшего отверждения (реактопласты) или охлаждения (термопласты). Разновидность этого метода - нанесение в электрическом поле - универсальна и позволяет наносить полимерные покрытия на изделия любой конфигурации и размеров.

Полипропилен

Полипропилен - синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации пропилена. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в форме гомополимера и сополимеров, получаемых сополимеризацией пропилена и этилена в присутствии металлоорганических катализаторов при низком и среднем давлениях, в виде гранул стабилизированных, окрашенных или неокрашенных.

Обычное обозначение полипропилена на российском рынке - ПП, но могут встречаться и другие обозначения: РР (полипропилен), PP HO или PP homopolymer (полипропилен гомополимер), HIPP (высокоизотактический полипропилен гомополимер), РР-Х, PP-XMOD (сшитый полипропилен), PPCP или PP/Co или PP block-copolymer или PP impact copolymer (полипропилен блок-сополимер, блок-сополимер пропилена и этилена), PPМ (блок-сополимер пропилена и этилена с низким содержанием полиэтилена), PPR (блок-сополимер пропилена и этилена со средним содержанием полиэтилена), PPU (блок-сополимер пропилена и этилена с высоким содержанием полиэтилена), PPH (блок-сополимер пропилена и этилена с очень высоким содержанием полиэтилена), PP random copolymer (статистический сополимер пропилена и этилена), PP-EPDM или PP/EP (смесь полипропилена и тройного сополимера этилена, пропилена и диена), EPP (вспенивающийся полипропилен), EMPP (полипропилен, модифицированный каучуком), mРР (металлоценовый полипропилен).

Условное обозначение отечественного полипропилена и сополимеров пропилена, выпускаемых в соответствии с ГОСТ 26996-86, состоит из названия материала «полипропилен» или «сополимер» и пяти цифр. Первая цифра 2 или 0 указывает на то, что процесс полимеризации протекает на комплексных металлорганических катализаторах при низком или среднем давлении соответственно. Вторая цифра указывает вид материала: 1 - полипропилен; 2 - сополимер пропилена. Три последующие цифры обозначают десятикратное значение показателя текучести расплава. Далее через тире указывают номер рецептуры стабилизации, затем сорт и обозначение стандарта, в соответствии с которым изготавливается полипропилен и его сополимеры.

Полипропилен - пластический материал, отличающийся высокой прочностью при ударе и многократном изгибе, износостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами в широком диапазоне температур, высокой химической стойкостью, низкой паро- и газопроницаемостью. В тонких пленках практически прозрачен. Стоек к кислотам, щелочам, растворам солей, минеральным и растительным маслам при высоких температурах. При комнатной температуре нерастворим в органических растворителях. Растворяется только при повышенных температурах в сильных растворителях: хлорированных, ароматических углеводородах.

Полипропилен легко перерабатывается. Хорошо смешивается с красителями. Легко подвергается хлорированию. Легко кристаллизуется (макс. степень кристалличности 75%). Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут стерилизоваться паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120-140°C.

Полипропилен чувствителен к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов), имеет невысокую морозостойкость, которую можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).

Преимущества полипропилена

* Низкая плотность;

* Высокая прочность, твердость;

* Химическая стабильность;

* Химическая стабильность;

* Повышенная теплостойкость;

* Стойкость в высокоагрессивных средах;

* Возможность регенерации.

Изделия из полипропилена на сегодняшний день приобретают все большую популярность, так как имеет ряд преимуществ перед другими полимерными материалами: ПВХ, Полистирол.

Благодаря своим потребительским и технологическим качествам полипропилен имеет очень широкий спектр применения и занимает второе место после полиэтилена по мировому выпуску - 20,5%.

Полипропилен применяется для производства газо- и водопроводных напорных труб, профилей, листов, пленки, мебели, технических изделий, товаров культурно-бытового назначения, в производстве полипропиленового волокна.

Отдельные марки полипропилена допущены к контакту с пищевыми продуктами и для производства изделий медико-биологического назначения.

Свойство полипропилена пропускать водяные пары, делает его незаменимым для «противозапотевающей» упаковки продуктов питания (хлеба, зелени, бакалеи), а также в строительстве для гидроизоляции.

Для упаковки применяют неориентированные и ориентированные (в одном или в двух направлениях) полипропиленовые пленки. Ориентированная пленка отличается высокой механической прочностью, особенно стойкостью к проколам, однако с трудом подвергается термической сварке, вызывая усадку материала в месте сварного шва. Ориентированную пленку из полипропилена используют в качестве защитного наружного слоя в многослойных материалах, а неориентированную - в качестве внутреннего термосвариваемого слоя. Неориентированные раздувные полипропиленовые пленки наиболее широко применяют для упаковки текстильных товаров (трикотаж, рубашки, белье и т.д.). Их использование здесь обусловлено хорошей прозрачностью в сочетании с прекрасной свариваемостью на любых упаковочных машинах. Неориентированные пленки применяют для упаковки медицинских изделий (особенно многоразового использования). Относительно высокая температура размягчения позволяет проводить автоклавную стерилизацию. Покрытые и соэкструдированные полипропиленовые пленки используют для упаковывания печенья, где нужны особенно хорошие барьерные свойства к кислороду и водяным парам. Их же применяют для упаковки хрустящего картофеля и других видов сухих завтраков, предельно чувствительных к кислороду и парам воды. В такие пленки упаковывают кондитерские изделия и сигареты. Ориентированный полипропилен используют также для усадочных оберток, там, где нужен красивый внешний вид.

Полипропилен также часто используется для производства контейнеров и упаковки для пищевых продуктов, особенно, таких, которые не деформируются в посудомоечных машинах.

Он употребляется в качестве волокна при изготовлении ковров и ковриков для применения в особо неблагоприятной среде, например, в плавательных бассейнах и т.п.

Полипропилен используется при производстве:

- упаковки для пищевых продуктов, косметических средств и других товаров;

- контейнеров (в том числе тонкостенных);

- одноразовой посуды;

- колпачков для флаконов;

- крышек для бутылок;

- ящиков;

- посуды, подносов, ведер, тазов;

- корпусных деталей бытовой и оргтехники: утюгов, тостеров, кофеварок, стиральных машин, пылесосов и др.; электроинструмента, приборов, вентиляторов;

- изделий медицинского назначения: одноразовых шприцев, головок иголок для инъекций, пипеток;

- игрушек;

- труб и фитингов;

- бамперов и деталей кузова автомобилей;

- панелей приборов;

- бачков радиаторов автомобилей;

- футляров с гибкими петлями;

- деталей, работающих на многократный изгиб.

Отдельный сегмент современного рынка - рециклинг полипропилена. Многие компании в России и мире специализируются на покупке полипропиленовых отходов с дальнейшей переработкой и продажей или использованием вторичного полипропилена. Как правило, для этого применяется технология экструдирования очищенных отходов и последующим дроблением и получением вторичного гранулированного материала пригодного для изготовления изделий.

На рынке появляются новые разновидности полипропилена, например, близкие по свойствам к резине, что открывает новые области для его применения.

Изготовление полипропиленовых труб оплавлением.

Относительно недавно на отечественном рынке появились трубы из полипропилена, которые сейчас широко используются при укладке водопроводных и канализационных трубопроводов и других системах коммуникации. Полипропиленовые изделия - это трубы абсолютно иного вида, более устойчивые к воздействиям всевозможных агрессивных факторов. Более того, использование полипропилена позволило выпускать достаточно легкие изделия, а из этого следует, что для погрузочно-разгрузочных работ и складирования не потребуется дополнительной техники, помимо того, уменьшение затрат будет возможно и на момент транспортировки.

Изготовление материала для полипропиленовых труб. Любое изготовление полипропиленовых труб начинается с засыпки гранулированного полипропилена в специальный бункер. Здесь происходит расплавка материала, все цилиндрическое устройство разбито на секторы, в каждом из этих отделов выставляется определенная, строго регулируемая температура. Поскольку шнек устройства постоянно вращается, то гранулы вещества перемешиваются и оплавляются. На выходе из устройства посредством специальных форм под высоким давлением образуется полипропиленовая труба.

Формообразование изделия происходит в экструзионной головке. Именно здесь установлены формы для ограничения внутреннего и наружного диаметра изделия. Сама головка крепится к цилиндру бункера с помощью фланца.

Процесс производства полипропилена происходит автоматически от операции засыпки в бункер гранул, до выхода готовой продукции. Все оборудование экструзионной линии управляется из одного командного блока. Вам достаточно загрузить программу нагрева материала, его передачи от одного механизма к другому, а все остальные операции будут проходить автоматически.

Точность выполнения заданных размеров диаметра трубы происходит в вакуумном калибраторе. Принцип задания точности геометрических размеров следующий: труба поступает в устройство. Она фиксируется по наружному диаметру и запирается с двух сторон в вакуумном калибраторе. Поскольку соединения двух крышек устройства происходят с использованием резиновых прокладок, то охлаждающая жидкость не может просачиваться наружу. После этого в устройство из форсунок подается под напором холодная вода, происходит окончательное охлаждение и затвердевание материала.

Помимо ванны для охлаждения калибровка трубы происходит посредством тянущего устройства. Помимо точности наружного диаметра полипропиленовые трубы имеют точные размеры толщины стенок, поэтому вытягиванием детали контролируется гарантия и ее внутреннего диаметра.

Конечная стадия производства ПП труб. Полное изготовление полипропиленовых труб подразумевает под собой получение изделия товарного вида, то есть требуемых технических показателей и геометрических размеров.

После задания точных размеров диаметрам труб начинается процесс их порезки на мерные длины. Эта операция происходит с помощью либо гильотинных ножниц (диаметр изделий до 50 мм), либо с применением дисковых пил.

Преимуществом второго способа порезки является высокое качество полученного в процессе резки торца трубы. При использовании же гильотины, конец ПП изделия становится некондиционным (немного приплюснутым).

Применяемые в быту и промышленности полипропиленовые трубы обладают целым спектром важных преимуществ, явно отличающих эти трубы от стальных. В первую очередь, такие трубы устойчивы к коррозии, а, таким образом, вода в водопроводе становится более пригодна для бытовых нужд, кроме того, водопроводные трубы более продолжительный срок не выходят из строя. Для химической сферы свойства данных труб также стали весьма актуальными, и трубопроводы из полипропилена применяются для перегонки разных жидкостей.

В силу своей эластичности полипропиленовые трубы могут выдержать достаточно серьезные температурные колебания, что позволяет их использование в регионах с суровыми зимами. Данная система водообеспечения даже в случае замерзания транспортируемой по нему жидкости не разорвется, как это зачастую происходит с водопроводами из металла. И даже серьезные деформации или большие нагрузки не отражаются на рабочих качествах труб благодаря эластичности их структуры.

Необходимо подчеркнуть, что малейшее нарушение технологии прокладки и соединения швов, может свести все преимущества полипропиленовых труб к нулю. Чрезвычайно важно, чтобы в ходе монтажных работ эксплуатировалось особое оборудование трубы, при помощи которого соединяются высококачественно и надежно. Разумеется, что для труб из полимеров не подойдут сварочные аппараты, использующиеся при соединении металлических водопроводов.

Современное оборудование для сварки труб представляет собой ручные или полуавтоматические аппараты с механическим или электроприводом. Все сварочные аппараты такого типа имеют аналогичный принцип выполнения соединений, так, с помощью специального нагревателя производится оплавление мест стыков, за счет чего получаются герметичные швы.

Размещено на Allbest.ru