Основы производства полимерных материалов

Особенности технологических процессов изготовления поли­мерных материалов зависят от их состава и назначения. Главными технологическими факторами являются определенные температур­ные и силовые, формирующие изделия, для чего применяется раз­личное оборудование. В основном производство складывается из подготовки, дозировки и приготовления полимерных композиций, которые затем перерабатываются в изделия и обеспечивается ста­билизация их физико-механических свойств, размеров и формы.

Основные приемы переработки пластмасс являются: вальцевание, каландрирование, экструзия, прессование, литье, промазывание, про­питка, полив, напыление, сварка, склеивание и др.

Смешение композиций - это процесс повышения однородности распределения всех ингредиентов по объему полимера иногда с до­полнительным диспергированием частиц. Смешение может быть пе­риодическим и непрерывным. Конструкция и характер работы смеси­телей зависят от вида смешиваемых материалов (сыпучие или пасто­образные).

Вальцевание - операция, при которой пластмасса формуется в за­зоре между вращающимися валками (рис. 14.2). Перерабатываемая масса 2 несколько раз пропускается через зазор между валками 1 и 3, рав­номерно перемешивается, затем переводится на один валок и срезается ножом 4. На вальцах непре­рывного действия масса не только пропускается через зазор, но движется вдоль него, а в конце про­цесса срезается ножом в виде узкой непрерывной ленты.

Рис.14.2. Схема вальцевания: а) загрузка массы; б) вальцевание; в) переход массы на один валок; г)срез массы

Вальцевание позволяет доброкачественно смешивать компоненты пластмасс с целью получения однородной массы, при этом полимер, как правило, переводится в вязкотекучее состояние благодаря повы­
шению температуры при перетирании. При многократном пропуска­нии массы через вальцы происходит пластикация, т.е. совмещение полимера с пластификатором путем ускоренного взаимного проник­новения. Вальцы позволяют перетирать и дробить компоненты пла­стмасс. Это обеспечивается тем, что при движении в зазоре материа­лы сжимаются, раздавливаются и истираются, поскольку валки могут вращаться с различной окружной скоростью.

Вальцы, на которых происходит окончательная отделка поверх­ности и калибровка, должны иметь гладкую полированную по­верхность. По характеру работы вальцы бывают периодического и непрерывного действия, а по способу регулирования температуры - обогреваемые (паром или электричеством) и охлаждаемые (водой).

Каландрирование - процесс образования бесконечной ленты за­данной толщины и ширины из размягченной полимерной смеси, од­нократно пропускаемой через зазор между валками.

По числу валков каландры подразделяются на двух-, трех-, четырех- и пятивалко- вые. Валки могут распола­гаться вертикально в линию, горизонтально в линию, Г- образно, L-образно и Z- Рис. 14.3. Схемы работы четырехвал- образно. Схемы работы Г- ковых каландров: образного и Z-образного че-

а) Г-образный каландр; б) Z-образный тырехвалковых каландров

каландр показаны на рис. 14.3.

Конструкции каландров различаются в основном в зависимости от вида перерабатываемой массы - резиновых смесей или термопластов. Валки каландров изготовляют из высококачественного кокильного чугуна. Рабочую поверхность валка шлифуют и полируют до зер­кального блеска. Валки обогреваются паром через внутреннюю цен­тральную полость и периферийные каналы.

Как правило, каландрирование выполняется в комплексе с вальце­ванием в одной технологической линии.

Экструзией называется операция, при которой изделиям из пла­стмасс придают определенный профиль путем продавливания нагре­той массы через мундштук (формообразующее отверстие). Методом экструзии получают профильные (погонажные) строительные изде­лия, трубы, листы, пленки, линолеум, пороизол и многие другие. Размеры поперечного сечения изделий, изготовляемых методом экс­трузии, лежат в большом интервале: диаметр труб 05-250 мм, шири­
на листов и пленок 0, 3-1, 5 м, толщина 0, 1-4 мм. Экструзионными машинами пользуются также для смешения композиций и гранули­рования пластмасс. Применяются экструзионные машины двух ти­пов: шнековые с одним или несколькими шнеками и шприц-машины. Наибольшее распространение нашли шнековые, или червячные, экс- трудеры (рис. 14.4). Рабочим органом машины является винт (чер­вяк), который осуществляет перемешивание массы и продвижение ее через профилирующую головку (дорн). В машину масса подается в виде гранул, бисера или порошка. Размягчение материала происходит за счет тепла, поступающего от обогревателей, которые устанавли­ваются в нескольких зонах.

Рис. 14.4. Схема работы экструзионной машины: 1- загрузочный бункер; 2 - шнек; 3- головка; 4- калибрующая насадка; 5 - тянущее устройство; 6- дорн; 7 - фильтр Обогрев

Рис. 14.5. Схема штампования (пресс-формования): а) загрузка пресс-материала; б) смыкание формы и прессование; в) выталки­вание изделия; I - пресс-материал; 2- обогреваемая матрица пресс-формы; 3 - обогреваемый пуансон; 4 -ползун пресса; 5 -электрообогреватель; б- изде­лие; 7 - выталкиватель

Прессованием называют способ формования изделий в обогре­ваемых гидравлических прессах. Различают формование в пресс- формах (рис. L4.5) - при изготовлении изделий из пресс порошков и плоское прессование в многоэтажных прессах - при изготовлении листовых материалов, плит и панелей.. Прессование применяется преимущественно при переработке термореактивных полимерных композиций (фенопласты, аминопласты и др.).

Для прессования строительных листовых материалов и панелей применяют многоэтажные гидравлические прессы усилием от 10 до 50 т, обогреваемые подогретой водой или паром. Прессование на многоэтажных прессах складывается из следующих операций: за­грузка пресса, смыкание плит, тепловая обработка под давлением, снятие давления, разгрузка. Методом плоского прессования формуют древесно-стружечные плиты, бумажные слоистые пластики, тексто- литы, древесно-слоистые пластики, трехслойные клеенные панели. В пресс-формах изготовляют детали санитарно-технического и элек­тротехнического оборудования, детали для отделки встроенного обо­рудования, оконные и дверные приборы, детали строительных машин и механизмов.

Вспенивание - метод изготовления пористых звукотеплсизоляци- онных и упругих герметизирующих пластмасс. Пористая структура пластмасс получается в результате вспенивания жидких или вязкоте- кучих композиций под влиянием газов, выделяющихся при реакции между компонентами или при разложении специальных добавок (по- рофоров) от нагревания. Вспенивание веществ - стабилизаторов пены путем нагнетания или растворения в полимере газообразных и легко испаряющихся веществ.

Вспенивание может происходить в замкнутом объеме под дав­лением и без давления, а также в открытых формах или на по­верхности конструкции.

Промазыванием называется операция, при которой пластическая масса в виде раствора, дисперсии или расплава наносится на основа­ние - бумагу, ткань, войлок, разравнивается, декоративно обрабаты­вается и закрепляется. Примером может служить промазной линоле­ум, павинол, линкруст и др. Наносимая масса разравнивается специ­альным ножом-раклей, регулирующим толщину слоя и степень вдав­ливания. Обычно основание движется, а разравнивающий нож непод­вижен; регулируется лишь его наклон и зазор. Нанесенная и разров­ненная масса проходит обычно этап термообработки для размягчения и лучшего сцепления ее с основанием.

Пропитка состоит в окунании основы (ткани, бумаги, волокон) в пропиточный раствор с последующей сушкой. Эта операция осуще­ствляется в пропиточных машинах вертикального и горизонтального типа. Методом пропитки получают клеящие пленки (бакелитовая), декоративные пленки (мочевино-меламиновые), а также полотнища на основе стеклянных, асбестовых и хлопчатобумажных тканей, из которых в дальнейшем получают текстолиты.

Полив - это процесс, при котором пластическая масса рас­пределяется тонким слоем на металлической ленте или барабане и, затвердевая, снимается в виде тонкой пленки. Часто этот процесс свя­зан с испарением растворителей. Таким путем получают, например, ацетилцеллюлозные прозрачные пленки.

Литье. Различаются два вида литья: простое в формы и под дав­лением. При простом литье жидкая композиция или расплав залива­ются в формы и отвердевают в результате реакций полимеризации, поликонденсации или вследствие охлаждения. Примером служат от­ливка плиток пола из реактопластов, получение органического стекла и декоративных изделий из полиметилметакрилата. Охлаждением расплава при простом литье получают некоторые простейшие изде­лия из полиамидов (поликапролактама).

Литье под давлением применяется при изготовлении изделий из термопластов. Полимер нагревается до вязкотекучего состояния в нагревательном цилиндре литьевой машины (рис. 14.6) и плунжером впрыскивается в разъемную форму, охлаждаемую водой.

Давление, под которым впрыскивается расплав, может достигать 20 МПа. Таким способом изготовляют изделия из полистирола, эфи- ров целлюлозы, полиэтилена, полиамидов. Литье под давлением от­личается быстротой цикла, при этом виде переработки операции ав­томатизированы.

Рис. 14.6. Схема работы машины для литья под давлением: а) плавление и пластификация массы; 1 - поршень; 2- загрузочный бункер; 3 - обогреватели цилиндра; 4 -цилиндр; 5- разъемная форма; 6)впрыскивание массы в форму и выдержка; в) размыкание формы

Формованием называют переработку листовых, пленочных, трубчатых пластмассовых заготовок с целью придания им более сложной формы и получения готовых изделий. Формование произ­водят в основном при нагревании. К главным методам формования из листов относят штампование, пневмоформование и вакуум- формование (рис. 14.7).

, 1 /2

ш

^б) ЦШШл