Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением (стр. 1 из 10)
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
государственный технический университет
технологический институт
Кафедра химической технологии
Курсовой проект
по дисциплине «Химия и технология
полимерных композиционных материалов»
на тему:
«Разработка технологии базальтопластиков на основе полиэтилена и базальтовой ваты»
Выполнила:
студ. гр5
Проверила:
д.хим.н
2007
Содержание
Введение
1. Информационный анализ состояния проблемы
1.1.Получение, свойства и области применения базальтовых волокон
1.2. Получение, свойства и области применения полиэтилена
1.3. Изготовление изделий из термопластов литьем под давлением
2. Экспериментальная часть
2.1. Объекты и методы исследования
2.2. Результаты эксперимента и их обсуждение
3. Технология производства
3.1. Описание технологического процесса
3.2. Основные параметры технологического процесса
3.3. Материальный баланс
4. Безопасность и экологичность проекта
Заключение
Список используемой литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) в последние 50 лет так глубоко проникли в различные сферы промышленности, транспорта, бытового сектора, что степень их использования стала критерием уровня научно-технического прогресса любой страны. Применение их позволяет резко снизить расход остродефицитных материалов (титана, алюминия, бериллия, нержавеющей стали и др.), повысить грузоподъемность и обеспечить значительную экономию топлива за счет уменьшения массы конструкций [1].
Особое место среди них занимают угле- и стеклопластики, а в последние годы и базальтопластики.
Именно базальтопластики представляют собой важность и значимость в плане создания и развития производств ПКМ большой мощности с выпуском широкого ассортимента продукции доступной по цене разным отраслям промышленности.
Для этого наша страна обладает огромными запасами горных пород габбро-базальтовой группы и разработанными технологиями переработки их в высококачественные минеральные волокна, нити, ровинги, нетканые холсты, сетки и другой ассортимент. Стоимость 1 тонны базальтовой породы в карьере составляет - 250 руб./т.
Будущее за базальтопластиками еще и потому, что углеродные волокна очень дороги и количество их ограничено, производство стеклянных волокон в Российской Федерации по разным причинам не развивается, а выпуск органических (химических) волокон не обеспечивает даже потребности текстильной промышленности.
Поэтому создание современной высокоэффективной технологии базальтопластиков в сравнении с традиционной технологией стекло- и углепластиков является необходимой и актуальной проблемой науки и техники.
1. Информационный анализ состояния проблемы
Базальтовые волокна имеют практически все положительные свойства стеклянных волокон, но отличаются при этом еще рядом преимуществ. Так, для них характерны более высокие тепло-и щелочестойкость, а при сочетании с эпоксидными связующими — более прочное адгезионное сцепление по границе раздела волокно — связующее. Химический состав базальтовых волокон определяется составом природного минерала базальта, используемого в качестве исходного материала при их получении. Базальт имеет следующий типичный состав (в %) [2]:
SiO2 50
А12О3 15
TiO2 3
FeO 11
Fe2O3 2
Однако этот состав может несколько различаться в зависимости от месторождения. Установлено, что прочность и модуль упругости волокон из природного базальта соизмеримы с аналогичными показателями для волокон из Е-стекла, полученных и испытанных в лаборатории в тех же условиях. Базальтовые волокна из-за наличия в их составе оксидов железа имеют коричневый цвет, что в отдельных случаях может ограничивать их применение.
Базальт как горная порода характеризуется значительными вариациями химического (элементы и фазы ) состава. Различия для разных месторождений и даже в рамках одного достигают иногда 15%. Это связано с особенностями генезиса данного типа пород.
Состав базальтовых пород может меняться в довольно широких пределах. Так, содержание оксида кремния характеризует кислотность пород и меняется в базальтах от 40 до 55%. Более основные лавы обладают меньшей, а более кислые – большей вязкостью[3].
1.1. Получение, свойства и области применения базальтовых волокон
Получение БВ
Получение базальтового волокна происходит из природного материала базальта. Базальтовые волокна из горных пород имеют определенные преимущества перед стеклянными:
а) они изготовляются из недефицитных материалов;
б) горные породы для их производства распространены широко и их запасы практически не ограничены;
в) химический состав их характеризуется достаточной однородностью
и стабильностью.
Однако при производстве волокон их горных пород возникают определенные трудности, связанные прежде всего с их специфическими особенностями.
Повышенное со стеклом кристаллизационная способность расплава горных пород предъявляет более высокие требования к температурному режиму процесса выработки волокна и конструкции волокнообразующих узлов и элементов в частности к фильерному сосуду. Базальтовую нить формируют фильерным способом из расплава шихты при температуре 1400-1500°С.
В качестве сырья используют горные породы. Плавильными агрегатами служат печи непрерывного действия с выработными устройствами - фильерами.
На рис. 1 представлена схема технологической линии для производства БВ. Горная порода (шихта), находящаяся в бункере механизма загрузки, непрерывно засыпается в водоохлаждаемый тигель индукционной печи плавильного комплекса «Базальт». Конструкция индукционной печи позволяет выводить ее на рабочий режим с температурой свыше 2000 °С за 40 мин, а также при необходимости многократно выполнять циклы «нагрев - охлаждение» без повреждения печи. Высокая температура нагрева расплава базальта при небольших габаритах индукционной печи позволяет получать непрерывную струю гомогенизированного расплава. [4].
Ресурс работы водоохлаждаемых тиглей до их ремонта составляет около полугода. В индукционной печи шихта плавится, и расплав непрерывной струей подается в дутьевую головку, где высокоскоростными турбулентными потоками воздуха перерабатывается в волокно. Отработанный воздух энергоносителя вместе с волокном и неволокнистыми включениями попадают в камеру волокноосаждения. Волокно сепарируется и ложится на ленточный конвейер в виде ковра, а неволокнистые включения собираются в специальном бункере. При выходе из камеры волокноосаждения ковер подпрессовывается до заданной толщины и передается на машину для прошивки матов.
Рис. 1. Схема технологической линии для производства базальтового волокна: 1 - плавильный комплекс «Базальт»; 2 - механизм загрузки; 3 -устройство дутьевое; 4 - камера волокноосаждения; 5 - фильтр; 6 -вентилятор; 7 - ковер минераловатный
Получаемое по данной технологии базальтовое волокно имеет следующие характеристики:
Плотность, кг/м3................................................. 23-40
Средний диаметр волокна, мкм, не более........... 3
Содержание неволокнистых включений («корольков») размером свыше 0,25 мм, %............................ 8-12
Коэффициент теплопроводности, при 25 ° С, Вт/(м-К) .. 0,041
Предельная температура применения без объемной усадки, ° С 750
Первые линии ВМ-10 по производству базальтового волокна, основанные на этой технологии, были изготовлены и запущены фирмой «Рось» в Алтайском крае, Республике Коми, Москве в 1993—1994 гг. Дальнейшие исследования и анализ особенностей технологического процесса в условиях промышленного производства обусловили создание основы для разработки оборудования мини-заводов с более высокой производительностью. В настоящее время в России по этой технологии работают 10 производств. [5].
Наиболее известный и распространенный способ получения минеральной ваты из супертонкого волокна, разработанный в Научно-исследовательской лаборатории базальтовых волокон Института проблем материаловедения (Украина) [4], заключается в плавлении горных пород в обогреваемых природным или сжиженным газом ванных печах, футерованных бакоровым брусом, в вытягивании из расплава грубых волокон через платинородиевые фильеры и в раздуве грубых волокон до супертонких. Эта технология, несмотря на сравнительную простоту, недостаточно эффективна, так как рассчитана на производительность 90-115 т теплоизоляции в год; характеризуется отсутствием механизации и автоматизации; требует больших капитальных вложений и затрат на ремонтные и охранные мероприятия из-за необходимости применения в процессе дорогостоящих изделий из драгметаллов; не позволяет перерабатывать породы с тугоплавкими примесями, переходящими в расплав при температурах значительно выше тех, которые может обеспечить применяемый метод плавления, а использование газа резко снижает экологическую безопасность производства.
Рис. 2. Технологический модуль по выпуску минеральной ваты из супертонкого волокна: 1 - дутьевое устройство; 2 - высокочастотный генератор; 3 - блок нагрузочного контура; 4 - индукционная печь; 5 -шихтопровод; 6 - камера волокноосаждения, 7 – дозатор
Исходное сырье (шихта) из бункера дозатора пневматическим транспортером по шихтопроводу подается в циклон-разгрузчик, установленный над плавильной зоной тигля индукционной печи. За счет центробежных сил шихта отделяется от воздуха и равномерно разбрасывается по поверхности расплава. Отработанный воздух удаляется системой местной вентиляции.