КУРСОВАЯ РАБОТА
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗ РАСПЛАВОВ АМОРФНЫХ И КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ВЕЩЕСТВ
Оглавление
Введение........................................................................................................... 3
1. Классификация термопластичных материалов.......................................... 4
1.1 Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам............ 4
1.2 Классификация термопластов по объему производства......................... 5
1.3 Классификация термопластов по химической структуре........................ 5
2. Технология экструзии полимеров............................................................ 13
2.1 Типы и устройство экструдеров............................................................. 13
2.2 Поведение полимера при экструзии....................................................... 16
2.3 Основные параметры процесса экструзии............................................. 18
3. Технологические параметры переработки (литья) термопластичных полимеров........................................................................................................................ 19
3.1 Принципы качественного литья.............................................................. 20
3.1.1 Влияние конструкции изделия и пресс-формы на процесс уплотнения при литье термопластов................................................................................................. 20
3.1.2 Процесс уплотнения для аморфных и кристаллизующихся материалов 21
3.2 Разновидности процесса литья............................................................... 32
3.2.1 Литье тонкостенных изделий............................................................... 32
3.2.2 Литье при низком давлении................................................................. 38
3.2.3 Технологии литья термопластов с газом............................................. 40
Литература..................................................................................................... 50
Промышленность пластмасс развивается сегодня исключительно высокими темпами. Начиная с 60-х годов, производство полимеров, основную долю которых составляют пластмассы, удваивается через каждые 5 лет, и эти темпы роста в соответствии с прогнозом на период до 1990 г. сохранятся.
Характерным является опережающее развитие в промышленности пластмасс термопластичных материалов, составляющих в среднем около 70 % от общего количества производимых пластмасс.
Современные тенденции создания малоотходной и безотходной технологии приводят к тому, что рост производства пластмасс неизбежно сопровождается совершенствованием технологических процессов, внедрением нового оборудования для синтеза и переработки.
В области синтеза пластмасс преимущественное развитие получают процессы полимеризации в массе (получение полиэтилена, полистирола) по сравнению с водно-дисперсионными методами. Все интенсивнее внедряются непрерывные процессы с высоким уровнем автоматизации и механизации, вытесняя периодические процессы. Возрастают единичные мощности технологического оборудования (полимеризаторов, сушилок, экструдеров и др.) и совершенствуется их конструкция. Улучшается качество сырья, используемого в процессах синтеза и конфекционирования. [1]
1. Классификация термопластичных материалов
К термопластичным материалам или термопластам относятся полимеры, которые при нагревании переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее. При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов, которые отверждаются за счет химической реакции и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
1.1 Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам
Термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации.
Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации):
- Материалы общетехнического назначения или общего назначения;
- Пластмассы инженерно-технического назначения или конструкционные пластмассы;
- Суперконструкционные или высокотермостойкие полимеры.
Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения и инженерно-технического назначения.
За рубежом классификации полимеров по уровню эксплуатационных свойств и их отнесение к той или другой группе материалов в настоящее время носит вспомогательный характер и используется лишь в целях упорядочения информации.
Материалы специального назначения
Иногда условно выделяют группу материалов специального назначения (специальные пластмассы, функциональные пластмассы). К ней относят материалы, обладающие особыми, иногда уникальными, свойствами. Эти свойства могут обеспечиваться особой химической структурой полимера или специальными наполнителями и добавками. Среди специальных добавок - электропроводящие добавки (антистатические, электропроводящие, ЭМИ-экранирующие материалы), антифрикционные добавки (материалы с пониженным коэффициентом трения), фрикционные добавки (материалы с повышенным коэффициентом трения) и др. [2 – 5]
1.2 Классификация термопластов по объему производства
Нередко в литературе выделяют группу крупнотоннажных материалов, к которым относят полиэтилен (PE) и полипропилен (PP), основные стирольные пластики (PS) и особенно АБС (ABS), акрилаты, ПВХ (PVC) и бутылочный ПЭТ (PET).
1.3 Классификация термопластов по химической структуре
Классификация, основанная на химической структуре полимеров, включает множество аспектов. Остановимся только на тех вопросах и терминах, которые часто упоминаются в технологической литературе.
Функциональные группы термопластов
По химическому строению, определяемому наличием в структуре определенных функциональных групп, литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп. Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров.
Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы, фторполимеров или фторопластов. Акриловых полимеры или акрилаты (acrylic) обычно являются сополимерами. Изготовители этих материалов часто указывают только принадлежность материала к данной группе и не приводят данные о химической структуре сополимера. [6]
Примечание: 1 - Карбонатная группа содержит сложноэфирную группу, поэтому обычно поликарбонаты относят к сложным полиэфирам.
Гомополимеры. Сополимеры. Интерполимеры
Полимеры, построенные из одинаковых мономеров, называют гомополимерами, из разных - сополимерами.
По структуре сополимеры делят на несколько типов:
- блок-сополимер - с регулярным чередованием последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи;
- статистический сополимер - с нерегулярным чередованием последовательностей звеньев;
- привитой сополимер - имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи;
- чередующийся или альтернатный сополимер - с регулярным чередованием звеньев в основной цепи.
В последнее время большое развитие получили интерполимеры - сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы).
Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры, состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др.
Стереоизомеры
Для многих типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия - тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров:
- изотактический - в схематичном изображении (например, в "проекции Фишера") боковые группы расположены "по одну сторону" условной плоскости полимерной цепи;
- синдиотактический - в схематичном изображении боковые группы последовательно чередуются "по одну и другую сторону" условной плоскости полимерной цепи;
- атактическиий - в схематичном изображении боковые группы располагаются беспорядочно "по одну и другую сторону" условной плоскости полимерной цепи.
Реальная пространственная структура стереоизомеров является более сложной, из-за того, что макромолекула закручивается в спираль.
Развитие технологии синтеза полимеров с одним центром полимеризации на металлоценовых и неметаллоценовых катализаторах позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров.
В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом с высокой термостойкостью, в отличие от обычного аморфного атактического полистирола.
Классификация термопластов по способности к кристаллизации
Термопластичные материалы делят на две группы в зависимости от способности к кристаллизации [7]:
- Аморфные полимеры: ABS, GPPS, HIPS, PC, PES, PMMA, PPO, PVC и др.
- Кристаллизующиеся полимеры: PA 6, PA 66, PBT, PE, PET, POM, PP, PPS и др.
В кристаллизующихся полимерах при охлаждении расплава только часть полимера переходит в кристаллическое состояние, характеризующееся дальним порядком. Другая часть имеет аморфное состояние.