50. Термостабільність та термостійкість полімерів

Тривалість термостійкості полімерів

Процеси формування виробів за звичай здійснюються при заданій температурі протягом визначеного часу. Отже, для повної характеристики термостійкості полімеру потрібно знати не тільки температуру термодеструкції, але і час, протягом якого полімер може піддаватися впливу цієї температури без помітної зміни властивостей, тобто. тривалість термостійкості.

Для визначення тривалості термостійкості звичайно використовують залежності від тривалості впливу температури зміни таких показників полімерів, як механічна міцність, твердість, електрична міцність, тангенс кута діелектричних втрат. Для лабораторних досліджень зручніше непрямі показники зміни властивостей полімерів - кількість летучих компонентів, що виділяються в часі при даній температурі, зміна маси полімеру або в'язкості його розплаву. Для обґрунтування максимально допустимої температури переробки звичайно застосовують залежність зміни часу, протягом якого полімер зберігає свої первісні властивості, від температури, тобто залежність тривалості термостійкості від температури.

Розглянемо спосіб визначення тривалості термостійкості по зміні маси зразка і теплових ефектів за допомогою спеціального приладу – дериватографа (рис. 8.8). Наважку полімеру поміщають в комірку 1, що встановлюється в нагрівальну піч 3 і спирається на одне з пліч коромисла ваг 7. Коромисло 7 при розміщенні наважки знаходиться в рівновазі, друге його плече з'єднане з дзеркалом 6 для передачі променя світла від освітлювача 5 на записуючий барабан 4.

Рис. 8.8. Схема приладу (дериватографа) для дослідження тривалості термостійкості полімерів:

1 – комірка для досліджуваної речовини; 2 – комірка для еталонної речовини; 3 – нагрівальна піч; 4 – записуючий барабан; 5 – освітлювач; 6 – дзеркало; 7 – коромисло; 8 – дзеркальний гальванометр.

В даному приладі одночасно з реєстрацією зміни маси (крива ∆G) фіксується швидкість зміни маси в часі (диференціальна крива зміни маси) dG/dt, для чого коромисло ваг з'єднане з датчиком швидкості. Одночасно реєструються теплові ефекти, що відбуваються в полімері, за допомогою термопар, встановлених в комірках 1 і 2 і з'єднаних, як у приладі ДТА. У випадку початку процесу термодеструкції чи термоокислення з'являється різниця е.р.с. термопар, що заміряється гальванометром 8 і записується також на барабані 4.

Система знаходиться в рівновазі доти, поки не почнеться зміна маси або температури зразка. Час, протягом якого в полімері при даній температурі майже не відбувається зміни властивостей, приймають за тривалість термостійкості. Це час вірніше було б назвати індукційним періодом термодеструкції Т_и.

Проробивши досліди при різних температурах, одержуємо серію кривих (рис. 8.9), по точках перегину яких можна знайти значення індукційного періоду при різних температурах. Отримані дані у вигляді графіка (рис. 8.10) використовують для визначення максимально допустимої температури переробки полімеру. Для того щоб у процесі переробки властивості полімерів не погіршувалися, час перебування розплаву при даній температурі повинний бути завжди менше або дорівнювати індукційному періоду. Знаючи час перебування полімеру в переробній машині t_ц (час циклу), за рис. 8.10 знаходимо максимально допустиму температуру нагрівання полімеру Т_р. Підвищувати температуру переробки більше Т_р недоцільно, тому що можуть погіршуватися властивості виробів.

Слід зазначити, що при формуванні виробів на розплав діють також сдвигові зусилля, що можуть привести до механодеструкції. Досліди за описаним методом проводяться без сдвигових деформацій, тому знайдене значення тривалості термостійкості виходить завищеним у порівнянні з виробничими даними.

Більш точне значення можна одержати при визначенні тривалої термостійкості на ротаційних віскозиметрах. В цьому випадку, одержавши залежність зміни в'язкості від часу при різних температурах, будують графік і по точках перегину кривих знаходять тривалості термостійкості (індукційний період), а потім максимально допустиму температуру переробки (аналогічно рис. 8.9 і 8.10).

Рис. 8.9. Залежність зміни маси зразків полімеру ∆G від часу t перебування їх при різних температурах Т.

Рис. 8.10. Залежність індукційного періоду термодеструкції t_и від температури Т.

№51 Технологія і обладнання для грануляції композицій пластмас на решітці.

Гранулирование на червячных экструдерах производится с помощью решетки (или головки), из которой материал выходит в виде прутков. Прутки затем разрезаются ножом непосредственно на гранулирующей решетке или после охлаждения в водяной ванне. Раз­резание гранул непосредственно па решетке дает возможность уменьшить размеры гранулятора и увеличить его производительность.

Установка для гранулирования термопластов методом разрезания прутков на гранулирующей решетке состоит из двухчервячного или одночервячного экструдера, бункер которого оснащен мешалкой с електродвигателем, и устройства для разрезания прутков и охлаждения гранул. Выдавливаемый через гранулирующую головку материал режется ножом.вращаемым электродвигателем. непосредственно на плоскости головки. Гранулы не слипаются благодаря тому, что они обдуваютсясжатым воздухом, нагнетаемым вентилятором. Затем гранулы поступают в нижнюю часть вибротранспортера. Поднимаясь по вибротранспортеру, они охлаждаются, после чего загружаются в тележку для дальнейшей транспортировки.

Гранулирование непосредственно на фильер е. Резка расплава полимера осуществляется на мундштуке. Прочность гранул обеспечивается охлаждением их в области резки — воздухом, распылением воды, омыванием водой. Последующее окончательное охлаждение гранул осуществляется также водой или воздухом.

Сухое гранулирование на фильере. Резка расплава непосредственно на фильере осуществляется с помощью вращающихся ножей, установленных соосно с головкой или эксцентрично к ней. При соосном расположении режущих ножей отверстия на решетке расположены по концентрическим окружностям, а при эксцентрическом расположении отверстия распределены равномерно по всей плоскости плиты. При гранулировании используется воздушное охлаждение.

Горячее гранулирование в увлажненной среде. Резка расплава непосредственно на плоскости фильеры производится вращающимися ножами, расположенными соосно или эксцентрично, а упрочнение срезов достигается водяной пылью (туманом). Окончательное охлаждение гранул осуществляется холодным воздухом.

Мокрое гранулирование с горячей резкой.

Резка происходит так же, как в предыдущем случае, но упрочнение среза осуществляется воздухом, а окончательное охлаждение— водой, подаваемой различными устройствами. Способприменяется для расплавов полимеров с высокой энтальпией и. относительно высокой прочностью расплава, но склонных прилипать к металлическим поверхностям — полиолефинов, АБС- пластика, поликарбоната и др.

№52 Основні методи переробки пластмас у вироби

Выбор метода изготовления изделий обусловлен видом полимера, его исходным состоянием, а также конфигурацией и габаритами изделия. Изделия из расплавов или растворов термопластов изготовляют экструзией (непрерывное выдавливание расплава), литьем под давлением (заполнение расплавом полости формы), каландрованием (течение между валками), выдуванием (для пустотелых изделий), спеканием, напылением и др. В некоторых случаях, например при получении вспененных изделий, в полимер вводят порообразователи (вспениватели). Изделия из реактопластов могут быть получены при использовании отдельных компонентов (связующих, наполнителей, отвердителей, красителей) или готовых композиций (пресс-материалов) прессованием, литьем под давлением, контактным формованием, намоткой и другими методами.

Крупногабаритные изделия из стеклопластиков изготовляют контактным формованием, малогабаритные – прессованием. Термоформованием получают изделия из листовых заготовок, а также изделия, имеющие небольшую толщину стенок. Объемные изделия (емкости, бутыли) в настоящее время производят методом выдувания из трубчатых заготовок расплава полимера, но для изготовления изделий очень больших габаритов (ёмкости вместимостью 1000 – 3000 л) применяется преимущественно ротационное формование.

Мак-Келви и Бортников В.Г. предлагает более детально классифицировать все существующие методы с учетом исходного состояния полимерных материалов, их состава, а также разновидностей физико-химических процессов, протекающих при формообразовании изделий. В 1-ю группу объединены такие методы, как экструзия, каландрование, литье под давлением, получение пустотелых изделий, поскольку в процессе формообразования изделия протекают одинаковые физические превращения. Формообразование изделий в данном случае осуществляется за счет деформации полимера, находящегося в вязкотекучем состоянии, с последующим охлаждением расплава. В качестве исходного сырья используются гранулированные композиции на основе термопластов, однако для экструзии и каландрования допускается применение порошкообразных композиций после сухого смешения или расплавов после вальцевания.

2-я группа методов переработки (ротационное формование, напыление, окунание, спекание) имеет общие диффузионно-адгезионные процессы. В данном случае изделия изготовляются преимущественно из порошкообразной массы или пасты с последующим спеканием. В самостоятельные группы объединены такие технологические процессы, как получение изделий из раствора (полив пленок, формование волокна, шпредингование) – 3-я группа; изготовление изделий вспениванием полимерных композиций – 4-ая группа; а также полимеризацией мономера или жидкого форполимера в формах – 5-я группа.

Такими методами, как ориентация, термоформование и штампование перерабатывают преимущественно листовые и пленочные материалы в высокоэластическом состоянии, которые получают каландрованием или экструзией. Для этих методов характерна деформация полимера при растяжении, процессы рекристаллизация и ориентации, поэтому они объединены в 6-ю группу.

7-я группа - изготовление изделий может осуществляться из композиционных пресс-материалов или из отдельных компонентов (жидких полимеров, наполнителей, армирующих материалов). Данные процессы объединены в одну группу, так какимеют общие физико-химические признаки: вязкое течение неньютоновской жидкости и химическая реакция отверждения связующего.

8-я контактное формование, прессование стеклотекстолита и гетинакса, формование намоткой и т. д. В этих методах формообразование изделий осуществляется в результате придания определенной конфигурации армирующим материалам, пропитанным жидкими связующими, и последующего отверждения.

В 9-ю группу включены методы, предназначенные для изготовления изделий из вспенивающихся термореактивных композиций. Характерной особенностью этих методов является то, что процесс порообразования и химическая реакция отверждения протекают одновременно.

№53 Вміст вологи, його вплив на якість виробів

Содержание влаги в сырье, а также общее количество влаги — важнейшие показатели качества сырья, оценка которых предусмотрена для многих полимеров ГОСТами и ТУ. Присутствующая в веществах влага может быть кристаллизационной, химически связанной с веществом (например, в минеральных наполнителях); гигроскопической (адсорбционной), количество которой зависит от давления паров в веществе и от относительной влажности воздуха; внешней,обволакивающей частицы. В полимерном материале определяют только адсорбционную внешнюю влагу.

Природа материала (гидрофильность), степень дисперсности, условия изготовления и продолжительность хранения влияют на содержание влаги. Чем выше степень дисперсности материала, тем более развитой поверхностью он обладает и, следовательно, тем выше его сорбционная способность.

Присутствие влаги часто отрицательно сказывается на технологических свойствах полимерных материалов, поэтому при их хранении и транспортировке необходимо использовать герметичную тару, а перед подачей в производство обязательно проводить контроль качества сырья на соответствие его стандартам по данным показателям.

Влияние влаги на перерабатываемость полимеров и свойства изделий При повышенном содержании влаги в порошкообразном сырье существенно ухудшается его сыпучесть, в результате чего в бункерах перерабатывающего оборудования происходит зависание материала, приводящее к снижению точности объемного дозирования и нарушению равномерности питания машины.

При таблетированин материалов с плохой сыпучестью наблюдаются существенные колебания массы таблеток.

Если влаги и летучих в сырье содержится больше нормы, то в процессе переработки существенно повысится текучесть расплава полимера, так как влага выполняет роль смазки. Поэтому влажные полимерные материалы обладают лучшей способностью к переработке, чем материалы с малым со­держанием влаги. Однако повышенная текучесть расплава при литье под давлением и прессовании приводит к перерасходу сырья вследствие вытекания расплава из формующей полости в плоскость разъема и затекания его в зазоры между подвижно сопрягаемыми деталями.

Наличие излишней влаги ухудшает также адгезионные свойства расплавов полимеров, в результате при вальцевании влажного сырья будет наблюдаться отрыв материала от поверхности валка.

Полимеры с влажностью выше допустимой (например, полиэтилентерефталат) быстро деструктируют при плавлении. Кроме того, в массе расплава образуется множество пузырей (например, при переработке поликарбонатов).

При литье под давлением и прессовании полимерных материалов с большим содержанием влаги на поверхности изделий появляются серебристые полосы, разводы, волнистости, вздутия, пузыри и трещины, наблюдаются размерный брак, коробление и расслоение изделий. Экструзионные изделия, изготовленные из влажных полимерных материалов отличаются шероховатой поверхностью. При каландровании влажных материалов в изделиях образуются пузыри, поры ухудшается качество поверхности.

Наличие в сырье большого количества влаги отрицательно сказывается на физико-механических свойствах изделий: снижается прочность при статическом изгибе и растяжении, уменьшается ударная вязкость, понижается твердость. Кроме того, с ростом влажности сырья значительно ухудшаются диэлектрические свойства изделий

№54 Формування заготовки профілю труби. Особливості суекструзії трубнихзаготовок

Процесс изготовления труб основан на непрерывном выдавливании расплава через кольцевую щель формующей головки с последующим охлаждением трубной заготовки и отводом трубы соответствующими приемными устройствами.

Методом экструзии можно изготавливать трубы диаметром от десятых долей миллиметра (капиллярные трубки) до 1000 мм и более. Они изготавливаются гладкими, гофрированными, однослойными, двухслойными, многослойными, гибкими, жесткими и т.д. Наиболее крупнотоннажными являются производства труб для транспортировки газа, воды, канализации, гидрозащиты теплоизолированных металлотруб, защиты линейных сооружений связи.

Для производства труб могут использоваться термопластичные полимерные материалы, расплав которых имеет необходимое значение вязкости. Как правило, трубы изготовляют из высоковязких сортов полимеров, так как при малой вязкости расплава трудно сохранить заданную форму трубы после выхода ее из формующей головки. Наиболее часто трубы производят из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, поликарбоната, полистирола или сополимеров олефинов, винилхлорида, стирола.

Формование осуществляется при течении расплава полимера через кольцевую щель головки. Для этого обычно используют прямоточные, угловые или Z-образные формующие головки.

Наибольшее применение находят прямоточные головки, одна из конструкций которых показана на рис. 19.2. Корпус головки состоит из двух частей 3 и 6 корпуса, между которыми закреплена решетка дорнодержателя11. На выходе из головки расположено формующее кольцо (матрица) 9, которое крепится фланцем 8. На входе в головку находится решетка 2 и пакет фильтрующих сеток 1фильтра. На решетке дорнодержателя11закреплены рассекатель 4 и дорн 10. Решетка дорнодержателя имеет штуцер 5 для подвода сжатого воздуха внутрь трубы.

Расплав полимера из цилиндра экструдера проходит через пакет фильтрующих сеток 1, решетку 2, а затем течет в зазоре между патрубком 3 и рассекателем дорна 4 и входит в отверстия решетки дорнодержателя11, где ребрами разделяется на несколько параллельных потоков. Чтобы не было застойных зон, ребра решетки дорнодержателя имеют обтекаемой формы (сечение а–а). После решетки дорнодержателя расплав вновь поступает в кольцевой канал, образованный частью корпуса 6 и дорном 10. Окончательные размеры расплав принимает в формующем канале, при этом для обеспечения равной толщины трубы по периметру формующее кольцо 9 может перемещаться винтами 7 в радиальных направлениях относительно дорна. Например, вворачивая верхние винты 7, уменьшают толщину трубы сверху, а снизу она увеличивается.

Рис. 19.2 Прямоточная трубная головка: 1 – пакет сеток; 2 – решетка; 3 и 6 – корпус головки; 4 – рассекатель; 5 – штуцер; 7 – винт регулировочный; 8 – фланец; 9 – формующее кольцо (матрица); 10 – дорн; 11 – решетка дорнодержателя.

В сечении a – а показан обтекаемый профиль ребра дорнодержателя.

Длина формующего канала обычно принимается равной l/h = 15 – 30, но при проектировании головок необходимо учитывать, что в зависимости от длины канала изменяется анизотропия свойств труб в осевом и поперечном направлениях. При этом анизотропия возрастает с увеличением скорости сдвига и уменьшается с увеличением длины канала (рис.19.3). Подобная зависимость объясняется тем, что при течении под действием напряжений сдвига происходит ориентация макромолекул по направлению экструзии, поэтому в готовом изделии (трубе) образуются при кристаллизации несимметричные структуры, большая ось которых соответствует направлению экструзии и которые обусловливают анизотропию свойств. При нагревании труб, имеющих анизотропию структуры (свойств), особенно до высокой температуры (Т >Т_пл), макромолекулы переходят в равновесную конформацию и размеры трубы вдоль оси уменьшаются, а диаметр увеличивается. Из этого следует, что по длине трубы происходит усадка (У_// – положительная), а по диаметру – «разбухание» (У_ – отрицательная).

Если длина формующего канала сравнительно велика, то при течении расплава напряжения сдвига частично релаксируют и ориентация молекул уменьшается, что соответственно уменьшает анизотропию свойств трубы. Для того чтобы уменьшить влияние длины канала, нужно стремиться, чтобы на всех участках головки течение происходило по возможности с постоянным градиентом скорости, особенно на участках перед входом в формующий канал. Для получения труб с незначительной анизотропией свойств формование следует проводить без принудительной вытяжки расплава после выхода из головки

Чтобы ликвидировать линии соединения потоков на внутренней поверхности корпуса головки и на дорне после решетки дорнодержателя предусматривают винтовые канавки с углом нарезки более 45° (рис. 19.4). В этом случае расплав около поверхности дорна и корпуса течет в разных направлениях, отдельные струи пересекаются друг с другом и на входе в формующий канал образуется сплошной поток без линий спаев. Кроме того, молекулы полимера за счет винтового течения частично приобретают тангенциальную ориентацию, что положительно влияет на упрочнение труб.

При изготовлении двухслойных труб или при покрытии металлических труб пластмассовой оболочкой применяют Z-образные головки, у которых питающий патрубок расположен параллельно оси со смещением (рис. 19.6). Расплав входит в угловой патрубок 5, затем сердечником дорна распределяется в виде кольцевого потока и течет между формующим кольцом 1 и дорном 2. При изготовлении однослойных труб внутрь дорна подается вода, а при формовании двухслойных труб через отверстие дорна протягивается ранее изготовленная труба меньшего диаметра.

Таким образом, конструкции формующих головок должны удовлетворять следующим общим требованиям: равномерное течение расплава по периметру головки; отсутствие линий спаев; плавный переход от одного участка канала к другому; равномерное нагревание расплава по периметру.

№55 Основи розрахунку рецептур пластмас

№56 Ротаційна віскозиметрія, методи визначення

Ротационный метод применяется для получения кривых течения в интервале скоростей сдвига от 10^-4 до 10^-2 с^-1. В вискозиметрах ротационного типа деформация сдвига реализуется в зазоре между двумя измерительными поверхностями, одна из которых вращается. На ротационных вискозиметрахскорость сдвига у рассчитывают по угловой скорости вращения рабочей поверхности, а напряжение сдвига — по крутящему моментудействующему со стороны вращающейся или неподвижной измерительной поверхности. Измерения на приборах ротационного типа могут осуществляться в режиме постоянной нагрузки (М_к=const) и в режиме постоянной частоты вращения.

Испытания полимеров на ротационных вискозиметрах всех типов проводят следующим образом. Полимерный материал в виде порошка или монолитных образцов, соответствующих по форме измерительному зазору, помещают в предварительно разогретую рабочую камеру прибора. Если вискозиметр оснащенчервячнымпластикатором, то испытуемый материал можно загружать в виде гранул. После достижения и стабилизации заданного температурного режима корректируют величину рабочего зазора и включают привод прибора. Частоту вращения (при деформировании в режиме М_к=соnst) или крутящий момент (при деформировании в режиме ω = соnst) измеряют после достижения установившихся значений этих величин. Зная M_К, ω и геометрические размеры рабочего зазора, по соответствующим формулам рассчитывают τ и у. Для вискозиметров типа «конус — плоскость» расчетные зависимости имеют следующий вид:

г де Rк — наибольший радиус конуса; ω — угол между рабочими поверхностямн конуса и плоскости.

Длину затекания полимера по спирали определяют в форме с каналом полукруглого (радиуса 2,5 мм) или прямоугольного (шириной 10—20 мм и высотой 2,0—2,5 мм) сечения, расположенным в виде спирали Архимеда. Предусмотрено охлаждение формы или ее нагревание термостатированной жидкостью. Тем­пературу контролируют несколькими термопарами, расположенными вдоль спирального канала.

Перед проведением испытаний устанавливают заданную температуру и давление формования и проводят несколько пробных циклов литья с' целью выхода на установившийся режим работы машины. Затем постепенно, увеличивая или уменьшая подачу материала, определяют максимальную для выбранных условий литья длину затекания, соответствующую оптимальной дозе, формуют 8—10 отливок и измеряют среднее значение длины отливки.

№57 Технологія і обладнання таблетування на роторних лініях

Таблетирование применяется для предварительного уплотнения термореактивных пресс-материалов и получения таблеток определенных размеров, конфигурации и массы. Применение таблетирования позволяет уменьшить потери пресс-материалов при транспортировке и во время загрузки в пресс-форму за счет уноса в цеховую вентиляцию. Таблетированные материалы быстрее нагреваются, снижаются потери теплоты в окружающую среду и облегчается дозирование навески при прессовании, так как исключается взвешивание на рабочих местах. Удельный объем таблеток меньше, чем у пресс-порошка, поэтому объем загрузочных камер пресс-форм уменьшается, снижается их вес и стоимость. Удаление воздуха из пресс-материала при таблетировании снижает выброс порошка при смыкании пресс-формы. Таблетированный пресс-материал нагревается равномерно, что облегчает формование изделий и повышает их качество. Трудоемкость таблетирования низкая, поэтому общая себестоимость понижается в результате уменьшения расхода сырья и сокращения цикла прессования.

Уплотнение термореактивных пресс-порошков и придание им необходимой конфигурации производится на ротационных или гидравлических таблетавтоматах. Таблетируемый материал из бункера засыпается в полость матрицы, где с помощью одного или двух штоков подвергается сжатию и выдержке под давлением в течение заданного времени. Под действием давления пресс-порошок превращается в уплотненное тело определенных размеров и конфигурации. Основным фактором, обеспечивающим образование прочной таблетки, являются силы электростатического притяжения. Кроме того, при очень высоких давлениях или при по­вышенной температуре возможно оплавление полимера, что спо­собствует более прочному соединению частиц и почти полному уда­лению воздушных включений.

Ротационная машина для однократного таблетирования работает следующим образом. Загруженный в бункер материал захватывается вращающимися лопастями ворошителяи засыпается в гнезда матрицы. Глубина заполнения матрицы определяется регулируемым по высоте положением нижнего пуансона. Для регулировки подачи материала в бункер установлена поворотная заслонка. Материал сжимается в таблетку па противоположной (по отношению к загрузке) стороне ротора вследствие сближения пуансонов под действием роликов.

Величина усилия таблетирования зависит от регулируемого по высоте положения нижнего ролика и глубины заполнения матрицы материалом. При дальнейшем вращении ротора вокруг полов оси готовая таблетка выталкивается из матрицы нижним пуансоном. Ротор приводится во вращение злектродвигателем с регулируемым числом оборотов через клиноременнуюи коническую передачи. Вращение на вал ворошителя передается от ротора через клиноременную передачу.

№58 Зниження процесів старіння пластмас

№59 Текучість реактопластів, методи визначення

Текучість термореактивних прес-матеріалів по методу Рашига визначається на знімній прес-формі, розміри якої й умови пресування повинні відповідати стандартним.

Для визначення текучості наважку матеріалу у виді порошку або таблетки поміщають у завантажувальну камеру прес-форми, що попередньо нагрівають до температури досліду. Потім опускають пуансон і протягом 20с створюється питомий тиск у камері 30±2,5Мпа. Час витримки прес-матеріалу під тиском складає 180 с. Протягом цього часу прес-матеріал, що знаходиться у в’язкотекучому стані, тече по вимірювальному каналу, заповнюючи його на відповідну довжину. Після закінчення витримки знімають тиск і розбирають прес-форму, відокремлюючи вкладиші 2 один від одного. За текучість по Рашигу приймають величину, рівну довжині (у мм) відпресованого стержня від основи завантажувальної камери до його щільної частини.

Текучість, знайдена по методу Рашига, є відносною величиною, оскільки її не можна перерахувати у відомі реологічні характеристики. При цьому значення текучості (довжина відпресованого стержня) залежить від швидкості твердіння прес-матеріалу. Так, якщо матеріал має гарну текучість (малу в'язкість), але здатний швидко твердіти і переходити у твердий стан, то довжина відпресованого стержня буде невеликою.

Визначення в’язкотекучих властивостей і часу твердіння реактопластів по методу Канавца. Вимір проводять у такий спосіб. У зібрану з двох вкладишів камеру матриці поміщають прес-матеріал 4 і опускають пуансон 5, створюється необхідний питомий тиск (30±5Мпа); потім включають привід обертання корпуса 1, що попередньо нагрівають до заданої температури. Пресс-матеріал, знаходячись у в’язкотекучомустані між обертовим і нерухомим циліндрами, піддається сдвиговій течії. Виникаючі на стінках нерухомого циліндра напруги зсуву прагнуть провернути штир 3, у результаті створюється крутящий момент М_кр, регіструємий вимірювальним приладом 7. При цьому напруга зсуву пропорційна крутящому моменту і може бути знайдена по рівнянню

Напруга зсуву залежить від властивостей матеріалу, температури і швидкості зсуву, що створюється за рахунок кутової швидкості корпуса (матриці).

На шкалі приладу реєструється зміна напруги зсуву в часі (рис. 9.4), обумовлене процесом твердіння, тобто фактично записується крива кінетики твердіння в часі. На діаграмі можна виділити дві ділянки. Ділянка кривої ob відповідає текучому стану матеріалу, коли напруга зсуву майже не змінюється. Відрізок часу, що відповідає ділянці кривої ob, звичайно називають тривалістю в’язкотекучого стану. Протягом часу, що відповідає ділянці кривої bc, відбувається хімічна реакція твердіння. При цьому кут нахилу кривої характеризує швидкість переходу матеріалу в неплавкий і нерозчинний стан.

Рис. 9.4. Залежність напруги зсуву від часу перебування прес-матеріалу в пластометрі при різних температурах (T₁< Т₄).

Час твердіння прес-матеріалу в пластометріt_о.п відповідає ділянці кривої ос, тобто дорівнює часу від початку нагрівання до досягнення визначеного значення напруги зсуву τ._отв. По значенню часу твердіння розраховується час витримки при пресуванні виробів. Якщо спроектувати точку b на вісь ординат, то можна визначити напругу зсуву τ._в.т, що відповідає в’язкотекучому стану матеріалу при даній температурі і частоті обертання ротора. Отримане значення напруги зсуву можна використовувати для розрахунку форми або визначення ефективної в'язкості. З підвищенням температури напруга зсуву в області в’язкотекучого стану зменшується: раніш починається процес твердіння і відбувається він з більш високою швидкістю. Таким чином, змінюючи температуру дослідів, можна простежити зміну швидкості твердіння і тривалості в’язкотекучого стану t_в.т у часі й передбачити поводження прес-матеріалу при пресуванні.

Залежність t_в.т від температури використовується для знаходження максимальної температури попереднього нагрівання прес-матеріалу перед пресуванням. При нагріванні матеріалів до високих температур необхідно швидко завантажити матеріал у прес-форму і зімкнути її, щоб не відбулося передчасне твердіння. Сумарний час завантаження і змикання (час формування t_ф) повинен бути не більше тривалості в’язкотекучого стану t_в.т. Виходячи з цього, якщо відкладемо на осі ординат (рис. 9.5) час формування t_ф, то на осі абсцис можемо визначити максимально допустиму температуру попереднього нагрівання Т_пр.

Рис. 9.5.Залежність тривалості в’язкотекучого стану від температури.

На пластометрі можна також одержати дані для розрахунку реологічної кривої течії τ=φ(γ). Для цього знаходять напругу зсуву для матеріалу у в’язкотекучому стані при різних швидкостях зсуву (кутова швидкість матриці ω).

Недоліком даного методу є те, що твердіння прес-матеріалів відбувається при деформуванні. Тому під дією напруг зсуву можуть частково руйнуватися виникаючі просторові міжмолекулярні зв'язки. Такий вплив може змінити кінетику хімічної реакції і вплинути на час твердіння. При твердінні в прес-формі зсув шарів відсутній

№60 Продуктивність трубної лінії, її визначення

Под экструзионным агрегатом понимается собственно одношнековыи экструдер укомплектованный формующей головкой.

В одношнековом пластикаторе термопласт проходит через три состояния: твердое, размягченное и расплавленное, реализуемые в трех зонах шнека, последней из которых является зона дозирования. Производительности всех зон одинаковы, поэтому принято определять производительность экетрудера по дозирующей зоне шнека.

Принято считать, что в дозирующей зоне возникают три потока расплава: прямой, обратный и поток утечек, через радиальные зазоры между цилиндром и гребнем винтовой нарезки шнека.

Прямой поток иногда называют вынужденным. Он возникает в результате вращения шнека, действующего подобно гидравлическому винтовому насосу. Производительность прямого потока (Q_пр) определяется скоростью вращения шнека (ω) и геометрическими характеристиками (α) винтового канала (глубина, ширина, шаг и угол наклона нарезки, диаметр шнека, профиль канавки):

Q_пр=α* ω

При отсутствии сопротивления движению расплава в цилиндре будет действовать лишь один прямой поток, пропорциональный частоте вращения. Интересно.что прямой поток не зависит от реологических свойств перерабатываемого материала. Такой режим работы одношнековогоэкетрудерапазывают также насосным.

Обратный (мнимый) поток (Q_об) обусловлен сопротивлением движению расплава, определяемым давлением и головке(Δр), и зависит от эффективной вязкости (η_еф):

Q_об= β*Δр/η_еф

где β - геометрическая константа обратного потока.

Величина константи β зависит от глубины винтового канала, диаметра шнека, длины зоны дозирования.

Вектор обратного потока направлен навстречу вектору прямого потока и поэтому уменьшает его производительность.

Поток утечек (Q_ут) также создается давлением и головке (Δр), направленным навстречу движению расплава. Он зависит от геометрической константы (γ) и вязкости расплава (η). Следует отметить, что его производительность в десятки раз меньше, чем Q_пр

Окончательно, производительность шнека одношнекового экструдера (Q) оценивается уравнением

Q= Q_пр - Q_об - Q_ут

После подстановки значений получаем:

Q= α* ω – (β + γ)*Δр/η_еф

Константы α, β и γ рассчитываются по формулам:

где D - наружный диаметр шнека; l - длина зоны дозирования шнека; z - число заходов винтовой нарезки; h - глубина канала; t— шаг винтовой нарезки; e - ширина гребня нарезки; δ — радиальный зазор между шнеком и цилиндром; φ — угол подъема винтовой линии. Все линейные размеры в см.

Следует заметить, что хотя значения коэффициентов α, β и γ подучены решением полного реологического уравнения:

Однако принятые при этом допущения (ламинарность потока, стабильность градиента скорости сдвига, неполнота учета физико-химических свойств перерабатываемых полимеров и др.) снижают точность расчет который правильнее использовать в качестве приближенного с последующими эмпирическими уточнениями.

Вместе с тем эти уравнения позволяют оценить степень влияния конкретных геометрических величин на конечный результат. Например, влияние изменения длины дозирующей зоны шнека на производительность.

Уравнение производительности является характеристикой шнека. При Δр= 0 производительность шнека максимальна. Производительность шнека скороткой и глубокой зонами дозирования в насосном режиме очень велика (она пропорциональна глубине канала h), но резко снижается с увеличением давления в головке, поскольку производительность потока сопротивления возрастает в h. По этой причине шнеки с мелкой нарезкой менее чувствительны к возрастающему давлению, причем с увеличе­нием длины шнеков это влияние становится менее выраженным.

Поскольку производительность шнека (Q) и головки (Q_г) равны и составляют производительность экструзионного агрегата (Q_аг,), то решая совместно эти уравнения получаем:

1