Головна

Сутність технологічних процесів виробництва полімерних матеріалів

  1. III. Норми витрат мастильних матеріалів
  2. III.1.2) Порядок кримінального судочинства.
  3. VI.1.1) Правова сутність шлюбу.
  4. А. Вірогідність і надійність матеріалів.
  5. А. Порушення процесів всмоктування жирів
  6. А. Епоха масового виробництва (1860-1930).
  7. автоматизація виробництва

полімерними матеріалами називаються хімічні сполуки, молекули яких складаються з десятків і сотень тисяч атомів. До полімерів відноситься велика група матеріалів. Сюди входять целюлоза, каучуки, пластмаси, хімічні волокна, лаки, клеї, плівки, різні смоли та ін.

За своїм походженням полімерні матеріали діляться на природні і синтетичні. Перші були відомі дуже давно. Це всілякі природні смоли типу лугу і каніфолі, крохмаль, білки, натуральний каучук і ін. Синтетичні полімери були вперше синтезовані в минулому столітті, але знайшли широке застосування починаючи г 30 40-х років нашого століття.

Всі полімерні матеріали є високомолекулярними сполуками. На відміну від звичайних речовин, молекули яких складаються з одиниць або десятків атомів (НЗО, НС1, C2H5OH і т.д.), молекули полімерів містять сотні і тисячі атомів. Такі молекули називаються макромолекулами і складаються з великого числа повторюваних ланок.

Синтетичні полімери отримують по реакціях полімеризації і поліконденсації. У реакцію полімеризації вступають органічні речовини, що містять в молекулі подвійні зв'язку, наприклад, етилен СН2= СН2.

Під впливом світла, тепла, тиску або в присутності каталізаторів молекули речовин за рахунок розкриття подвійних зв'язків з'єднуються один з одним, утворюючи полімер, хімічний склад якого, в разі полімеризації етилену, може бути виражений формулою: (-СН2-СН2) і, де п - ступінь полімеризації, тобто число, що показує скільки молекул мономера об'єдналося при полімеризації в молекули полімеру.

Характерною особливістю реакцій полімеризації є відсутність побічних продуктів. В процесі реакцій поліконденсації полімерні речовини утворюються з виділенням побічних продуктів. Наприклад, при отриманні фенолформальдегідних смол в реакцію вступають два мономерних продукту - фенол і формальдегід, в результаті утворюється полімер і виділяється вода.

Серед полімерних матеріалів особливе місце належить пластмасам. Вони являють собою матеріал, до складу якого в якості основного компонента входять високомолекулярні смоли. При нагріванні вони здатні переходити в пластичний стан, формуватися під дією зовнішніх сил і зберігати отриману форму при експлуатації. За короткий термін вони знайшли широке застосування в таких провідних галузях промисловості, як машинобудування, електроніка, радіотехніка та ін. Таке впровадження пластмас в різні області обумовлено рядом причин.

По-перше, це широкий комплекс унікальних властивостей, притаманних пластмасам. Вони мають невелику питому вагу. В середньому пластмаси в 2 рази легше алюмінію, в 5 8 разів легше стали, бронзи, а деякі види пінопластів в 25 разів легше пробки.

Легкість цих матеріалів визначає економічну ефективність їх використання в авіа-, авто- і суднобудуванні, залізничному транспорті та ін. Хімічна стійкість пластмас дозволяє використовувати їх в хімічному машинобудуванні як конструкційні антикорозійних матеріалів, з успіхом замінюють дорогі метали і сплави.

Всі пластмаси мають діелектричні властивості. Поєднання їх з механічною міцністю і теплостійкістю аж до 200 - 300 ° С робить пластмаси основним електроізоляційним і конструкційним матеріалом електротехніки. Багато пластмаси мають низький коефіцієнт тертя і вельми малим зносом. Їх використовують при виготовленні підшипників.

Інші, навпаки, відрізняються високими фрикційними властивостями і застосовуються в якості гальмівного матеріалу. Всі ці властивості притаманні пластмасам з винятковою різноманітністю в поєднанні, і це значною мірою визначило той факт, що пластмаси в наш час стали незамінними матеріалами в найрізноманітніших галузях народного господарства.

По-друге, для отримання пластмас існує практично необмежена сировинна база. Основу пластмас - синтетичні смоли - отримують шляхом хімічного синтезу, найпростіших речовин, які з настільки доступного сировини, як вугілля, вапно, повітря, нафта, природні гази.

Одним з головних переваг використання пластмас у порівнянні з іншими матеріалами є простота переробки їх в вироби. Притаманні їм пластичні властивості дозволяють за допомогою прес-автоматів, автоматів для лиття та ін. Виготовляти на годину сотні деталей складної конфігурації. При цьому витрата матеріалів мінімальний (немає відходів в стружку), зменшується кількість верстатів і обслуговуючого персоналу, скорочується витрата електроенергії.

Будівництво підприємств з виробництва та переробки пластмас вимагає значно менших капіталовкладень і обходиться дешевше будівництва підприємств, які виробляють матеріали, які замінюються пластмасами.

Всі перераховані вище переваги пластмас визначили високу техніко-економічну ефективність використання їх і сприяли тому, що в даний час ці матеріали є не тільки замінниками дорогих металів і сплавів, а й самостійними унікальними конструкційними матеріалами.

За своїм складом пластмаси діляться на прості і складні. Перші складаються тільки з високомолекулярної смоли, наприклад, поліетилену, полістиролу і ін. Складні пласт> маси містять, крім смоли, ряд інших компонентів - наповнювачі, пластифікатори, барвники, стабілізатори та ін.

Висомолекулярние смоли є основою будь-якої пластмаси, вони пов'язують воєдино всі компоненти і тому називаються сполучними. Наповнювачі це непластичні речовини, що вводяться до складу пластмас для поліпшення їх механічних, хімічних, електроізоляційних властивостей.

Як їх використовують борошно, типу, сажу; графіт, тальк, папір, азбестове і скляне волокно і ін. Введення їх до складу пластмасі знижує вартість виробів. Пла стіфікатори - це речовини, що підвищують пластичні властивості пластмас і, отже, поліпшують процес формування їх в готові вироби. Як, пластифікаторів використовують камфору, касторове масло, дибутилфталат і ін. Барвники вводять до складу пластмас для надання виробам певного забарвлення. Стабілізатори - речовини, що запобігають старінню пластмас.

За своїм відношенням до температури пластмаси діляться на термопластичні і термореактивні. До термореактивним відносяться пластмаси, які при нагрівань до певної температури розм'якшуються, а потім переходять необоротно в неплавкое і нерозчинний стан. Цей перехід зумовлений хімічними перетвореннями, що відбуваються в пластмасі при нагріванні. Термореактивні пластмаси після затвердіння не можуть бути перероблені повторно і тому називаються незворотними.

Термопластичними називаються пластмаси, які можуть при нагріванні розм'якшуватися, а при охолодженні укріпляти без зміни своїх первинних властивостей. Такі пластмаси можуть перероблятися багаторазово і тому називаються оборотними. Прикладом термопластичних пластмас можуть служити: поліетилен, полістирол, органічне скло, фторопласт, вініпласт та ін; термореактивних, пластмас - фенопласти.

Існують різні способи переробки пластмас, але всі вони засновані на здатності цих матеріалів в певних умовах набувати пластичність і плинність, формуватися і потім зберігати додану їм форму. Найбільш поширеними способами переробки пластмас є пресування, лиття під тиском, екструзія і формування з листа.

Методом пресування переробляються головним чином термореактивні пластмаси. Виготовлення виробів здійснюється на механічних або гідравлічних арешту в спеціальних прес-формах. Останні мають внутрішню порожнину, відповідну формі і розмірам майбутнього виробу, і зазвичай складаються з двох роз'ємних частин - матриці і пуансона. Матриця зміцнюється на нижній плиті преса, а пуансон - на рухомому повзунові преса. Відведені кількість прес-порошку, нагрітого до, 90 12б ° С, подається в матрицю, що має температуру, необхідну для пресування. Під впливом тепла від нагрітої матриці полімер розм'якшується і набуває необхідну пластичність. Під тиском пуансона розм'якшений матеріал заповнює порожнину прес-форми.

При цьому в термореактивної смолі відбуваються складні хімічні перетворення, що призводять до утворення неплавкого матеріалу. Затвердіння вироби відбувається в формі, що знаходиться під тиском. Після певної витримки виріб витягується з прес-форми. Температура, тиск і час пресування визначаються властивостями пресованих матеріалів.

При переробці термопластичних пластмас частіше застосовують лиття під тиском. Воно здійснюється на спеціальних ливарних машинах. Порошкоподібний або гранульований полімер подається в обігрівається циліндр литтєвий машини, де він розплавляється. Новоутворена рідка маса під тиском поршня через невелике Отвір-литник видавлюється з циліндра в порожнину зімкнутої прес-форми, охолоджувальної водою. При охолодженні термопластичний полімер застигає і набуває вигляду деталі. Цим методом можуть бути отримані вироби складної форми, високого ступеня чистоти і точності. Крім того, його відрізняє висока продуктивність.

Метод видавлювання, або екструзія, застосовується для переробки термопластичних і термореактивних матеріалів в листи, плівки, стрижні, труби, шланги. Такі вироби можна отримувати при безперервному процесі формування в спеціальних машинах-екструдерах. Останні являють собою черв'ячні преси. Вихідний матеріал у вигляді порошку або гранул подається через завантажувальну воронку в циліндричну камеру преса, де обертається близько прилягає до стінок шнек (черв'як).

При обертанні шнека матеріал просувається в обігрівається частина камери, де він розм'якшується до пластичного стану, а потім продавлюється через формуючу головку екструдера - мундштук. Профіль і розміри вихідного отвору мундштука визначають форму і розміри готового виробу.

Формування з листа застосовується при переробці термопластичних пластмас в вироби складної конфігурації з малою товщиною стінок. Технологія формування аналогічна листовому штампуванні. Заготівля в вигляді листа пластмаси нагрівається до пластичного стану і подається в матрицю. Під тиском пуансона матеріал деформується, набуваючи форму порожнини штампа. Витримка заготовки в штампі триває до охолодження матеріалу і фіксування доданої форми.

Крім розглянутих способів при переробці пластмас у вироби, застосовують формування, штампування, механічну обробку різанням, видування порожнистих виробів - бутлів, каністр, флаконів і ін. Всі способи характеризуються коротким технологічним циклом, невеликими витратами праці і легкістю автоматизації.

Пластмаси, в залежності від хімічної природи і методів отримання смол, що входять до їх складу, поділяються на чотири класи.

- Пластмас на основі високомолекулярних сполук, одержаних ланцюгової полімеризацією. До них відносяться пластмаси на основі полімерів етилену, вінілового спирту і їх похідних та ін.

- Пластмас на основі високомолекулярних сполук, одержаних поліконденсацією і ступінчастою полімеризацією. До них відносяться пластмаси на основі фенолоальдегідних (фенопласти) і аміноформальдегідних (амінопласти) смол, кремнійорганічних сполук та ін.

- Пластмас, що містять природні полімери. До них відносяться прості і складні ефіри целюлози (целулоїд, етрони), білкові речовини (галлаліт) і ін.

- Пластмас на основі природних і нафтових асфальтів, а також смол, одержуваних деструкцією різних органічних речовин.

Пластмаси широко застосовуються в народному господарстві: в машинобудуванні, приладобудуванні, електро- і радіотехніці, побуті і т.п. Пояснюється це тим, що вони поєднують в собі ряд цінних властивостей: є теплоізоляційними матеріалами, хорошими діелектриками, можуть бути оптіческі- і Радіопрозорий, пружними або еластичними. Пластичні маси мають низьку щільність, корозійну стійкість, легко формуються у вироби, а деякі з них за механічними властивостями цілком можуть заміняти метали і сплави.

Вартість пластмас нижче вартості металів. Однак пластмаси мають низьку теплостійкість і схильні до старіння. Більшість з них можуть працювати в інтервалі температур 60-150 ° С і тільки деякі - до 300 ° С.

Хімічні волокна - це полімерні матеріали, що мають форму тіл, довжина яких у багато разів перевищує розміри їх поперечного перерізу. Задовго до отримання хімічних волокон людина користувалася натуральними, одержуваними з рослин, - бавовни, льону, джуту, а також волокнами тваринного походження - шовк, вовна. Всі натуральні волокна мають низьку температуру експлуатації, невисокі механічні властивості, високу собівартість.

Тому з кожним роком все більшого значення набувають хімічні волокна. Вони діляться на дві групи - штучні і синтетичні волокна. Перші отримують з природних високомолекулярних сполук - целюлози, козейна і ін., Другі - з високомолекулярних сполук, отриманих шляхом хімічних реакцій з иономеров. Хімічні волокна перевершують натуральні по міцності, вони легше за вагою, не схильні до гниття. Собівартість їх значно нижче, чому натуральних.

Основною сировиною для виробництва штучних волокон служить целюлоза. Це природний полімер, що входить до складу рослинних клітин і утворює твердий остов рослин. У сухій деревині міститься 45-55% целюлози. Найцінніші її сорти отримують з хвойних дерев. Шляхом хімічної обробки целюлози отримують такі волокна, як віскозне і ацетатное, широко використовувані як для отримання різних сортів тканин, так і для інших цілей: наприклад, ацетатное волокно має діелектричні властивості і застосовується в якості електроізолятор.

Синтетичні волокна отримують з синтетичних високомолекулярних смол. Число їх безперервно зростає. Велику групу становлять поліамідні волокна, куди входять капрон, нейлон, енант. Вони характеризуються високою міцністю, еластичністю, стійкістю до дії лугу, електроізоляційної стійкістю.

До групи поліефірних волокон відноситься лавсан. Він використовується для виробництва тканин, трикотажних виробів, електроізоляційних матеріалів. Відрізняється високою механічною міцністю і стійкістю до дії підвищених температур.

Технологічний процес отримання хімічних волокон включає наступні стадії: 1) отримання вихідного матеріалу, 2) приготування прядильної маси, 3) формування волокна, 4) обробка.

- Для отримання вихідного матеріалу використовують традиційні методи синтезу високомолекулярних смол. Однак для отримання волокон використовуються дуже чисті смоли, здатні або розчинятися в будь-яких розчинниках, або плавитися. Для очищення вихідна сировина піддають фільтрування.

- Приготування прядильної маси полягає в розчиненні полімеру в розчиннику або розплавлення його. Іноді на цій стадії додають барвники для отримання потрібного кольору.

- Формування волокна виробляється на спеціальному обладнанні шляхом продавлювання прядильної маси через фільєри - дрібні отвори діаметром 0,04 ім. Утворені тонкі цівки розчину або розплаву отверждают шляхом охолодження або хімічним способом з використанням спеціальних затверджувачів. Нитки, що утворяться змотують на приймальні котушки.

- Оздоблення волокна полягає в обробці волокна різними реагентами, сушінні, крученні, отбелке, витягуванні, термообробці перемотуванню, сортуванні.

Каучуки є типовими представниками високо молекулярних (полімерних) з'єднань. Каучук є основною складовою частиною Редіна. Народногосподарське значення каучуку дуже велике. Величезні і все зростаючі кількості каучуку споживають автомобільна, авіаційна і тракторна промисловості. Велика кількість його йде на виготовлення приводних ременів і транспортерних стрічок, шлангів та рукавів, електроізоляційних тканин, виробів широкого вжитку (взуття, спортивні товари, іграшки), виробів санітарії і гігієни і багатьох інших.

Асортимент гумотехнічних виробів перевищує 50 тис. Найменувань. Каучук буває рослинного походження (натуральний) і синтетичний.

- Натуральний каучук міститься в молочному соку (латексі) каучуконосних рослин. Латекс містить близько 35% природного каучуку і 60% води. За хімічною природою натуральний каучук (НК) є ненасичених вуглеводнем - лінійний полімер ізопрену:

- СН2 - С = СН - СН2

 СН3

 Макромолекули НК хоча і мають лінійну структуру, але вони не витягнуті в лінію, а сильно вигнуті і навіть скручені в клубки. Така будова каучуку обумовлює можливість отримання з нього гуми з високою механічною міцністю і еластичністю в широкому інтервалі температур.

Будучи ненасичених вуглеводнем (ненасиченим ациклічним) каучук здатний до реакцій приєднання. Найбільшою еластичністю НК має при температурі 15 - 20 ° С. Зі зниженням температури каучук стає крихким. При 180-200 ° С каучук плавиться, а понад 200 ° С розкладається з частковим виділенням ізопрену, Володіючи стійкістю до підвищених і знижених температур і до дії ряду розчинників, натуральний каучук, як і багато синтетичні каучуки, в чистому вигляді, для практичних цілей майже не застосовуються.

Цікаво відзначити, що в природі існує інший просторовий ізомер натурального каучуку (транс-ізомери), відомий під назвою гуттадерчa. B чистому
 вигляді гутаперча застосовується для покриття електрокабелів, виготовлення клеїв і ін.

Хімічний склад і будова, а отже, і фізико-хімічні властивості синтетичних каучуків можуть бути дуже різні і сильно відрізнятися від властивостей натурального каучуку. В цьому полягає значна перевага синтетичних каучуків, так як, змінюючи склад і будова каучуку, йому можна надати такі властивості, якими не володіє натуральний каучук.

Основною сировиною для виробництва синтетичного, каучуку є попутні гази нафтопереробки, етиловий спирт і ацетилен. Основні методи отримання - полімеризація і поліконденсація.

При переробці каучуки перетворюють в гуму. Найважливіші властивості гуми: висока еластичність, опір до стирання, вигинів, що амортизує здатність, газо- і водонепроникність, високі електроізоляційні властивості і стійкість до агресивних середовищ.

Для отримання гуми до каучукам додають ряд компонентів (інгредієнтів) і отриману суміш піддають вулканізації. Вулканізація полягає в освіті містків між лінійними молекулами каучуку і отриманні тривимірної просторової молекулярної структури. Така структура призводить до підвищення термічної стійкості і міцності матеріалу, до зменшення його розчинності і збільшення хімічної стійкості.

Найбільш поширеним вулканізатором є сірка. Для отримання м'яких гум вводять 2% сірки від маси каучуку, напівтвердих - 7% і твердих - близько 30%. Деякі каучуки вулканізуються оксидами металів, киснем та іншими речовинами. Прискорювачами вулканізації служать сірчисті і азотні сполуки, до складу гумової суміші для захисту від старіння і збільшення терміну служби гумових виробів додають противостарители.

Наповнювачі, які застосовуються при виробництві гуми, поділяються на активні і пасивні. Активні - сажа, цинкові білила, каолін - застосовуються для підвищення, міцності гумових виробів; інертні наповнювачі - крейда, тальк і ін. - вводяться до складу гуми для їх здешевлення. М'якше чи (парафін, вазелінове масло, стеарин, каніфоль) полегшують переробку гуми в вироби. Барвники надають гумі відповідне забарвлення.

Для полегшення обробки сумішей, збільшення хімічної стійкості гуми, зниження вартості виробів до складу гумових сумішей вводять від 10 (в шинному виробництві) до 100% (при виготовленні гумових килимків) регенерату каучуку.

Виготовлення гумових виробів здійснюється різними способами: листи отримують на каландрі; трубки, шнури, поліси та інші профільовані вироби - методом шприцювання, що полягає в безперервному видавлюванні нагрітої гумової суміші шнеком через фігурний отвір насадки черв'ячного преса; масивні заготовки отримують штампуванням, дрібні і середні - литтям під тиском; тонкостінні вироби виготовляють шляхом занурення моделі в латекс.

За призначенням гуми поділяються:

1) загального призначення, що експлуатуються в інтервалі температур від - 50 до + 150 ° С (шини, взуття, ремені, амортизатори і т.п.);

2) теплостійкі, використовувані для тривалої експлуатації при температурі вище 150 ° С (деталі літаків; машин, електродвигуни і т.п.);

3) морозостійкі, стійкі при роботі виробів в умовах Крайньої Півночі і великих висот;

4) маслостойкие, стійкі в бензині, гасі, нафти,

5) хімічно стійкі, стійкі до озону, кислот, лугів, розчинів солей;

6) газонаповнені, використовувані як теплоізолюючий і амортизаційний матеріали;

7) стійкі до дії радіації - для виготовлення деталей рентгенівських апаратів, атомних реакторів і т.д .;

8) діелектричні, що використовуються для ізоляції.

Економіка виробництва синтетичних каучуків і гуми в значній мірі визначається вартістю вихідної сировини. Так, вартість сировини в промисловості синтетичних каучуків становить близько 75%, в промисловості гумових - виробів - 80%, в шинному виробництві - 87% собівартості продукцій. Частка електроенергії і палива складає 11-12%. Отже, зменшення сировини і мате
 ріалів має вирішальне значення для підвищення економічної ефективності виробництва синтетичного каучуку і гуми.



Попередня   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   Наступна

Глава 4. АНАЛІЗ І ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА БАЗОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ У КОЛЬОРОВИЙ МЕТАЛУРГІЇ | Технологічні процеси виготовлення заготовок методами пластичної деформації | Технологічні процеси отримання заготовок методами лиття | Аналіз і економічна оцінка традиційних методів обробки різанням | Техніко-економічний аналіз технологічного процесу механообробки | Залежність собівартості заданої партії деталей від річного випуску | Електрофізичні та електрохімічні методи обробки металів | Сутність процесу складання. Техніко-економічні показники | Методи з'єднання складальних елементів. Сутність процесів зварювання і їх порівняльна оцінка | Глава 8. АНАЛІЗ І ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА БАЗОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ У ХІМІЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати