Физико-химические основы строения полимеров

С учетом этих соображений порядок выбора пластмассы следующий:

I. Составление поискового  образа пластмассы:

- составление графа дерева  свойств изделия,

- составление параметрического  ряда и определение значения  параметров,

- определение веса параметров  с использованием метода расстановки  приоритетов,

- установление порога  совпадения поисковых параметров;

II. Порядок выбора:

- выбор материала по  поисковым параметрам, начиная с  наиболее ценного, методом последовательного  приближения,

- при наличии нескольких  равноценных марок материала  сопоставление и выбор лучшей  с помощью обобщенного показателя  или по результатам опробования.

Выбор базовой марки полимера. Базовую марку полимера выбирают по вязкости (текучести) в зависимости от предполагаемого способа переработки. Далее подбирают базовую марку по вязкости (текучести) в зависимости от конфигурации и размеров детали. В справочниках (на пластмассы) обычно приведены конкретные рекомендации по применению различных марок пластмасс. Выбор литьевых марок пластмасс для литья под давлением наиболее сложен, поэтому приведем его.

Выбор базовых марок для литья под давлением. Основными параметрами при этом являются толщина детали S и отношение длины детали к тощине L/S.

Типоразмер каждой литьевой машины характеризует: V - объем впрыскиваемого материала, Р - давление литья, Q - скорость впрыска и другие параметры и интервал толщины S получаемых изделий (рис.10). Малые толщины получают на машинах с небольшим V, большие - на машинах с большим V. Для каждого типоразмера машин выделяют характерный ассортимент деталей по отношению длины к толщине L /S (таб. 3).

Таблица 3.

Группы изделий по отношению длины изделия к толщине (L/S) и рекомендуемые марки полимера.

1			2				3				4
Номер группы изделия по L/S
1	2		3	1		2	3	1		2	3	1		2	3
16	140-93		92-62	<62		125-83	82-55	<55		115-77	76-51	<51		90-60	59-40	<40
32	165-110		110-73	<73		150-100	100-67	<67		125-83	83-55	<55		100-67	67-45	<45
63	180-120		120-80	<80		120-113	113-75	<75		135-90	90-60	<60		115-77	77-51	<51
125	205-137		137-91	<91		190-127	127-85	<85		160-107	107-71	<71		130-87	87-58	<58
250	240-160		160-107	<107		210-140	140-93	<93		175-117	117-78	<75		145-97	97-65	<65
500	280-187		187-125	<125		250-167	167-111	<111		210-140	140-93	<93		180-120	120-80	<80
1000	315-210		209-140	<140		275-183	182-122	<122		230-153	152-102	<102		190-127	126-85	<85
Рекомендуемая марка	-		2	3		2	3	4		3	4	5		4	5	5

  Таким образом, каждую марку подразделяют на четыре группы для получения изделий с различной S, а каждую группу по тощине разделяют на три группы по относительной длине L/S. В таблице · 3 показано соответствие базовых марок полимера группам изделий по S и L/S.

  Таким образом, каждую марку подразделяют на четыре группы для получения изделий с различной S, а каждую группу по тощине разделяют на три группы по относительной длине L/S. В таблице · 3 показано соответствие базовых марок полимера группам изделий по S и L/S.

Порядок выбора литьевой марки полимера в зависимости от размеров изделия и типоразмера литьевой машины:

1. Определяют по чертежу  толщину S. При разнотолщинном изделии определяют эквивалентную равномерную толщину изделия по формуле:

Sэ =

где Si и Li - толщина и длина отдельных участков изделия.

В зависимости от V изделия определяют типоразмер машины по V и номер группы изделия (марки) по S (Sэ).

2. Определяют отношение L/S (L/Sэ), определяют номер группы изделия и пластмассы по относительной длине ( по табл.3).

3. По номерам групп  толщины и относительной длины  изделия определяют литьевую  марку полимера и его ПТР (h). Значения ПТР (h) приведены в таблицах  справочника.

Выбор марки с улучшенными технологическими свойствами

Марки с улучшенными технологическими свойствами выбирают на основе базовых с использованием справочной информации о выпускаемых типах марок с улучшенными технологическими свойствами, их назначения, экономическом эффекте, рекомендациях по применению для различных изделий.

Алгоритм выбора пластмасс представлен на рис.9, а на рис. 10 - уточнение блоков 23-25 алгоритма для выбора ПМ количественным способом для литья под давлением при объеме впрыска V£16 см в куб. и тощине 0,9<S£1 для относительной длины изделия не менее 140; для других объемов впрыска и толщин алгоритм строят аналогично в соответствии с данными табл.3.

4. Способы изготовления  деталей из пластмасс.

4.1. Классификация способов  переработки. Основными операциями  технологического процесса являются: подготовка материала, дозирование  исходного материала, при некоторых  условиях таблетирование и предварительный  подогрев, затем формование и, наконец, отделочные операции механической  обработки.

4.2. Горячее формование  изделий

При переработке пластмасс важнейшими задачами являются обеспечение высокого качества изделий при наибольшей производительности. Наиболее надежным показателем качества изделия являются (структурные) надмолекулярные показатели.

Для аморфных полимеров в качестве структурного показателя принимают ориентацию.

У кристаллизующихся полимеров возможно многообразие надмолекулярных образований на различных стадиях агрегатирования. Поэтому с целью формирования желаемой надмолекулярной структуры применяют различные методы создания заданных свойств путем кристаллизации ориентации и направленной .

Надкристаллическая структура полимеризующихся материалов разнообразна. Даже изделия с одинаковой степенью кристалличности, но полученные в различных условиях, различаются по свойствам. Материал при формовании под воздействием охлаждения расплава и действием напряжения сдвига в каналах течет слоями, что способствует созданию слоевой структуры - разновидности надмолекулярной структуры. Такие структуры характерны для литьевых процессов. Толщина слоев и их структура зависят от способа и режима формования, свойств материала.

Стабильность свойств изделий из полимеров обеспечивается правильным выбором и точностью выполнения режимов формования переработки.

4.2.1. Подготовка полимеров  к переработке 

Технологические свойства, процессы переработки и качество готовой продукции существенно зависят отвлажности и температуры полимера. Придание материалу требуемой влвжности сушкой или увлвжнением осуществляют на стадии подготовки к формованию.

Влажность полимеров . Молекулы воды полярны и поэтому легко образуют водородные связи с полярными группами полимеров, следствием чего и является возможность поглощать (сорбировать) влагу из атмосферного воздуха. Свойство полимеров поглощать влагу увеличивается с увеличением полярности, уменьшением плотности и степени кристалличности, увеличением дисперсности полимера; некоторые полимеры поглощают до 10 % воды (% по отношению к массе материала). Неполярные полимеры имеют низкую гигроскопичность.

Влияние влажности на свойства и переработку . Увеличение влажности полимера способствует уменьшению текучести и высокоэластичности расплава. Вызывая гидролитическую диструкцию при температурах переработки, влажность влияет на стабильность свойств готовых изделий. Избыток влаги ослабляет внутри- и межмолекулярное взаимодействие; в результате увеличения количества влаги выше необходимого уменьшаются предел текучести, предел прочности, относительное удлинение при разрыве, диэлектрическая прочность и проницаемость, ухудшается прозрачность, затрудняется переработка, на поверхности деталей появляются серебристые полосы, разводы, волнистость, вздутие, пористость, пузыри, раковины, трещины, отслоение поверхности, коробление и размерный брак возникают при литье под давлением и прессовании. Повышение влажности ухудшает сыпучесть материала.

При низком содержании влаги происходит структурирование (разновидность деструкции), сопровождающееся ухудшением текучести полимера.

При эксплуатации изделий из полимеров может измениться их влагосодержание. Это приведет к изменению размеров, физико- механических и диэлектрических свойств, твердости и износостойкости деталей из полимеров.

Из сказанного вытекает необходимость строгого нормирования содержания влаги в полимерах перед переработкой.

Сушка полимеров - удаление влаги испарением.

Полимеры, склонные к термоокислительной деструкции, сушат только в вакуумных устройствах, что способствует уменьшению термоокислительной диструкции, позволяет повысить температуру и сократить время сушки.

Для сушки полимеров перед переработкой используют вакуум-сушилки, барабанные, турбинные, ленточные и другие типы сушилок.

Для подсушки и подогрева гранулированных и порошкообразных термопластов на литьевых машинах применяют специальные бункеры, оснащенные нагревательной системой.

Иногда влагу и летучие вещества удаляют непосредственно из расплава. В этом случае при пластикации в одном из участков шнека снимают давление и здесь происходит расширение сжатых и нагретых газов. Затем их удаляют вакуум-отсосом.

Подготовка полимеров к переработке . Основной задачей в этом случае является обеспечение требуемой влажности путем сушки или увлажнения, таблетирования, предварительного подогрева.

Обычно влажность полимера после сушки должна быть ниже рекомендуемой перед загрузкой в нагревательный цилиндр перерабатывающего оборудования или прессформу. Сушку полимера следует заканчивать непосредственно перед переработкойэ А в случае хранения высушенного материала необходимо хранить такой материал в герметичной таре, а время хранения должно быть минимальное.

Полимеры с низкой гигроскопичностью обычно не сушат. Если такие материалы содержат летучие вещества, то их короткое время подсушивают и подогревают для увеличения производительности при формовании изделий.

Если влажность понижена, то ее повышают путем выдерживания тонкого слоя материала на воздухе; иногда с целью ускорения увлажнения материал опрыскивают водой, спиртом, ацетоном или другими жидкостями.

Таблетирование пластмасс . Таблетирование - это формование под действием сжимающего усилия порошкообразных пластмасс для получения таблеток определенной конфигурации, размеров и плотности. Таблетирование позволяет более точно дозировать материал, в значительной мере удалять из него воздух (что повышает теплопроводность), уменьшить размеры загрузочной камеры прессформы, снизить потери материала.

Для таблетирования используют таблеточные машины: ротационные (60-600 циклов мин), эксцентриковые (15-40 цик мин), гидравлические (4-35 цикл мин).

Предварительный нагрев . Предварительному подогреву подвергают только реактопласты (порошки и волокниты).

Предварительный нагрев производится в генераторах токов высокой частоты (ТВЧ) или в контактных нагревателях перед загрузкой его в прессформу с целью интенсификации процесса прессования.

Нагрев ТВЧ уменьшает время выдержки в прессформе, понижаетдавление прессования, значительно увеличивает срок службы прессформ. Это способствует улучшению качества изделий, увеличению производительности труда и снижению себестоимости изделий. Материал нагревается быстро, равномерно и одновременно по всему объему.

Сущность нагрева пластмасс ТВЧ. Полупроводники и диэлектрики, к которым относят пластмассы, нагреваются в электрическом поле высокой частоты вследствие поляризации элементарных зарядов. Небольшое количество имеющихся в диэлектрике свободных зарядов дополнительно приводит к возникновению тока проводимости. При этом электрическое поле смещается с той же частотой, но с некоторым запаздыванием из-за преодоления сил внутримолекулярного трения, препятствующих смещению зарядов, на что затрачивается определенная энергия, выделяемая в нагреваемом пластике. Нагреву ТВЧ подвергаются пластмассы, у которых тангенс угла диэлектрических потерь не менее сотых долей единицы.

Количество выделившегося тепла пропорционально частоте электрического поля.

Для нагрева пластмасс используют высокие частоты ( >10 Мгц).

Напряжение на пластинах конденсатора не превышает 8000 В.

4.2.2. Особенности формования  аморфных полимеров

Аморфные полимеры при изготовлении из них расплава изделий переходят в твердое состояние без изменения фазового (аморфного) состояния. Параметром изменения надмолекулярной структуры полимеров является степень ориентации . Ориентация макромолекул связана со сдвигом материала под действием напряжений в процессе формования.