Технологические свойства пластмасс и пресс-порошков

1 текучесть – способность при нагревании и давлении заполнять пресс-форму. Для повышения текучести используют подогрев форм. Чрезмерная текучесть может привести к затеканию материала в поры и прилипанию, что затрудняет выемку из пресс-формы;

2 сыпучесть – способность порошка равномерно высыпаться в форму, существует зависимость от влажности, нормальная 1…3%, если влажность выше, то его подсушивают в электротермостатах, при повышении влажности происходит вспучивание;

3 удельный объём порошка – объём 1 грамма порошка. Данный параметр нужно знать для определения размеров загрузки полимера;

4 усадка пресс-порошка (как при литье) – это снижение объёма на 0,5…2% (при охлаждении);

5 скорость затвердевания – скорость перехода из пластичного состояния в твёрдое. От скорости полной полимеризации зависит время выдержки, а это приблизительно 1…1,5 минуты на 1 миллиметр.

6 таблетирование – это способность порошка в холодном состоянии под давлением превращаться в таблетку (для облегчения загрузки).

В зависимости от применяемых наполнителей и степени их измельчения, пластмассы делятся на 4 группы: порошковые, порошкообразные, волокнистые и слоистые.

Параметры	Пресс-порошок	Волокнистая пластмасса	Слоистая пластмасса
Плотность,	1 390…1 850	1 350…1 950	1 300…1 580
, МПа	25…130	15…500	60…500
Твёрдость по Бринелю, НВ	180…500	200…450	–
Водопоглощаемость, %	0,07…0,8	0,2…1,8
Теплостойкость по Мартенсу, °С	125…300	100…180	125…280
Диэлектрическая проницаемость (частота 50 Гц)	3,2…10	6…10	5…8
Тангенс угла диэлектрических потерь ()	10^6 Гц	0,004…0,01	–
50 Гц	0,1…0,12	0,04…0,12	0,002…0,5
Удельное объёмное сопротивление, Ом	10^11…2*10^16	10^8…10^11	10^7…10^12
Удельное поверхностное сопротивление, Ом	–	10^10…2*10^12	–
Электрическая прочность,	11…29	1,7…16	2…50

Возможность переработки пластмасс основана на следующих физических и физико-химических процессах протекающих одновременно и взаимосвязанных между собой:

1 нагревание, плавление, стеклование и охлаждение;

2 изменение объёмных размеров под действием давления и температуры;

3 деформация, которая сопровождается появлением пластичности и высокой эластичности, а также ориентированием микромолекулярных цепей;

4 релаксационные процессы;

5 формирование надмолекулярных структур, кристаллизация полимеров;

6 деструкция полимеров.

В процессе формовки полимер нагревают до высокой температуры, деформируют путём сдвига, растяжения или сжатия и охлаждают. В зависимости от параметров технологического процесса можно достаточно значительно изменить структуру материала, а следовательно, характеристики пластмасс.

При охлаждении большинство полимеров кристаллизуются. Кристаллизация протекает при введении в полимер кристаллизационных зародышей. При высокой температуре и давлении образуется кристаллическая структура из выпрямленных цепей, а при быстром охлаждении расплава образуются более сложные цепи. При высоком давлении температура кристаллизации выше, при этом образуются более мелкие кристаллы и выше. Размеры кристаллов зависят от скорости охлаждения и температуры при формовке. При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую структуру, а при высокой температуре спекания, достаточно большом времени выдержки и медленном охлаждении получают более крупную структуру полимера. Размер структуры также может быть изменён, при использовании центров кристаллизации, при общем содержании зародышей 1…2% от объёма. В качестве зародышей можно использовать оксиды алюминия и ванадия, кварц и двуокись титана. При использовании подложки катализация у её поверхности образует плотноупакованный слой из кристаллов параллельных к её поверхности. Нестационарные условия теплопередачи и скорость охлаждения при формовке обуславливают не однородную структуру изделия (у поверхности возникают более мелкие кристаллы).

Горячая формовка обеспечивает необходимое качество при массовом производстве.

Основным показателем качества пластмассовых изделий является надмолекулярный структурный показатель (то есть ориентация молекул (аморфная пластичность)), для кристаллов возможны различные структурные образования на различных стадиях агрегатирования. Желаемая надмолекулярная структура формируется различными методами (в полимеризационных материалах она очень разнообразна, например, при охлаждении и действии напряжения сдвига формируется слоистая структура, одна из самых распространённых).

Технологические свойства пластмасс сильно зависят от температуры и влажности полимера, так как молекулы воды полярны, они легко образуют водородные связи с полярными группами полимеров, то есть происходит сорбирование влаги из атмосферы. Некоторые полимеры могут поглощать воду до 10% от своей массы. В отличие от них не полярные полимеры имеют низкую гигроскопичность. Гигроскопичность существенно влияет на свойства и перерабатываемость полимера.

Повышение влажности повышает текучесть и эластичность расплава. Гидролитическая деструкция при высоких температурах переработки существенно влияет на стабильность свойств. Например, избыток влажности ослабляет внутренние и межмолекулярные взаимодействия, уменьшает , изменяет относительное удлинение, ухудшает диэлектрическую прочность и проницаемость, а так же прозрачность. Также ухудшается механическая прочность, затруднена механическая обработка, а на поверхности детали появляются серебристые полосы, раздутия, пузыри, наслоения и коробление. Для профилактики избытка влажности применяется сушка с испарением. Полимеры склонные к термоокислительной деструкции сушат в вакууме.

Уменьшение влажности ухудшает текучесть полимера.

Иногда воду и другие летучие вещества удаляют прямо из расплава (при пластификации на одном из участков обработки понижают давление и происходит расширение сжатых и нагретых газов, которые удаляются вакуумным отсосом).

Основной задачей подготовки полимеров к переработке является обеспечение требуемой влажности с помощью сушки или увлажнения, таблетирование и предварительный подогрев. Чаще всего сушку завершают непосредственно перед переработкой, либо высушенный полимер хранят в герметичной таре.

Таблетирование – формообразование порошка для получения таблеток заданной формы и плотности. Оно необходимо для повышения точности дозирования, удаления воздуха, уменьшения размеров загрузочной камеры пресс-формы и снижения потерь материала. Машины для таблетирования бывают ротационными, эксцентричными, гидравлическими.

Предварительный нагрев реактопластов в специальном нагревателе непосредственно перед загрузкой в пресс-форму (например, токами высокой частоты). Он позволяет повысить производительность, снизить необходимое давление, увеличить срок службы и качество изделия, снизить себестоимость. Нагревать желательно быстро, равномерно и по всему объёму.

Возможный брак: снижение оптических свойств (помутнение), появления серебристости или растрескивания и коробления, эти дефекты возникают в местах спая встречных потоков материалов.

Особенности формовки кристаллических полимеров: расплав полимера кристаллизуется при передаче его теплоты более холодным стенкам пресс-формы, при этом скорость охлаждения различается: на поверхности (оболочка); в среднем слое; в центральном слое.

Механические свойства изделия существенно зависят от структуры.

На слоистость структуры влияют такие параметры: время запекания, давление, время выдержки, температура формовки, температура порошка на входе. Увеличение температуры порошка на входе уменьшает толщину поверхностного слоя, а увеличение температуры запекания повышает толщину поверхностного слоя. Толщина средней зоны будет уменьшаться с увеличением времени выдержки и увеличивается с увеличением остальных параметров. Толщина центральной зоны увеличивается с ростом обеих температур, но не зависит от времени запекания и давления.

Дата добавления: 2014-01-05