Файл: 1 Начало промышленного производства ряда полимеров и пластмасс.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 337
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В уплотнении исходного пресс-материала в пресс-форме различают три стадии (рис. 3.5):
-
Сближение частиц; -
Образование компактного тела (частицы сближаются настолько, что между ними возникают силы межмолекулярного и электростатического взаимодействия); -
Объемное сжатие компактного тела.
Коэффициент уплотнения (отношение прироста плотности материала к приросту давления (P/) максимален на первой стадии и минимален на третьей. Практическое значение имеет вторая стадия уплотнения, для которой характерна следующая зависимость:
, (3.2.1)
где R – универсальная газовая постоянная; T- температура прессования; A и B – постоянные коэффициенты.
Течение пластицированного реактопласта и заполнение пресс-формы – это процесс, при котором давление на материал не остается постоянным.
Изменение давления в цикле формования наглядно показывает диаграмма “давление в форме – время” (рис. 3.6). На данной диаграмме можно выделить следующие участки.OK – начальный период смыкания пресс-формы. Для растекания не нагретого предварительно пресс-материала необходимо относительно длительное время прессования и повышенное давление (кривая 1). Участок KABC - окончательное смыкание пресс-формы. На отрезке AB давление снижается из-за растекания материала по всей формующей полости. ТочкаB соответствует началу отверждения материала. Последний подъем давления (отрезок BC) связан с замыканием пресс-формы. Отверждение пресс-материала
6
происходит при практически постоянном давлении (отрезокCD). При размыкании формы давление резко снижается (отрезокDN).
Для прессования реактопластов, предварительно нагретых ТВЧ, требуется значительно меньшее давление (кривая 2). В этом случае оно повышается до момента полного смыкания формы (точка F), продолжительность отверждения (отрезокFG) и всего цикла прессования сокращается. Еще более эффективно прессование материала, предварительно пластифицированного в червячном пластикаторе (кривая 3), поскольку такой материал находится практически в вязко-текучем состоянии. Давление смыкания (точка E) еще ниже, чем точка F на кривой 2.
Теплохимические процессы отверждения реактопластов при прессовании
. Процесс нагрева пресс-материала от формующих поверхностей матрицы и пуансона (теплопередача) первичный процесс (рис. 3.7), т.е. материал разогревается от начальной температуры Tн и переходит в вязко-текучее состояние. Затем химический – отверждения. Эти процессы начинают протекать одновременно, когда материал прогреется до определенной температуры. Данная температура называется температурой начала интенсивного отверждения T1. Температурой начала интенсивного отвержденияT1. – это температура, при которой процесс отверждения начинает протекать с заметной скоростью.
Характер изменения температуры в объеме прессуемого изделия за время выдержки будет определяться: отверждается ли данный реактопласт без выделения или с выделением тепла экзотермической реакции.
Для пресс-материалов, отверждающихся без выделения экзотермического тепла (на основе КФО, КОС, ПИ), термограмма процесса отверждения имеет следующий вид (рис. 3.7а). После загрузки пресс-материала в пресс-форму и его уплотнения под давлением пуансона сначала прогреваются наружные слоиTн с, а через некоторое время и внутренние слои Tв с. В это время наружные слои в зависимости от толщины изделия (h) и температуры прессованияTп имеют температуру порядка 120150 0С. Также вперед начинают отверждаться наружные слои после их разогрева выше температуры начала интенсивного отверждения T1, а потом и внутренние слои. После прогрева наружных, а затем и внутренних слоев выше T1 начинают протекать одновременно два процесса: нагрева от T1 до Tп и отверждения полимерной матрицы в этом интервале температур нагрева, т.е. в неизотермических условиях (не при постоянной температуре). Когда весь объем прессуемого изделия прогреется до температуры прессованияTп, то уже при этой температуре идет доотверждение в изотермических условиях (при постоянной температуре) до конечной заданной степени отверждения.
При прессовании реактопластов, отверждающихся с выделения экзотермического тепла (на основе ФФО, ЭС, НПС и их модификаций), термограмма процесса отверждения имеет следующий вид (рис. 3.7б). До температуры начала интенсивного отвержденияT1, нагрев материала происходит, как и в первом случае (рис. 3.7а). После T1 прогрев ускоряется за счет выделения тепла экзотермической реакции отверждения. Температуры прессования
Tп все слои изделия достигают практически одновременно. Затем температура внутренних слоевTв.с превышает температуру прессования. Величина температурного градиента (T = Tц.с - Tп) зависит типа связующего и его содержания, вида наполнителя (влияет на теплопроводность материала), толщины изделия и температуры прессования. Величина Tможет превышать 200 0С (особенно для ЭС и нПЭф). Из рис. 3.7б следует, что процесс отверждения происходит в неизотермических условиях.
Оба процесса нагрева и отверждения, протекающие при прессовании реактопластов, характеризуются следующей системой дифференциальных уравнений:
(3.2.2)
где a – коэффициент температуропроводности, м2/с;
Q– количество экзотермического тепла, кДж/кг;
с – удельная теплоемкость, кДж/(кгК);
- плотность материала, кг/м3;
- степень отверждения;
U – кажущееся энергия активации процесса отверждения, кДж/моль;
R – универсальная газовая постоянная, кДж/(мольК);
T() – закон изменения температуры в материале в процессе прессования;
f() = m(1-)n – степенной закон изменения степени отверждения, mи n– показатели порядка реакции.
Первое уравнение Фурье – уравнение теплопроводности характеризует процесс нагрева материала с учетом тепла экзотермической реакции. Второе уравнение – уравнение химической кинетики характеризует процесс отверждения на основе закона Аррениуса.
На основании данной системы уравнений рассчитывается время выдержки (время прессования) изделия в пресс-форме до достижения необходимой степени отверждения или заданных эксплуатационных свойств.
Как показывает эта система, время выдержки (время прессования) является функцией следующих параметров процесса прессования:
, (3.2.3)
где h – толщина изделия; - коэффициент, определяющий скорость нагрева в зависимости от формы изделия; 0 – время отверждения материала при температуре стандартных испытаний
T0.
-
Конструкции и классификации прессов
3.3 Конструкции и классификации прессов
Для изготовления изделий из реактопластов методом прессования основным видом оборудования являются пресса. Исходя из целевого назначения, прессовое оборудование классифицируется по многим конструктивно-технологическим признакам.
Прежде всего пресса классифицируют по типу станины и виду привода. По типу станины прессы делятся на колонные, рамные, челюстные.
Колонные прессы бывают двух-, четырех- и многоколонные (рис. 3.8). Рамные (рис. 3.9) и челюстные (рис. 3.10) могут быть двух- и многостоечные. При этом каждая из стоек вырезается из листового проката. Челюстные прессы применяются в тех случаях, когда при изготовлении изделий необходим доступ к пресс-форме с трех сторон, например, при прессовании изделий из пенопластов.
По виду привода прессы делятся на механические, гидромеханические, гидравлические.
К механическим прессам относятся винтовые, коленорычажные, эксцентриковые и ротационные. Их целесообразно применять для изготовления мелких деталей при больших скоростях прессования, коротких выдержках и небольших усилиях прессования. В промышленности пластических масс механические прессы нашли наибольшее применение для таблетирования пресс-материалов, а также в конструкциях некоторых пресс-автоматов.
Гидромеханические прессы позволяют, используя рычажные механизмы, получить в начале рабочего хода большую скорость смыкания и небольшое усилие на рабочей плите (от механического привода), а в конце рабочего хода – большее усилие при небольшой скорости смыкания. Гидромеханические прессы имеют высокую производительность, но конструктивно сложней, чем гидравлические, и дороже.
Гидравлические прессы имеют ряд преимуществ по сравнению с механическими и гидромеханическими прессами. Обеспечивают возможность определять и в широких пределах регулировать усилие прессования. Позволяют регулировать величины и скорости рабочего хода, а также осуществлять выдержку под давлением и ее регулирование. В гидропрессах обеспечивается независимость величины усилия прессования от хода пресса, отсутствует жесткая связь пресса с приводом.
-
Общее устройство и работа гидравлического пресса
3.4 Конструкционная классификация гидравлических прессов
На заводах промышленности пластических масс применяются гидропрессы с размерами рабочего стола от 200×200
мм до2500×10000 мм, с ходом подвижной плиты от 20 мм до 4000 мм. Гидравлические прессы имеют комбинированную систему низкого и высокого давления от 2 до 4 МПа во время замыкания пресс-формы и от 10 до 55 МПа в процессе прессования.
Гидравлические прессы подразделяются в зависимости от:
-
усилия прессования – прессы малой мощности от 250 до 10000 кН и большой мощности от 10000 до 50000 кН; -
конструкции станины – колонные и рамные; -
типа привода – с индивидуальным и групповым приводом; в последних – давление в гидроцилиндрах создается от гидрокомперссорных аккумуляторных станций; -
направления закрытия пресс-формы – вертикальные, горизонтальные и угловые;
-
направления главного рабочего усилия – с вертикальным, нижним и комбинированным давлением; -
количества главных рабочих гидроцилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые; -
конструкции главного гидроцилиндра – прессы с цилиндром одностороннего действия и возвратными (ретурными) цилиндрами, прессы с цилиндром двухстороннего действия, снабженного дифференциальным плунжером; -
количества прессующих плит – одноэтажные, двухэтажные и многоэтажные; -
периодичности работы – прессы циклические и карусельные; -
способа управления – с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.
3.5 Общее устройство и работа гидравлического пресса
Рассмотрим на примере рамного пресса с верхним давлением (рис. 3.9). Рама пресса сварная и состоит из двух стоек, связанных поперечными плитами (две плиты сверху и две плиты снизу). В верхней части жестко закреплен главный гидроцилиндр пресса (рис. 3.11).
В цилиндре движется дифференциальный плунжер с прикрепленным к нему штоком. Плунжер и шток уплотняются с гидроцилиндром манжетами. Шток соединен с подвижной плитой. Она перемещается по направляющим, прикрепленным к стойкам. К подвижной плите и рабочему столу прикреплены стальные рабочие плиты с пазами для крепления пуансона и матрицы пресс-формы. В нижней части рамы пресса расположен выталкиватель, состоящий из гидроцилиндра, дифференциального плунжера с уплотняющими манжетами и штока. Для ограничения хода подвижной плиты и штока выталкивателя предусмотрены конечные выключатели.