В результате чего происходит усадка реактопластов

Пластмассы для литья под давлением

Типы полимеров.

Термопласты способны к многократному нагревания и охлаждения без каких-либо химических изменений.

Реактопласты при нагревании образуют сетчатые структуры, в результате теряют способность плавиться и растворяться.

Эластомеры — это полимеры, способные к развитию больших высоком эластических деформаций при нормальных температурах.

Влияние влажности на свойства полимеров.

Свойства полимеров в значительной степени зависит от влажности.

При поступление сырья на производство особенно в зимний период необходимо выдержать его при комнатной температуре в течение не менее 24 часов.

Температура сырья перед вскрытием герметичной таре должна быть выше 15°C во избежание конденсации влаги на поверхности холодных гранул.

Усадка полимеров.

Усадка полимерных материалов характеризует уменьшение размеров отформованного изделия при его охлаждении, иными словами Это разница между размерами готовые изделия и размерами оформляющий полости литьевой формы.

Технологическая усадка — это разница температур холодный литьевой формы (23°С) и отлитого изделия полученная через 16-24 часа с момента изготовления.

Дополнительная усадка наблюдается по истечении 6-8 недель и более.

Общая усадка состоит из сумм технологическое дополнительную усадок.

Пластмассы — это многокомпонентные системы, которые состоят из основного компонента — полимера или смеси полимеров и других добавок, улучшающих технические и эксплуатационные свойства.

Типы полимеров.

Показатель текучести расплава (ПТР) характеризует способность к вязкому течению полимера, выдавливаемого в течение 10 минут, через стандартное сопло под определенным давлением и температурой, измеряется в граммах на 10 минут.

Усадка зависит от параметров литья (давление, время выдержки под давлением, температура литьевой формы), типа материала, габаритов изделия и конструкции литьевой формы.

Сверхнормативное содержание влаги может привести к образованию пор, пустот, появлению серебристых волос на поверхности изделий и снижения физико-механических свойств.

Источник

Влияние свойств сырья и параметров процесса переработки на усадку

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение среднего профессионального образования Новосибирской области «Новосибирский химико-технологический

колледж им. Д.И.Менделеева»

Разработчики: доц. ктн. Черных Е.В.

Рассмотрено и согласовано на научно-методическом совете колледжа:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСАДКИ

Методические указания к лабораторной работе для практикума по спецтехнологии (дисциплины: «Технология пластических масс», и «Основы химии и физики полимеров») по специальности 18.02.07. «Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСАДКИ

Одним из основных технологических показателей при формовании изделий из полимерных материалов является усадка. От условий протекания усадочных процессов зависит качество изделий. Усадку определяют как разность размеров изделия и оформляющей полости формы. Различают усадку объемную (уменьшение объема изделия при его остывании) и линейную (уменьшение линейных размеров при охлаждении изделий).

Существует ряд различных точек зрения относительно физических причин возникновения усадки. Считают, что наибольший вклад в абсолютную величину усадки вносит изменение размеров и формы изделия за счет разницы температурных коэффициентов линейного (объемного) расширения пластмасс и металла формы. Кроме того, существенно изменение объема за счет интенсивного выделения влаги и летучих в окружающую среду после съема изделия. Для реактопластов следует учитывать и химическую усадку смолы при отверждении.

Измерение усадки необходимо при изготовлении пластмассовых изделий для установления их точных размеров. Усадку определяют при проведении контрольных, приемочных и арбитражных испытаний сырья. В ГОСТах и ТУ на полимерные материалы предусмотрен, как правило, показатель усадочных свойств. При конструировании изделий и формующего инструмента для оценки эксплуатационных свойств изделий и выбора конструкционных материалов также необходимо знать усадочные свойства.

Влияние свойств сырья и параметров процесса переработки на усадку

В значительной степени величина и анизотропия усадки зависят от свойств сырья, параметров процесса переработки, числа и расположения литников, геометрических характеристик изделия.

Из термопластов наибольшей усадкой обладают кристаллические полимеры ввиду того, что у них велики температурные коэффициенты объемного и линейного расширения. Так, усадка при литье под давлением для некоторых видов термопластов составляет: полиамид 0,8-2,5 %; полиэтилен низкой плотности 1,5-3,0 %; полиэтилен высокой плотности 2,5-8 %; полипропилен 1,3-3,5 %. Аморфные же полимеры характеризуются меньшей усадкой, например: полистирол 0,4-0,6 %; поливинилхлорид 0,5-1,0 %; полиметилметакрилат 0,5-1,0 %. Введение наполнителей в термопласты и реактопласты уменьшает температурные коэффициенты объемного и линейного расширения и снижает усадку. Повышению размерной точности и уменьшению колебания усадки способствует высокая дисперсность наполнителя, равномерность его распределения по объему изделия.

Содержание летучих и влаги в сырье способствует увеличению усадки изделий. Так, снизив содержание остаточного фенола в пресс-порошке с 6 до 3,5 %, можно добиться уменьшения усадки отливок и изделий от 1,5-1,7 до 1,2-01,5 %. Использование материалов с малым содержанием свободного фенола обеспечивает получение более стабильных по размерам изделий.

При переработке гигроскопических гранулированных и порошкообразных материалов: полиамида, полиформальдегида, различных пресс-порошков реактопластов — следует иметь в виду, что повышенное влагосодержание в сырье вызывает появление усадочных раковин в изделии и повышенную усадку. С целью устранения дефектов, обусловленных протеканием усадочных явлений вследствие повышенной влажности, сырье предварительно подсушивают в сушилках полочного типа: термопласты при 70-100 °С в течение 1-2 ч (полиамиды и поликарбонаты 8-24 ч) и реактопласты при 50-70 °С в течение 10-24 ч.

Значительное влияние на усадку оказывает температура формования. При прессовании и литье реактопластов с увеличением температуры формования процесс отверждения проходит более полно и сопровождается выделением большего количества летучих и увеличением усадки. Усадка аморфного термопласта при литье под давлением зависит от температуры формы. Чем ниже температура формы, тем выше скорость охлаждения и тем меньше усадка аморфного термопласта. Усадка изделий из кристаллических полимеров также уменьшается при снижении температуры формы, поскольку в этом случае отвод тепла происходит быстрее и процесс кристаллизации протекает не полностью.

Увеличение времени выдержки изделия из термопласта под давлением способствует уменьшению усадки. Так, усадка изделий из поликарбоната снижается в два раза при изменении времени выдержки от 3 до 35 с при температуре формы 100 °С и давлении литья 100 МПа. Для реактопластов с повышением времени выдержки на стадии отверждения изделия от 1 до 5 мин усадка незначительно возрастает, а затем при времени выдержки от 5 до 15 мин усадка снижается. На усадку изделий из волокнитов увеличение времени выдержки практически не влияет. Такой технологический параметр, как давление формования (прессования, литья), оказывает существенное влияние на значение усадки. При очень низком давлении формования усадка обычно велика и точность размеров изделия мала, при слишком большом давлении усадка меньше, но возникают трудности при удалении изделий из формы (возможны повреждения).

Усадка зависит от отношения площади поверхности изделия к его объему. Чем больше это отношение, тем быстрее охлаждается деталь и тем больше ориентационные напряжения и, следовательно, усадка. Например, для двух изделий из полистирола (брусков шириной 20 мм и длиной 200 мм) с уменьшением толщины изделия от 6 до 2 мм и увеличением отношения поверхности к объему от 0,45 до 1,08 соответственно усадка возрастает в 1,9 раза.

На протекание усадочных процессов значительное влияние оказывает расположение литниковых каналов. С целью снижения усадки, вызывающей искривление плоских изделий, необходимо применять такие впускные литниковые каналы, например щелевые или многовпусковые, чтобы было обеспечено образование параллельных протоков в форме. Снижения ориентационных напряжений в изделии, т. е. анизотропии усадки, можно достигнуть, создав условия для перемешивания отдельных струй расплава при заполнении формы.

Для предупреждения повышенной усадки и коробления изделий рекомендуется использовать высокие температуры переработки (прессования, литья) и пониженные температуры формы, создавать равномерное температурное поле формы. С целью снижения внутренних напряжений в пресс-изделиях и отливках, вызывающих их коробление вследствие неравномерности усадки отдельных частей, изделия часто подвергают термообработке (отжигу). При этом изделие медленно нагревают до определенной температуры, называемой температурой отжига, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают. Температуру отжига предварительно выбирают для каждого вида изделия путем его выдержки в определенной среде (воздух, масло, вода) с постепенным повышением температуры на 3-5 °С до тех пор, пока не наступит изменение формы и размеров изделия. Температура отжига, например, для полиэтилена 100, полистирола 60-70, полиамида 150 °С. Продолжительность отжига колеблется от 3 мин до 6 ч для различных материалов. При термообработке реактопластов постепенно повышают температуру в течение 2,5 ч до 145 °С, выдерживают изделия при этой температуре в течение 1,5-2,5 ч и дают им медленно остыть до 40 °С. Термообработку изделий обычно проводят в термошкафах.

Источник

РЕАКТОПЛАСТЫ

Понятие реактопластов

Одним из основополагающих разделений пластмасс на типы является их деление на реактопласты и термопласты. Если термопласты являются многократно перерабатываемыми полимерами, которые легко плавятся при повышении температуры, принимают заданную форму, застывают, а потом могут быть вновь расплавлены, то реактопласты – полимеры другой природы.

Реактопласты (термореактивные полимеры или термореактопласты), обладают особыми свойствами при нагреве подобно термопластам могут переходить в вязкотекучее состояние (плавиться). Но они не способны переходить из одного фазового состояния в другое многократно. При нагревании в массе термореактивного полимера происходят химические взаимодействия между макромолекулами, которые приводят к образованию трехмерной жесткой структуры сшитого полимера. Такие реакции являются необратимыми, сшитые термореактивные полимеры при дальнейшем повышении температуры могут разрушиться (деструктировать по одному из механизмов), но неспособны к плавлению.

Типичные представители

Если среди термопластичных полимеров можно встретить такие известные материалы, как полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полистирол, ПЭТ и так далее, то реактопласты сейчас менее известны. Этот факт особенно любопытен ввиду того, что в середине 20 века термореактивные полимеры применялись более широко, чем термопластичные пластики. Даже в 1980-е и 1990-е годы на кафедрах переработки пластмасс большее время уделяли композициям на основе отверждаемых смол, их модификациям и получению изделий из них. Этот факт обусловлен тем, что, хотя важнейшие термопласты были получены очень давно (многим уже более 100 лет), но марок с ценными, прежде всего прочностными качествами долгое время не существовало.

Самыми широко используемыми в современной промышленности являются реактопласты на основе полиэфирных, фенолформальдегидные, эпоксидных, аминоальдегидных и карбамидных смол.

Рис.1. Эпоксидные клеи – одно из главных применений термореактивных смол

Композиции реактопластов в общем виде состоят из связующего и наполнителей. Связующее представляет собой непосредственно термореактивный полимер (смолу), примером таких полимеров являются фенол-формальдегидную, мочевино-формальдегидную и меламино-формальдегидную, эпоксидную, полиэфирную и т.д. Наполнители для термореактивных полимеров применяются в целом те же, что и для термопластов: мел, тальк, древесная мука, стекловолокно, однако более часто применяются тканые и волокнистые материалы, такие как хлопчатобумажная и другие ткани, целлюлоза, длинные волокна из различных материалов.

Свойства реактопластов

Термореактопласты довольно сильно отличаются по характеристикам друг от друга. Несмотря на некоторые общие особенности, это всё-таки разные по своей химической природе полимеры. Свойства самих термореактивных полимеров и изделий из них зависит от химического состава и структуры полимерных цепей, количеством связей между молекулами и их видом, соотношения полимер-отвердитель и типом последнего. Характеристики каждого реактопласта могут регулироваться в широких пределах. Для этого применяют помимо отвердителя такие аддитивы, как загустители, разбавители, лубриканты, эластификаторы и пластификаторы.

Отличие термореактивных полимеров от термопластичных заключается в возможности первых успешно применяться при высоких для пластмасс значениях температуры, вплоть до 130 градусов С. Также они имеют высокую химическую стойкость. Они устойчивы к действию органических растворителей, растворам кислот и оснований и многих других химикатов.

Переработка в изделия

Получение изделий из реактопластов главным образом проводится методами литьевого или прямого прессования. Более современным является метод литья под давлением, который отличается от традиционного литья термопластов наличием не охлаждаемой, а обогреваемой литьевой формы, работающей в диапазоне 160-210 градусов С.

При всех этих методах в полимере проходит химическая реакция сшивки макромолекул, называемая отверждением. Для полного химического отверждающего взаимодействия молекул обычно необходимо затратить минуты или даже часы. Технологический процесс осложняется риском раннего отверждения термореактивной смолы, поэтому температурный режим прессования и особенно литья необходимо поддерживать точно. Кроме того нужно точное дозирование полимерной смеси и ее быстрый впрыск в прессформу ввиду очень короткого времени возможного нахождения реактопластов в вязкотекучем (расплавленном) состоянии.

Изделия из термореактивных полимеров после формования подходят для постобработки механическими методами, а также для соединений с другими изделиями или материалами при помощи клеев. В случае низкой степени сшивки возможно также свариванием таких изделий химическим способом.

Фенопласты

Термореактивные полимеры на основе фенолоформальдегидных смол называются фенопласты. Несколько десятилетий назад это был один из самых популярных типов полимеров из всех. Сегодня фенопласты используются в узких отраслях, там, где не нашлось еще термопласта-заменителя, либо подходящий термопласт очень дорог.

Фенопласты классифицируют по виду смолы на резольные и новолачные, а по свойствам наполнителей на армированные (природными волокнами, стеклотканью, синтетическими волокнами, углеволокном, ткаными материалами, бумагой и т.п.) и дисперсно-наполненные (древесной или минеральной мукой, асбестом, коксом, углеродным порошком, каолином, стеклянным волокном, металлической пудрой и т.д.).

Фенопласты являются типичными термореактивными пластмассами, они имеют высокие физико-механические свойства устойчивость, прочность, коррозионностойкость, отличную электроизоляционность. Электротехника остается главной отраслью применения фенопластов, кроме того, они используются в качестве конструкционных, антифрикционных материалов и в других сферах.

Рис.2. Типичное применение фенопластов в электротехнике

Если дисперсно-наполненные фенопласты перерабатывают в изделия традиционными методами, такими как прессование, то армированные материалы имеют свои особенности. Их изготавливают главным образом по технологии пропитки волокнистых наполнителей полимерным связующим. Непосредственно изделия из армированных реактопластов получают при помощи намотки, выкладки и протяжки с последующей фиксацией формы изделия при помощи отверждения смолы. Очень часто фенопласты выпускают в виде полуфабрикатов – листов, прутков, пластин и т.п. для последующей механической обработки в конечные изделия.

Армированные фенолформальдегидные пластмассы производятся под известными всем именами текстолит, волокнит, стеклотекстолит и другими. Изделия из них используют в ответственных высоконагруженных узлах, работающих, например, в условиях сильных вибраций, ударных нагрузок, нагрузках на разрыв и изгиб и т.д. Они имеют широкое применение как заместители высоковольтных стеклянных и керамических изоляторов, в изготовлении корпусов приборов и другой техники, в передаточных механизмах, например редукторах и т.д.

Вторичное использование

Переработка использованных реактопластовых изделий затруднена по той же причине, по которой они отличаются от остальных полимеров – трехмерной сетчатой структуры полимера и невозможности его расплавить.

Пути рециклинга таких пластмасс заключаются либо в их измельчении и применении в виде наполнителя, либо в попытках деполимеризации с извлечением низкомолекулярных продуктов. Во втором, более продвинутом пути, достигнуты некоторые успехи, однако такие технологии очень энергозатратны. В данном аспекте термопласты имеют неоспоримое преимущество.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник

В результате чего происходит усадка реактопластов

Все пластмассы принято подразделять на реактопласты и термопласты.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) также как и термопласты (термопластичные пластмассы) относятся к классу полимеров различной химической природы, которые при нагреве способны переходить в вязкотекучее состояние. Если для термопластов процесс нагревания и охлаждения может происходить многократно без изменения их структуры, то реактопласты при однократном нагреве с увеличением времени воздействия повышенных температур в результате протекающих в них химических процессов переходят в нерастворимое твердое состояние с образованием сетчатой структуры макромолекул. Этот процесс необратимый, изделия из реактопластов разрушаются при повторном нагревании при достаточно высокой температуре без предварительного размягчения.

К термопластам относят материалы на основе полипропилена, полиэтилена, политетрафторэтилена, полистирола, поливинилхлорида, полиамидов и прочих полимеров.

Реактопласты состоят из связующей основы и наполнителя. Связующей основой являются синтетические смолы: фенолформальдегидные, мочевино- и меламино-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и другие, а в качестве наполнителя используются ткань, целлюлоза, древесная мука или опилки, кварцевый песок, стекловолокно, сажа, мел и иные материалы.

Свойства реактопластов на этапах получения и переработки в изделия (механизм, условия, скорость отверждения, объемная усадка и выделение летучих компонентов) и эксплуатационные характеристики изделий определяются химической структурой основы полимера, природой и количеством отвердителя. Для регулирования свойств реактопластов широко используются загустители, разбавители и смазки, а для изменения свойств в отвержденном состоянии — эластифицирующие добавки и пластификаторы.

Как правило, реактопласты формуются в изделия методами литьевого или компрессионного прессования и литья под давлением в горячей литьевой форме при температуре 160 – 210 °С. При этом протекает реакция сшивания макромолекул, которую называют отверждением. Этот процесс может протекать от нескольких минут до многих часов. Температура процесса должна поддерживаться с большой точностью на каждом участке технологической линии, т.к. литье реактопластов осложняется возможностью преждевременного отверждения расплава и перегревом смеси. Требуется также точная дозировка количества исходного материала, а заполнение литьевой формы должно происходить за минимально короткое время, т.к. формование реактопластов возможно провести лишь в течение ограниченного времени пребывания исходного материала в вязкотекучем состоянии.

Готовые изделия можно обрабатывать механически, соединять между собой склеиванием, а при низких степенях отверждения — методом химической сварки.

Физико-механические и иные эксплуатационные свойства термопластов и реактопластов различаются в широких пределах и зависят от типа и содержания самого полимера, наполнителей и модифицирующих добавок. В отличие от термопластов реактопласты могут эксплуатироваться при довольно высоких температурах (100 – 130 °С). Реактопласты обладают достаточно высокой химической стойкостью к органическим растворителям, слабым растворам кислот и щелочей и применяются во многих отраслях промышленности.

Классическими представителями реактопластов являются аминопласты и фенопласты.

Аминопласты — это пластмассы, в основном состоящие из аминоальдегидных смол, обычно мочевиноформальдегидных или меламиноформальдегидных. В состав аминопластов входят: наполнители (тальк, целлюлоза, асбест, стеклянное волокно, древесная мука и другие), модифицирующие добавки, смазочные вещества, красящие пигменты. Аминопласты выпускают в виде прессованных материалов (гранул, порошков, волокнистых продуктов), пенопластов и слоистых пластиков.

Технологический процесс производства аминопластов включает синтез связующих, пропитку ими наполнителя, сушку готовой композиции, измельчение композиции и, если необходимо, гранулирование или таблетирование. Аминопласты перерабатывают в изделия методами прессования (135 – 170 °С, 25 — 50 МПа), литья под давлением (температура пластикации 90 — 115 °С, давление 100 — 200 МПа, температура формы 140 — 170 °С), литьевого прессования. Формование изделий сопровождается переходом смолы в твердое состояние с образованием полимера сетчатой структуры.

Отвержденные аминопласты — это прочные материалы, стойкие к действию огня, воды, органических растворителей, слабых кислот, масел, растворов щелочей. Аминопласты обладают дугостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Меламино-формальдегидные пластики от мочевино-формальдегидных отличаются более высокой теплостойкостью, меньшими усадкой и водопоглощением.

Выпускают аминопласты под торговыми названиями: изомил, пласкон, мелмекс, поллопас, ультрапас, сканопал и другими.

Используют аминопласты для изготовления изделий электротехники (выключателей, корпусов приборов, штепсельных розеток), декоративных элементов интерьера и отделки мебели, искусственного мрамора, звукоизоляционных и теплоизоляционных материалов и разнообразных изделий бытового назначения. Область применения аминопластов постоянно расширяется, что обусловлено доступностью сырья для их производства.

Фенопласты — это реактопласты на основе фенолоформальдегидной смолы. По типу смолы фенопласты подразделяют на резольные и новолачные. По виду наполнителя — на армированные и дисперсно-наполненные.

Эксплуатационные свойства фенопластов изменяются в широких пределах и зависят от типа наполнителя и связующего компонента. Ударная вязкость, например, изменяется от 2 — 6 кДж/м2 (для фенопластов дисперсно-наполненных) и до 50 — 100 кДж/м2 (для фенопластов армированных). Плотность материала 1,1 — 3 г/см3, его теплостойкость от 100 до 300 °C.

В качестве наполнителя дисперсно-наполненные фенопласты чаще всего содержат древесную, слюдяную или кварцевую муку, микроасбест, кокс, измельченный графит, каолин, стекловолокно, металлический порошок, металлические или стеклянные микросферы и другие. Фенопласты дисперсно-наполненные выпускают под торговыми названиями: кемопласт (США), фенопласт и антегмит (СНГ), тролитан, баскодур и пластодур (Германия), флуосит и бакелит (Италия), моудденсит и формолит (Великобритания).

Фенопласты обладают механической устойчивостью, прочностью, коррозионной устойчивостью, высокими электроизоляционными параметрами. Применяются фенопласты практически во всех отраслях промышленности, как материалы электротехнического, конструкционного, изоляционного, антифрикционного и фрикционного назначения.

Армированные фенопласты в роли наполнителя содержат растительные волокна, стеклоткань или стекловолокно, асбестовое волокно, углеродные или синтетические (как правило, полиамидные и полиэфирные) волокна, волокнистые полотна (тканые и нетканые), бумагу, древесный шпон. Производят армированные фенопласты, как правило, методом пропитки волокнистых наполнителей связующим. Изделия из полуфабрикатов формируют методами намотки, выкладки и протяжки с фиксированием формы посредством отверждения связующего компонента. Армированные фенопласты выпускаются под торговыми названиями: гетинакс, текстолит, волокнит, стеклотекстолит и асботекстолит (СНГ), текстолит, фэбрикон и хейвег (США), дуротон, тролитакс и пресскотон (Германия), пэксолин и фарболит (Великобритания), турнерон и геделит (Франция), ришелит и кобелит (Япония) и другими.
Некоторые марки фенопластов, для примера: Сп1-342-02, Сп3-342-02, 02-010-02, Э9-342-73, Э10-342-63, Э2-330-02, У1-301-07, Вх5-010-73, У2-301-07, У4-080-02, Ж3-010-62, Ж7-010-8, Ж2-010-60.

Армированные фенопласты повышенной прочности со стекловолокном – неплавкий композиционный материал изготовленный из стеклянных комплексных нитей, пропитанных полимерным связующим, обладает хорошими диэлектрическими параметрами (электрическая прочность при частоте 50 Гц, — не менее 14 кВ/мм) и отличными механическими характеристиками (напряжение при разрушении до 500 МПа). Применяют для изготовления изоляционных элементов работающих при вибрациях, ударных нагрузках, нагрузках на разрыв или на изгиб в диапазоне температур от –190 °С до +200 °С. Могут служить, как замена более хрупких фарфоровых или стеклянных изоляторов, использоваться в производстве корпусов приборов, шестерен, втулок, вкладышей подшипников и других изделий.

Некоторые марки фенопластов со стекловолокном: АГ-4В, АГ-4В-10, АГ-4В-10-4,5; АГ-4С; АГ-4НС; ДСВ-2-О, ДСВ-2-Л, ДСВ-2-П, ДСВ-4-О, ДСВ-4-Л, ДСВ-4-П; ГСП-8, ГСП-32-П, ГСП-32-О, ГСП-400.

Источник