Реферат: Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением

Министерствообразования Российской Федерации

технологическийинститут

КУРСОВОЙПРОЕКТ

по дисциплине

«Химия итехнология композиционных материалов»

на тему

«Усовершенствованиетехнологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением »

Выполнил:студент

Проверил: доцент

2009


Содержание

Введение.

1. Технологический раздел

1.1. Информационный анализ

1.2. Характеристика исходного сырья, вспомогательныхматериалов и готовой продукции

1.3. Описание технологического процесса

1.4. Основные параметры технологического процесса

1.5. Техническая характеристика основного технологическогооборудования.

1.6. Технологические расчеты

1.6.1. Материальные расчеты

1.6.2. Расчеты основного технологического оборудования

1.6.3. Энергетические расчеты


Введение

Двадцатый век — векнаучно-технического прогресса. В этот период объем производства вырос более чемв сто раз благодаря значительному расширению научных открытий и внедрения их вновейшие технологии.

Весомый вклад в новыетехнологии внесли и химическая и биологическая науки. Важнейшим преимуществомприменения химических процессов и материалов является возможность созданияматериалов с заранее заданными свойствами, обладающими необходимой легкостью ипрочностью, антикоррозийными и диэлектрическими свойствами, способностьюработать в экстремальных условиях. На базе их открытий были созданы новыематериалы из синтетических полимеров, которых ранее не было на Земле. По своимсвойствам эти материалы настолько хороши, что вошли буквально во все сферыжизни человека, стали совершенно незаменимыми и абсолютно необходимыми.Пластики являются серьезными конкурентами металлам, стеклу, керамике. Напримере нескольких видов материалов можно посмотреть, насколько велик спектрвыпускаемых на их основе продуктов

Полиэтилен (1-е место вмире по объему производства): пленки и пакеты, волокна (веревки, тросы), тара(бутылки, медицинская посуда), трубы, сифоны для сантехники, игрушки и т.д.

Полипропилен (2-е место):панели и бамперы для автомобилей, стенки и полки холодильников, особо прочнаямедицинская посуда, шприцы, изоляционные материалы, покрытия, посуда.

Полиэтилентерефталат (3-еместо): упаковочные бутылки (для напитков), искусственные волокна — полиэстер(куртки, колготки, рубашки и проч.), тросы крепежные.

Полиамид: чулки, носки,куртки, рубашки, шестеренки, втулки, лыжи, тросы, шланги.

Поливинилхлорид:синтетическая кожа, оконные рамы, строительная фурнитура

Поликарбонат: защитныешлемы, баскетбольные щиты, оптические пластиковые стекла.

Полистирол: корпусателефонных аппаратов и телевизоров, панели приборов, мебель, ванны, посуда,игрушки, упаковки, авторучки.

Полиуретан: шланги дляванн, катетеры, бамперы, ролики, шины, колеса, амортизаторы, звукоизоляция,клеи, оконные рамы, двери, лыжи, подошвы обуви.

Типичными свойствамисинтетических материалов являются:

• небольшая плотность;

• различные механическиесвойства,

• изоляция электричества,

• теплоизоляция,

• устойчивость противкоррозии и химикатов. Синтетические материалы:

• хорошо принимают нужнуюформу и обрабатываются,

• хорошо окрашиваются вмассе,

• имеют гладкую,декоративную поверхность.

Однако синтетическиематериалы обладают также свойствами, которые ограничивают их применение:

• по большей части, малаяустойчивость против высоких температур;

• частично горят,

• по большей части необладают высокой прочностью и

• отчасти синтетическиематериалы неустойчивы против растворителей.

Высокая устойчивостьпротив разложения синтетических материалов является преимуществом при ихиспользовании, однако для их удаления это является недостатком. В связи сростом производства синтетических материалов их утилизация стала проблемойзащиты окружающей среды. Насчитывается около 150 видов пластиков. 30% из их — это смеси различных полимеров. Для достижения определенных свойств, лучшейпереработки в полимеры вводят различные химические добавки, которых уже более20, а ряд из них относятся к токсичным материалам. Это стабилизаторы,защищающие пластики от действия высоких температур, солнечного света,красители, содержащие тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, бром, цинк),смазки, ингибиторы горения — антипирены, антистатики и пр. Выпуск добавокнепрерывно возрастает. А со временем потребляемые пластики неизбежно переходятв отходы.

Полимерные материалывызвали подлинную революцию почти во всех отраслях экономики. Применениепластмасс, резины, лакокрасочных материалов и химических волокон облегчаетмассу самолетов, кораблей, автомобилей, увеличивает их скорости, сберегаетзначительное количество дорогих и дефицитных материалов, продлевает жизнь машини оборудования, повышает их производительность. Особенно широко используются вмашиностроении пластмассы и синтетические смолы, синтетический каучук и резины,химические волокна и изделия из них, краски и лаки.

Применение искусственныхи синтетических материалов обеспечивает значительное, часто решающее, повышениепроизводительности труда, снижение себестоимости выпускаемой продукции,улучшение ее качества, облегчает условия и повышает культуру производства,высвобождает трудовые и материальные ресурсы.

Однако, наряду сположительными качествами, у этих синтетических продуктов есть одинсущественный недостаток — они, в отличие от многих природных материалов,выполнив свои функции, не уничтожаются достаточно быстро под действиемагрессивных факторов окружающей среды — света, тепла, атмосферных газов,микроорганизмов, а продолжают существовать в виде долгоживущих отходов,причиняя в некоторых случаях непоправимый ущерб живой природе. Переработка иутилизация отходов является сложной и многофакторной экологической,технологической и экономической проблемой. Во всем мире идет активный поисктехнологий и оборудования для переработки и утилизации отходов при соблюдениисовременных требований экологии, ресурсосбережения.

В последние годы в Россиидостигнут значительный прогресс в области производства различных видовпродукции из пластмасс (литьевых изделий, труб, профилей, пленок, листов ит.д.), что обусловлено совершенствованием технологических процессов,оборудования, качеством сырья, применением новых материалов для достижениянеобходимых потребительских свойств изделий.

Также большое значениеимеет тот факт, что производство полимерных материалов и изделий из нихявляется одной из приоритетных отраслей химического комплекса России. Уделяетсясамое пристальное внимание со стороны государственных структур ипрофессионального сообщества. А также проводятся различные выставки и семинары.Большую поддержку оказывает в проведении выставок Торгово-промышленная палатаРоссийской Федерации, Российский союз химиков. Содействие в проведении выставки«Индустрия пластмасс» оказали Министерство промышленности и торговли РоссийскойФедерации, Федеральное агентство по промышленности, Федеральное агентство потехническому регулированию и метрологии, Правительство Москвы, Российский союзпромышленников и предпринимателей, Российской химическое общество им.Д.И.Менделеева, Ассоциация организаций химического комплекса Москвы иРосхимпрофсоюз.

Основанная в 2000 годувыставка «Индустрия пластмасс» стала событием года в отрасли. Ежегодно онапредставляет ведущих производителей и поставщиков оборудования для производстваи переработки пластмасс. Значимость смотра «Индустрия пластмасс» подтверждаютприсужденный в 2003 году Знак Российского союза выставок и ярмарок (РСВЯ), атакже полученный им в 2005 году Знак Гильдии МТПП выставочно-ярмарочных организаций.

В выставке «Индустрияпластмасс-2008» участвовали более 130 фирм из 18 стран. В экспозиции на площади3 500 кв. метров демонстрировались машины и оборудование, пресс-формы иоснастка, полимерные материалы, синтетические смолы, сырье и вспомогательные материалы,упаковка: материалы и оборудование, экологически чистые технологии, утилизацияполимерных отходов, продукты переработки пластмасс: полуфабрикаты и готовыеизделия, контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации.

В зарубежном разделе выставкисвои новинки представляли компании Assocomaplast, Bausano & Figli, SchnorrVon Carolsfeld Industrieanlagen Gmbh, Sikora, Solvay, Haitian, TiconaTechnische Polymere Gag, Woojin Selex и другие.

Активное участие ввыставке приняли российские производители, среди которых можно отметитькомпании Каустик, Никохим, Пластавтоматик, Полипластик, Промпластиндастри, НПОАрсенал и многие другие.

Фирма«Полипластик-Технопол» представила новые марки, разработанных в последнее времядля литья под давлением, такие как Армлен (ПП), Армамид (ПА-6), Технамид А (ПА66).

Уже в течение четырёх летв Московской академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова (МИТХТ)традиционно проводятся семинары «Литьё пластмасс под давлением» и «Экструзия».Их организует журнал «Пластические массы» совместно с ООО «Пластсупер»,кафедрой технологии переработки пластмасс МИТХТ и Межрегиональной общественнойорганизации инженеров по производству, переработке и применению пластмасс(МООИП – IP SPE). Выразил желание участвовать в этих мероприятиях и журнал«Экструзия», чья информированность, тесные и давние партнёрские связи сведущими западноевропейскими предприятиями несомненно смогут обогатитьсодержание этих форумов.

Отрасль располагаетзначительным экспортным потенциалом и играет существенную роль в российскойвнешней торговле. Удельный вес выпуска химической продукции в общем объеме промышленного производства напротяжении последних лет стабилен и колеблется в пределах 6%-7% .

Среди наиболее важныхфакторов, определивших экономическийрост в химической индустрии за последние два года, можновыделить следующие:

1. заметное оживлениепроизводства в других отраслях экономики, и особенно, в химикоемких (в легкойпромышленности, машиностроении, в которых темпы производства превышали средний показатель попромышленности);

2. повышение ценовойконкурентоспособности химической продукции на внутреннем рынке;

3. наличие в стране незагруженных производственных мощностей;

4. благоприятнаяконъюнктура на внешнем рынке на сырьевые продукты.

В настоящее время объемыпроизводства пластмасс превышают объемы производства традиционныхконструкционных материалов, таких как сталь, стекло, керамика и др.

Мировой выпуск полимерныхматериалов (в млн. тонн) постоянно растет: 179 в 2000 г., около 200 в 2003 г.(включая термореактопласты). Планируется, что к 2010 г. он увеличится до 300млн.т.

Максимальный годовойприрост объема производства пластмасс был в 1950-1970 гг. (14,5 %). Это годыстановления промышленности полимерных материалов в мировой экономике.

Специалисты прогнозируют,что опережающие темпы выпуска пластмасс по сравнению с другими материаламибудут сохранятся на ближайшую перспективу.

Темой данного курсовогопроекта является замена дорогостоящего материала ПА610-Л-Г5 ТУ 6-06-134-90 наболее экономически выгодный ПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002 дляизготовления детали 144-01-32 «Золотник», входящая в счетчик СГБ G-4-1.

Меня заинтересоваладанная тема в связи с тем, что уже на протяжении пяти лет периодическивозникают проблемы при переработке выше указанного материала, что в свою очередьприводит к большому технологическому отходу и увеличению трудоемкости. Мноюбыли изучены проблемы при переработке материала, технология проведениядополнительных операций и условия эксплуатации детали.


1. Технологическийраздел

 

1.1. Информационныйанализ

Гродненское ПО«Химволокно» специализируется на выпуске полиамидных нитей техническогоназначения, кордной ткани для шинной промышленности, нити жгутовойтекстурированной коврового ассортимента, ПА-6 марки 210/310, 210/311 икомпозиционных материалов на его основе. Необходимость создания собственногопроизводства полимерных композиционных материалов (ПКМ) была обусловленарастущей потребностью в материалах, способных заменить черные и цветные металлыи улучшить эксплуатационные характеристики изделий, а также наличиемсобственной сырьевой базы ПА-6.

Производство ПКМ наобъединении началось в 1993 г с приобретения экструдера фирмы “Вернер +Пфлейдерер” ZSК-40 с производительностью 80-100кг/ч.

В период 1993-1996 г.г.разработка новых видов ПКМ велась в тесном сотрудничестве со специалистамиМосковского научно-исследовательского института пластических масс (НИИПМ). Вэтот период был освоен выпуск 30% стеклоналолненного ПА 6 под торговой маркой«Гроднамид ПА6-Л-СВ30» и«Гроднамид ПА6-ЛТЧ-СВ30»(термосветостабилизированного, окрашенного в черный цвет). Качество“Гроднамада” превосходило аналоги, производимые в СНГ, и в этот период материалбыл внесен в проектноконструкторскую документацию многих потребителей, в томчисле “АвтоВАЗа”, Минского, Харьковского, Саратовского подшипниковых заводов идругих крупных машиностроительных предприятий. Ежемесячный объем продажматериала составлял около 35 тонн, спрос явно превышал предложение, и в 1996 гбыл введен в эксплуатацию новый мощный экструдер германской фирмы«Рокштедт-Компекс» производительностью до 385 кг/ч.

С 1996 года объединениеактивно сотрудничает с Гомельским институтом металлополимерных системНациональной Академии наук РБ. За это время освоен выпуск новых мароккомпозиционных материалов, которые широко используются для изготовления литьемпод давлением различных изделий и деталей конструкционного иэлектроизоляционного назначения в машиностроений, электротехнике,приборостроении, работающих в условиях повышенных механических нагрузок,высокой влажности и пониженных температур:

— Этамид ЭА-2Л-2 — сплавПА-6 с полиэтиленом, получаемый методом реакционного компаундирования.Характеризуется повышенной ударной вязкостью с надрезом (не менее 15 кДж/м²),хорошим качеством поверхности. — Пропамид-3 — сплав ПА-6 с полипропиленом,получаемый методом реакционного компаундирования. Характеризуется низкимводопоглощением; — ПА6-С1 — трудногорючая марка (класс огнестойкости ПВ-0);

— ПА6-С2 — стеклонаполненная трудногорючая марка (класс огнестойкости ПВ-2).

В 2000 году предприятие,опираясь на собственный научно-технический и производственный потенциал имодернизировав имевшееся оборудование, расширило ассортимент производимых мароккомпозиционных материалов, выпускаемых крупнотоннажно:

1. Литьевая маркаГроднамид ПА6-Л-211/311. Содержи модифицирующие добавки, улучшающие литьевыехарактеристики: качество поверхности литьевых изделий, заполнение пресс-форм иоблегчение выемки готовых изделий из пресс-форм. Может использоваться в качествебазового полимера для последующего армирования стекловолокном, углероднымволокном, минеральными и другими наполнителями. Выпускается также втермосветостабилизированном варианте (с индексом «Т»).

2. Группа антифрикционныхмарок Гроднамид ПА6- ЛТА, ПА6-ЛТА-СВ5, ЛТА-СВ30. Преимущества в эксплуатации:пониженный коэффициент трения, высокая износостойкость, улучшенный внешний(декоративный) вид. Учитывая особенности данного материала, существуетвозможность применять его при изготовлений деталей, работающих в узлах трениябез смазки или при ее ограничении (сепараторы подшипников, бегункикольцекрутильных машин, некоторые детали нитепроводящей гарнитуры, используемойв текстильной промышленности, мебельная фурнитура и др.).

3. Ударопрочная марка«Гроднамцд ПА6-Л-У1» — отличается показателем высокой ударной вязкости с острымнадрезом (24-25 кДж/м²), эластичностью, упругостью, стойкостью крастрескиванию и короблению при перепадах температуры и влажности, пониженнымводопоглощением, улучшенным качеством поверхности, сопоставимой сАБСпластиками.

4. Группастеклонаполненных композитов с пониженным водопоглощением, морозостойкостью ивысокой электрической прочностью:

Гроднамид ПА6-ЛТ-СВ30В — имеет гигиеническое удостоверение на контакт с питьевой водой;

Гроднамид ПА6-ЛТ-СВ30В-1- окрашенный в черный цвет;

Гроднамид ПА6-ЛТ-СВ30В-2- высокоударопрочный (ударная вязкость по Шарпи с надрезом 20-25 кДж/м²),морозостойкий (до минус 60°С).

5.Минералонаполненныеполимерные композиций:

Гроднамид ПА6-ТМ20,Гроднамид IIА6-КМ20, КМ30 представляют собой полиамид-6, усиленный минеральныминаполнителями с дисперсностью 1-3 мкм. (ТМ — тальком, КМ — каолином).Характеризуются изотропностью механических свойств по всем направлениям,повышенной деформационной теплостойкостью, стабильностью размеров литьевыхизделий, низким короблением и усадкой, декоративным внешним видом. Припереработке обеспечивают низкий износ литьевых машин и оснастки. Материалы типаКМ дополнительно отличаются повышенной стойкостью к ударным и знакопеременнымнагрузкам, в том числе при низких температурах, благодаря специальнойадгезионной обработке минерального наполнителя. В 2001 году разработаны ипроходят испытания у потребителей следующие перспективные марки композиционныхматериалов:

Высокоударопрочнаяморозостойкая марка “Гроднамид ПА6-Л-У2” характеризуется показателем ударнойвязкости по Шарпи с острым надрезом 40-45 кДж/м², морозостойкостью доминус 60ºС, пониженным водопоглощением и повышенной стойкостью культрафиолетовому облучению.

Экструзионые марки«Гроднамид ПА6-Э1, Гроднамид ПА6-Э2» характеризуются повышеннойвязкостью и прочностью расплава при низких скоростях сдвига, что позволяетиспользовать их для изготовления изделий методом экструзии, в т.ч. коэксной(Э1) или с раздувом (Э2). По вязкости расплава ПА6-Э1 эквивалентен ПА 6 сотносительной вязкостью 4,5; ПА6-Э2 — 6,0. Кроме того, материалы отличаютсяочень высокой ударной вязкостью с надрезом (30-45 кДж/м²), высокимибарьерными свойствами (низкой бензомаслопроницаемостью).

В 2001 году объединениезакупило и ввело в эксплуатацию мультипроцессную установку компаундированияфирмы “Берсторфф” производительностью до 600 кг/ч.

Таким образом, внастоящее время объединение располагает мощностями по выпускубазовыхмарок полиамида-6 до 600 т/мес и полимерных композиционных материалов до 720т/мес.

На предприятиипроводилось и проводится целенаправленная работа по повышению качества иконкурентоспособности производимой продукции.

В условиях рыночнойэкономики и усиления конкуренции КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ стало философиейпредприятия неотъемлемым условием успеха в финансово- хозяйственнойдеятельности.

Понимая необходимостьприменения прогрессивных методов управления качеством, предприятие с 1998 годаактивизировало деятельность по разработке и внедрению СИСТЕМЫ КАЧЕСТВА всоответствии с требованиями Международных стандартов (МС) ИСО серии 9000. Вдекабре 2000 года система качества предприятия успешно прошла сертификацию насоответствие требованиям стандарта МС ИСО 9001-94., притом в двух системах:

— Российского МорскогоРегистра Судоходства. г. Санкт-Петербург

—ГОСТ Р.

Стабильность качествавыпускаемой продукции обеспечивается эффективным функционированием системыкачества, применением прогрессивных технологий, хорошей организациейпроизводства, стабильной работой оборудования, высокой квалификацией персонала.

Надмолекулярно — топологическая структурная организация аморфно-кристаллических полимеровоказывает существенное влияние, как на когезионную [4], так и на адгезионнуюпрочность при использовании их в качестве термопластичной матрицы вармированных композитах [5-7] или клеевой прослойки. При этом важнымипараметрами структуры являются: соотношение весовых долей аморфной икристаллической фракций (блоков), степень упаковки аморфных блоков (величинасвободного объёма), размер и количество кристаллитов, играющих роль физическихузлов псевдосетчатой структуры аморфного блока. Эти параметры структурыполимера определяют количество проходных цепей, несущих механическую нагрузку,молекулярную подвижность локального и сегментального типов, величину энергии,диссипируемой при механическом нагружении и, соответственно, прочностныесвойства аморфно-кристаллических термопластов.

Одним из наиболееэффективных при исследовании надмолекулярно-топологического строения аморфно-кристаллическихполимеров является метод термомеханической спектроскопии (ТМС). С помощью этойметодики уже исследовалась структура ПА-6 после различного рода воздействий наего расплав как в присутствии некоторых полиолефинов и наноразмерных примесей, таки без них. Так, в работе при исследовании молекулярно-топологического строенияПА-6 марки Таrnamid Т-27 (Польша) методом ТМС была установленааморфно-кристаллическая структура псевдосетчатого строения с весовой долейаморфной фазы φа = 0.1 Межузловые цепи аморфного блока имели молекулярнуюмассу Мсn= 28500, Мсw =40800 и К = 1.43. Размораживание сегментальной подвижностив них начиналось при Тс = -55°С Было обнаружено, что уже однократный прогонрасплава полиамида через экструдер в два раза снижал степень егокристалличности и существенно повышал подвижность межузловых цепей псевдосеткиаморфного блока (Тс =-64°С) при заметном снижении их молекулярной массы.Существенное влияние на молекулярно-топологическое строение охлажденногорасплава при переработке ПА-6 оказывал и тип смесителя. Так, установка послешнека статического смесителя фильерного типа практически полностьюгомогенизировала структуру полимера, доводя ее до аморфного состояния. При этомв полиамиде полностью исчезала кристаллическая фаза, трансформируемая вкластерный блок — полиассоциативную структуру со степенью упаковки цепейпромежуточной между кристаллическим и чисто аморфным состояниями. В процессесмешения в таком смесителе в зависимости от количества прогонов через негорасплава полиамида наблюдали также увеличение его молекулярной массы — свидетельство протекания в нем при смещении механо-химических превращений.

Таким образом, ПА-6, каки многим другим кристаллизующимся термопластам, присущ полиморфизм — взависимости от тепловых условий охлаждения, наличия нуклеаторов кристаллизации,пластификаторов, воздействия на охлаждающийся расплав механического напряжения,электрического поля и других факторов могут создаваться условия дляформирования структур от аморфной до аморфнокристаллической с различнойстепенью кристалличности, плотности упаковки и совершенства кристаллов.

Влияние наноразмерныхпримесей и одновременного механического воздействия намолекулярно-топологическое строение и изотропно-анизотропные превращениятопологической структуры ПА-6 исследовалось в работах. Причем, в них впервыеиспользовали метод ТМС для оценки не только молекулярно-топологическогостроения ПА-6, но и степени анизотропии его топологической структуры послеодноосного механического воздействия.

Целью работы[8] явилосьисследование взаимосвязи надмолекулярно-топологической структуры и степени еёанизотропии с физико -механическими свойствами термопласта ПА-6, подвергнутогорадиационной модификации в области малых доз радиации (до 5.5 Мрад).

/>

Рис. 1.Физико-механические свойства полиамида

На рис.1 приведенырезультаты исследований зависимости прочностных характеристик: разрывнойпрочности при растяжении (σр ) — кривая 1, разрывной деформации(εр ) — кривая 2, модуль Юнга (Ер) — кривая 3 и величиныудельной ударной вязкости (ауд) от дозы облучения (D). Как видно из рисунка 1, значения σр, εр и аудпроходят через максимум в районе доз радиации 1-2 Мрад, в то время как значенияЕр в пределах разброса практически не менялись.

Неизменный характермодуля упругости при варьировании дозы радиации позволяет заключить, чтонаблюдаемый при этом рост прочности обусловлен действием диссипативного иструктурного факторов. Можно априорно предположить, что кристаллиты ваморфно-кристаллическом полимере могут играть двоякую роль: выступать вкачестве узлов физической сшивки и, одновременно, в качестве эффективныхдиссипативных центров, повышающих прочностные свойства полимеров. Но с другойстороны кристаллиты могут выступать в качестве структурных критических дефектов- концентраторов внутренних напряжений. Чем больше размер кристаллита и чембольше разница в плотностях упаковки кристаллита и прилегающих аморфныхучастков, тем больше перенапряжены проходные цепи, воспринимающие внешнююмеханическую нагрузку и тем быстрее достигается критическое напряжениеразрушения. В результате исследования обнаружено, что прочностныехарактеристики ПА-6 при растяжении и ударе в зависимости от дозы радиациипроходят через максимум в области 1-2 Мрад

Показано, чтотопологическая структура необлученного ПА-6 имеет аморфно-кристаллическоестроение с содержанием аморфного блока и трех кристаллических модификаций сразличной температурой и скоростью плавления. Обнаружено, что уже при формированииисходных образцов полимера методом одноосного литья пол давлением в немформируется высоко анизотропная топологическая структура, в которой кристаллитыв основном ориентированы в плоскости, соосной с вектором направленностилитьевого потока расплава подиамида.

Обнаружено, что радиолизПА-6 в пределах дозы облучения до 5.5 Мрад приводит к интенсивному межблочномумассообмену с изменением как топологической структуры полиамида, так и егомолекулярно-релаксационных характеристик.

Установлено, что изменениямолекулярно-релаксационных характеристик в топологических блоках ПА-6 носятэкстремальный характер. Экстремальная доза облучения во всех случаяхприходилась на область 1-2 Мрад. При этих же дозах модекулярно-топологическаяструктура полиамида достигла максимальной степени изотропности. Обнаружено, чтомаксимальный уровень физико-механических свойств, достигаемый полимером в этойже области доз, коррелируется с наблюдаемым экстремальным торможениеммолекулярной подвижности в аморфном и кристаллическом блоках. Это можетозначать, что при малых дозах радиации достигается оптимальные параметры:содержание, размер кристаллитов и их распределение по объему и ориентация, чтоприводит к росту диссипативяых свойств (вязкости разрушения), к снижениюразмеров структурных дефектов и, соответственно, росту прочностных свойстваморфно — кристаллического полимера.

Полученные данныепозволяют использовать радиационное облучение малыми дозами как методструктурной модификации и физического кондициовирования аморфнокристаллическихполимеров в уже готовом изделии.

Эффективным техническимрешением по синтезу наполненных полимеров, отличающихся повышенным комплексомсвойств, является метод полимеризационного наполнения [9, 10].

Целью работы [11]являлось исследование технологических свойств полиамида 6, синтезированного вприсутствии дисперсных и волокнистых наполнителей с использованием в качествекатализатора фосфорной кислоты (катионная полимеризация). Катионнаяполимеризация полиамида 6 позволяет значительно сократить (практически в 2раза) продолжительность процесса синтеза полимера, что важно в технологии IIКМ.Выбор наполнителей определялся задачей создания полиамида 6 с повышеннымипрочностными характеристиками, термо- и теплостойкостью, магнитными иантистатическями свойствами. В числе таких наполнителей были выбраныволокнистые материалы: технический ПАН-жгутик ТУ 6-06-С253-87, углеродная нить(УН) (Беличский завод теплозвукоизоляции, Украина), базальтовые нити (БН)(Брестовецкое месторождение, Украина), а также активные дисперсные системы:технический углерод — ГОСТ 18307-78, терморасширенный графат (ТРГ) — ТУ5728-006-132677-85, магнитный порошок (сплав) Nd-Fе-В — ТУ14-123-97-92.

В работе исследовалисьтехнологические свойства полимеризационноналолненого полиамида 6: молекулярнаямасса (ММ), содержание низкомолекулярных соединений (СНМС)и температураплавления / размягчения (Тпл).

Полученныеэкспериментальные данные по оценке технологических свойствполимеризационно-наполненного полиамида 6 на основе волокнистых наполнителей(табл.1) свидетельствуют о том, что независимо от используемого катализатора(вода или фосфорная кислота) синтезируется полимер с близкими значениямипоказателей.

Изменение жетехнологических характеристик, в основном, определяется химической природойиспользуемых армирующах систем и их содержанием.

Введение вполимеризующуюся систему технического ПАН-жгутика, который в условиях синтезаполиамида 6 способен образовывать циклические структуры с выделением летучихпродуктов, оказывает ингибирующее действие на рост макромолекулярной цепи, чтоприводит к снижению молекулярной массы и температуры плавления полиамида. Однакоувеличение его содержания до 40%, вероятно, способствует взаимодействиюнитрильных групп ПАН-жгутика с амидными группами полимерной матрицы иформированию композиционного материала, у которого при молекулярной массе ~900температура размягчения повышается до 280°С.

Аналогичное, но менееярко выраженное влияние на технологические свойства получаемого композитапроявляется при использовании в качестве армирующей системы углеродных нитей.

Практический интереспредставляет полимеризационнонаполненный полиамид 6 на основе базальтовыхнитей, в состав которых входят оксиды различных металлов. Анализэкспериментальных данных по влиянию базальтовых нитей на технологическиесвойства композиционного материала (табл.1) показывает, что они являютсяактивными армирующими системами, т.к. синтезируется материал с молекулярноймассой, близкой к ненаполненному полиамиду 6, и повышенной температурой плавления,что, возможно, определяется дополнительным катализирующим действием базальтовыхнитей на процесс полимеризации мономера [12].

В качестве активныхнаполнителей полиамида 6 могут выступать и дисперсные наполнители (табл.2), привведении которых в полимеризующуюся систему проявляется тенденция к возрастаниютемпературы плавления композита, появляется возможность придания наполненномуполимеру функциональных свойств, что представляет практический интерес длярасширения областей его применения.

/>

Примечание: вчислителе — экспериментальные данные катионной полимеризации, в знаменателе — экспериментальные данные гидролитической полимеризации; * — молекулярная массаопределялась по концевым группам, для остальных образцов — вискозиметрически.


/>

Примечание: * — молекулярная масса определялась по концевым группам, для остальных образцов –вискозиметрически.

В частности,использование в качестве наполнителя сплава Nd-Fе-В обеспечиваетпридание полимеризационно-наполненному полиамида 6 магнитных свойств, а такжеповышение его термоустойчивости (табл. 3).

Таким образом, анализвлияния исследуемых дисперсноволокнистых наполнителей на технологическиесвойства полимеризационно-наполненного полиамида 6 на их основе свидетельствуето преимущественно игибирующем действии выбранных наполнителей в условияхсинтеза полимера: проявляется тенденция к снижению молекулярной массы композитаи повышению содержания НМС в нем. При этом для синтезируемого полиамидахарактерно увеличение устойчивости к повышенным температурам.


/>

Примечание: в знаменателеприведены аддитивные значения.

Ароматические полиамиды(ПА) — обладая уникальными свойствами, такими, как повышенная термостойкость,ударопрочность, термотропность, и др. находят широкое применение в различныхотраслях промышленности. [13] Однако высокие температуры их плавления иразмягчения, ограниченная растворимость, значительная жесткость макромолекулзатрудняют переработку этих полимеров в изделия. В работе [14] синтезированы ПАна основе диаминов триарилметанового ряда.

Полиамиды синтезировалинизкотемпературной поликонденсацией диаминов с дихлорангидридами тере- иизофталевой кислот в растворе диэтилацетамида (ДЭАА) в атмосфере аргона. Схемуреакции показана на схеме 2.


/>

В качестве растворителейи акцепторов НСI использовали и другие растворители — диметилформамид (ДМФА),диметилацетамид (ДМАА) и N-ацетилпиперидин(АП). Полиамиды, получаемые с использованием в качестве растворителей МП, ДМФАи АП, имели низкие значения приведенной вязкости. Очевидно, получениювысокомолекулярных полимеров препятствует побочная реакция диамина срастворителем, протекающая на большую глубину.

Исследования влиянияобщей концентрации мономеров на вязкость полимеров показали, что оптимальное ихзначение составляет 1,0 моль/л для ПА. При этом продолжительность реакцийсоставляет 90 мин для ПА.

Синтезированный при этихусловиях ПА по данным рентгеноструктурного анализа представляли собой частичнокристаллические вещества белого цвета. Он хорошо растворяется в амидныхрастворителях (ДМАА, ДМФА, МП, АП и др.) и образуют концентрированные растворы,из которых можно получать прочные волокна и прозрачные пленки.

В работе были исследованытермические свойства ПА. Исследование термостойкости ПА проводили надериватографе Q-1500 фирмы «МОМ» (Венгрия)в динамическом режиме нагревания в токе аргона и на воздухе. Термостойкостьполимеров зависит от химического строения макромолекулы. Максимальнуютермическую устойчивость имеет ПА на основе 4,4'-диаминотрифенилметана идихлорангидрида терефталевой кислоты. Известно [5,6], что термостойкость ПАвозрастает в ряду м, м<м, п<п, п. При использовании для синтеза ПАзамещенных диаминов термостойкость полимеров незначительно снижается.

Анализ кривыхдифференциально-термического анализа (ДТА) полимеров показал, что тепловыеэффекты, связанные с окислительными процессами для ПА начинались притемпературе 265 °С (рис.1). При этом интенсивные потери массы, отвечающиеосновному процессу термоокислительной деструкции (ТОД), начинались только притемпературе 380°С.

Глубина превращений принагревании на воздухе для ПА значительно больше, чем в инертной среде имаксимальный вес остатка при нагревании до 500°С соответственно меньше, чем винертной среде.

Изменение физическихсвойств с температурой позволяет определить температурный интервал эксплуатацииполимера и его переработки. Термомеханические исследования синтезированного ПАс триарилметановыми фрагментами в основной цепи проводили с помощьюдилатометрического метода на приборе УИП-70 в диапазоне температур 20-300°С спостоянной скоростью нагревания 5 град/мин.

/>

Рис.1.Термогравиметрический анализ ПА на основе 4,4'-диаминотрифенилметана идахлорангидрида терефталевой кислоты (1);


Дилатометрический анализпоказал, что ПА имеет достаточно высокую температуру размягчения, чтообъясняется достаточно жесткой структурой макромолекулы и наличием водородныхсвязей, образующихся между амидными группами соседних макромолекул. Врезультате такого межмолекулярного взаимодействия образуется сетка водородныхсвязей, пронизывающая полимерный материал — ПА, как это показал в своей работеФуллер. Энергия водородных связей меньше, чем основных валентных связей (N-С, С-С), однако, ввиду их большогоколичества, в каждой макромолекуле суммарная энергия взаимодействия может бытьвесьма значительной.

Введение в основную цепьПА сложноэфирной группировки ведет к понижению температуры плавления полимера.Такое снижение видимо, обусловлено увеличением гибкости цепи макромолекул.

Использование производныхдиаминов триарвлметамового ряда понижает температуру размягчения ПАнезначительно. Заместители еще больше разрыхляют упорядоченность макромолекул.Полученные ПА хорошо растворяются в амидных растворителях и дают концентрированныерастворы. Из ПА и ДМФА растворов методом полива на стеклянную подложку споследующей термической сушкой получены прозрачные пленки. Затем определенытакие механические показатели как предел прочности при растяжении (σр,МПа) и относительное удлинение при разрыве (σр, %) данных пленок наразрывной машине Instron-1122. Приэтом скорость разрыва образцов — 5мм/мин. Толщина пленок колебалось от0,03 до 0,06 мм, длина образцов — 10 мм.

Как показали исследованияпрочностные показатели ПА пленок на основе 4,4’-диаминотрифевялметана идихлорангидрида тере-, изофталевой кислот предел прочности при растяжениисоставлял, соответственно, 88 и 60 МПа, относительное удлинение при разрыве,соответственно, 6 и 8%. сравнивая эти значения, можно сделать вывод, что ПАпленка на основе дихлорангидрида терефталевой кислоты является более прочнойчем ПА пленка на основе двхлорангидрида изофталевой кислоты. Видимо, этообусловлено строением макромолекул, т.е. макромолекулы ПА на основедихлорангидрида терефталевой кислоты имеют более упорядоченную структуру.

Таким образом, полученыполиамиды с триарилметановыми фрагментами в основной цепи, которые обладаюткомплексом ценных физико-химических свойств. При этом они легкоперерабатываются из раствора или из расплава для получения прочных волоков иплевок различного назначения, которые могут эксплуатироваться в жесткихусловиях.

Основным направлениемданной работы [15] являются термопластичные композиционные материалыинженерно-технического назначения.

Эти материалы, перерабатываемыевысокопроизводственными процессами литья под давлением или экструзии, должнызаменять в технике металлы и реактопласты.

Наиболее высокий комплексмеханических свойств придают термопластам волокнистые наполнители. Полиамиды 6и 66 (ПА6, ПА66) не отвечают в полной мере требованиям, предъявляемых кинженерным (конструкционным) пластикам. В первую очередь это касаетсядеформационной теплостойкости и модулей.

Введениемстекловолокнистых наполнителей эти полимеры могут быть переведены в категориюинженерных пластиков с высоким комплексом механических показателей (таблица 2).


Таблица 1.

Свойствастеклонаполненных композиций термопластов.

/>

Для полимеров среакционноспособными функциональными группами основное внимание уделеностекловолокнам с соответствующим составом замасливателя. Однако и в этом случаевозможно повышение механических свойств и, в первую очередь, ударной вязкостипутем модификации полимерной матрицы. Этот подход реализован для композиций ПА6с углеродным волокном (рис. 2).

/>

Рис. 2. Свойствакомпозиций ПА6 с углеволокном (УКН 440) в зависимости от содержании волокон иотсутствия (1) или присутствия (2) адгезионного модификатора.


Усиление термопластовволокнистыми наполнителями приводит к анизотропии свойств материалов,неравномерной усадке изделий по различным направлениям и как результат к ихкороблению. Решение этой проблемы возможно при использовании т.н. «гибридного»наполнителя т.е. сочетания волокнистых наполнителей с пластинчатыми (рис. 3).

 

/>

Рис.3. Влияниесоотношении наполнителей на свойства композиций. 1.30% стекловолокна; 2. 15%стекловолокна + 15% слюды; 3.30% слюды.

При этом возможнополучить материалы с достаточно высокими механическими свойствами и низкимкороблением.

Таким образом, благодаряреализации на практике химического связывания полимер — поверхностьволокнистого наполнителя создан ПА усиленный стекло- и углеволокнами с высокимуровнем механических свойств.

В работе [16] объектамиисследования являлись ПА 6 и ряд полимеров с реакцонноспособными группами:

— этиленпропиленовыекаучуки (ЭПК) — бутадиен-акрилонитрильные каучуки (СКН)

— сополимеры этилена ивинилацетат (СЭВИЛЕН)

В ряде случаев длясравнения использовали композиции ПА 6 с аналогичными полимерами безфункциональных групп. Совмещение компонентов проводили на лабораторномдвухшнековом экструдере с диаметром шнека 30 мм, l/d = 25.

Исследование механичекихсвойств осуществляли в соответствии с ГОСТ на стандартных образцах, полученныхлитьем под давлением.

Теплофизические свойстваизучали методом ДСК при скорости нагрева 20 град/мин с использованиемтермоанализатора 990 ф. Дюпон. Кинетику поглощения бензина и воды осуществлялина дисках 50х2 мм.

Сповышениемсодержания ЭПК в композиции ударная вязкость и относительное удлинение приразрыве возрастают, а прочность и модуль упругости при изгибе падают (рис 1).Из приведенных данных следует, что выбор материала и повышенным значениемударной вязкости определяется допустимым снижением упруго-прочностных свойствматериала.

В рассматриваемой системевзаимодействие полимеров благодаря наличию функциональных групп протекает какпроцесс прививки дисперсной фазы к матрице ПА.

Свойства такой системыбудут определяться степенью диспергирования эластомера и, следовательно,зависят от содержания реакционноспособных групп. На примере ЭПК показано, чтоимеется оптимум содержания функциональных групп (рис. 2). Образование привитогомакрополимера между ПА6 и ЭПК подтверждается данными ДСК (рис 4). Как видно из рисунка,в отличии от чисто механической смеси, на термограмме ПА6 с модифицированнымэластомером появляется дополнительный пик, при этом с увеличением содержанияэластомера площадь пика увеличивается, и он смещается в область низкихтемператур.


/>

Рис.4. Зависимостьфизико-механических свойств ПА 6 от содержания ЭПК (σт – предел текучестипри растяжении, ат – ударная вязкость по Шарпи на образцах с надрезом, Еизг –модуль упругости при изгибе, εр – относительное удлинение при разрыве).

/>

Рис. 5. Зависимостьударной вязкости образцов с надрезом от содержания ЭПК и функциональных групп внем.


/>

Рис.6. Термограмма ДСКПА6, ЭПК и различных смесей на их основе.

В настоящее время НПП«ПОЛИПЛАСТИК» выпускает марки ударопрочных, морозостоких композиций: АРМАМИДПА6-1УП, 2УП. Они отличаются повышенной величиной ударной вязкости присохранении высоких значений модуля (таблица. 1). Кроме этого они имеют хорошиедиэлектрические показатели и пониженное водопоглощение по сравнению с ПА 6.

Таблица 3

Свойства ударопрочных,эластифицированных марок на основе полиамида 6 (для сухих образцов).

/>


Наряду с ударопрочнымикомпозициями на основе ПА 6, производятся эластфицированные марки АРМАМИД ПА6-2Э.3Э (табл. 3). Данные материалы отличаются улучшенной эластичностьюпониженными значениями модулей и прочностных показателей. Ударная вязкостьуказаных материалов несколько ниже предыдущей серии материалов, однако ониимеют повышенную масло — и бензостойкость. Проводятся работы в направленииполучения материалов с повышенной эластичностью и бензо- маслостойкостью,перерабатываемые методом зкструзии.

Области применениямодифицированных ПА чрезвычайно разнообразны, их используют вавтомобилестроении (кнопки крепления обивки, ремешки-держатели электропроводки,трубки подачи топлива и масла и т.д.), для изготовления спортивного инвентаря,для оснастки строительного инструмента, в бытовой техники и т.д.

Современныеконструкционные полимерные материалы, разрабатываемые НПП «ПОЛИПЛАСТИК», имеют,как правило многокомпонентный состав, включающий армирующие и дисперсионныенаполнители, а также ряд функциональных органических добавок, часть из которыхпри температурах переработки находится в состоянии низковязких жидкостей.

Сложной технологическойпроблемой является получение однородной смеси многокомпонентных материалов,которая обычно решается путем смещения в двухшнековом экструдере. Как правило,подобным путем решается задача получения термопластов. армированных стекло- иуглеволокнами. В то же время, проблема равномерного распределения по конечномуобразцу, как твердых, так и, особенно жидких, не совмещающихся с полимернойматрицей, функциональных добавок, гораздо более сложна [17, 18], поскольку призаполнении прессформы наблюдается значительный температурный градиент влияющийна распределение по поверхности образца каждого из компонентов. Особенныйинтерес заключался в установлении факта возможного изменения характерараспределения компонентов не только по поверхности, но и по толщине образца.

Для выполненияпоставленной задачи, в рассмотренной работе [19] были исследованы свойстваповерхности четырех стеклонаполненных композиционных материалов на основе ПА-6,содержащих дополнительно твердый минеральный наполнитель, добавку эластомера икремнийорганический модификатор. Для сравнения был исследован также образецПА-6.

Полученные в проделаннойработе данные свидетельствуют о наличии существенного градиента при удалении отлитника химического состава и свойств наружных поверхностных слоёв литьевыхобразцов стеклонаполненных полиамидов в зависимости от компонентного состава иприроды добавок.

Значительный интереспредставляют полученные данные для понимания характера формирования наружных иподповерхностных слоев. Наружные поверхностные слои обогащены полимером,плавкими добавками имеющими к тому же более низкую поверхностную энергию посравнению с полиамидом и стекловолокном. Это приводит к тому, чтомикротвердость наружных поверхностных слоев при удалении от литника снижается.В подповерхностных слоях, вероятно, реализуется иной механизм распределениякомпонентов, что приводит к более высокой твердости образцов по мере удаленияот литника.

Полученные результатыдают представление о сложных процессах формирования поверхностных иподповерхностных сдоев наполненных полимеров. что особенно важно приизготовлении ответственных изделий радио-, электро-, приборной и другихотраслей промышленности.

Целью работы [20]является экспериментальное изучение изменения показателей кратковременнойпрочности дисперсно армированного материала на примере стеклонаполненногополиамида марки ПА6-211ДС при старении в холодном климате и в условияхтермоциклических воздействий; анализ и интерпретация результатов испытаний имеханизмов повреждающего воздействия климатических факторов и апробацияматематической экстраполяционной модели прогнозирования.

Механическиехарактеристики материала (разрушающее напряжение при растяжении и изгибе)определялись при нормальных и низких температурах на стандартных образцах (тип2 — по ГОСТ 11262-80), изготовленных методом литья пол давлением, в исходномсостоянии, после термоциклирования, после старения в условиях открытойэкспозиции и в неотапливаемом складе. Испытания проводились на разрывной машинеFР-10 при скорости перемещениятраверсы нагружающего устройства 5мм/мин.

Для оценки размера зоныпластической деформации были проведены эксперименты по определениютрещиностойкости ПА6-211ДС через критический коэффициент интенсивностинапряжений КIC [21]. Образцы материала вырезалисьиз плит, изготовленных литьем под давлением, размером 40х25х10мм. Затем наобразцы наносились надрезы различной длины (10;14мм) по методике работы.Испытания проводились на внецентренное растяжение по схеме двойной консольнойбалки (ДКБ) [22].

Механические испытания нарастяжение проводили на разрывной машине FР-10 при скорости перемещения траверсы 0,5мм/мин итемпературах +20°С и -60°С. Влагонасыщение части образцов до стационарногоуровня (6,5%) осуществляли в дистиллированной воде при температуре +60°С.

Морфологическиеособенности структуры образцов на поверхности низкотемпературного скола и наповерхности разрушения при растяжении при температурах испытания +20°С и -60°Сисследовали методом электронной сканирующей микроскопии.

При анализе данных вотличие от имеющихся данных по старению материалов на основе термопластов [23,24] обнаруживаются следующие особенности.

1. Явно выраженногохрупко-вязкого перехода (ХВП), сопровождающегося резким падением прочностиобразца в температурном диапазоне испытаний материала не наблюдается. Согласно[21] ХВП на температурной зависимости прочности образцов после различных сроковнатурной экспозиции появляется в результате неоднородного развитияповрежденности по объему образца с образованием на его поверхности«охрупченного» слоя. При низкотемпературных испытаниях на прочность«быстрые» трещины, возникающие в хрупком поверхностном слое, способныраспространяться в слои основного материала, неповрежденного старением, иприводить к квазихрупкому разрушению образца. Повышение температуры испытанийприводит к увеличению вязкости разрушения основного материала и в конечномитоге к торможению трещины на границе раздела поверхностный слой — основнойматериал, и к смене механизма разрушения образца от квазихрупкого к вязкому.Граничная температура ХВП определяется в рамках положений линейной механикиразрушения согласно [21]. Она зависит от размеров поперечного сечения образца ивеличины зоны пластической (необратимой) деформации в вершине надреза-трещиныдля конкретного материала, которая в свою очередь зависит от температуры испытанийи скорости трещины на границе раздела.

Таким образом, исходныйобразец в условиях испытания уже находится в состоянии квазихрупкости поотношению к разрушающей трещине, а ХВП должен наблюдаться при более высокихтемпературах. Этим и объясняется отсутствие ХВП на температурной зависимостипрочности при воздействии факторов холодного климата.

2. Прочностные показателиПА6-211ДС изменяются в большей степени в испытаниях при Т= +20°С, чем при Т — 60°С, т.е. более информативными с точки зрения изучения процесса старенияматериала оказываются испытания при положительных температурах.

Объяснение данного фактаследует из гипотезы об определяющей роли границы раздела волокно-матрица.Полагаем, что в процессе старения материала наиболее значимымпроцессом,ответственным за изменение механических свойств, является нарушение адгезионнойсвязи волокноматрица. Тогда, учитывая разницу в коэффициентах термическогорасширения волокна и матрицы (~10 раз), можно говорить о частичном залечивавииповрежденности, за счет обжатия волокна матрицей, в испытаниях при низкихтемпературах.

3. Наиболеетруднообъяснимой особенностью старения ПА6-211-ДС является разница в кинетикеизменения прочностных показателей образцов при экспонировании на полигоне и вусловиях неотапливаемого склада. УФ-часть солнечного излучения, ответственная восновном за образование охрупченного поверхностного слоя не должна иметьопределяющее значение. Тогда, на наш взгляд, основным фактором, обуславливающимразличие условий старения, является радиационный нагрев поверхности образца. Понашим данным сезонное (лето, весна, осень) превышение температуры образца надтемпературой окружающего воздуха составляет 20°С. Отсюда следует, что различиев механизмах старения (если их несколько) либо различие в их кинетике должныпроявляться по всему объему материала образца (с некоторой поправкой наградиент по температуре и диффузии влаги в образце).


/>

Рис.6. Экспериментальныеданные и теоретическая зависимость прочности при разрыве в неотавливаемомскладе (а) и а натурных условиях (б).

Известно [25], чтотермическое расширение — сжатие материала, являясь функцией сил внутри- имежмолекулярного взаимодействия, косвенно характеризует сплошность материала иадгезионную прочность границы раздела волокно — матрица. С другой стороныориентация материала в процессе изготовления образцов (литые под давлением)также не только обуславливает анизотропию свойств, но и способствуетпроявлению эффектов сжатия образца из аморфнокристаллического полимера принагревании [26]. На рис.3 представлены данные термомеханического анализа. Какследует из рис.3, наиболее значимые сравнительные изменения относительныхудлинений наблюдаются вдоль оси образца, причем для условий открытой экспозиции(полигон) и складского хранения тенденции противоположны значительноеуменьшение и, соответственно, увеличение сокращения образца.

В настоящее время ПА610не производится в России и странах СНГ. Материал ПА610-Л-Г5 ТУ 6-06-134-90приобретался в компании ООО «Плафтален» г.Москва с 2000-2006г. Периодически припереработке материала возникали проблемы, такие как:

материал всегдапоставлялся с повышенным содержанием влаги, что приводило к увеличению временисушки с 2-4 часов до 8-10 часов.

гранулы материалаотличались по размеру и цвету в пределах одной партии, что свидетельствует онестабильности процесса изготовления материала.

усадка материла несоответствовала требованиям нормативного документа, что приводило кнеобходимости оформления отступлений от чертежа на деталь.

уже при слесарнойобработке (удаление литника) детали происходило расслоение материала, чтоприводило к увеличению технологического отхода и увеличению трудоемкости.

Поиском нового поставщиказанимался отдел главного металлурга. В 2007г. Был найден новый поставщикматериала ПА610-Л-Г5 ТУ 6-06-134-90, который гарантировал стабильность свойстви высокое качество материла. Был открыт паспорт опытных работ, согласнокоторому материал прошел все испытания положительно и было принято решение озапуске материала в серийное производство (копия паспорта прилагается).

При массовой закупкематериала и запуска его в производство было установлено, что ушли от вех вышеперечисленных недостатков, кроме расслоения материала не удалось, хотя этотдефект стал проявляться уже при токарной и шлифовальной операции.

Главным инженером былодано указание соответствующей службе заняться поиском нового материала.

В первую очередь, преждечем начать поиск нового материала, необходимо изучить требования к детали иусловия эксплуатации. Конструктор-разработчик изделия при выборе материалаисходил из следующих требований:

1.1. данная детальработает на трение в соприкосновении с деталью «шайба золотника» (материалацинковый сплав ЦАМ – 4-3). Следовательно, материал должен обладать низкойистираемостью и иметь низкий коэффициент трения в паре «пластик-металл»;

деталь работает в среде — природный газ. Следовательно, материал должен быть газонепроницаемым.

1.2. деталь должна хорошообрабатываться (токарная обработка и прецизионная шлифовальная операция);

температура эксплуатациидетали лежит в пределах — (минус 55°С) – (плюс 70° С);

Был произведенлитературный обзор материалов, которые бы удовлетворяли выше указаннымтребованиям.

В результате были выбраны5 наименований материалов, которые были предложены для изучениясерийно-конструкторскому отделу и отделу главного металлурга:

1.1. PPS DIC FZ 3600 (полифенилсульфид стеклонаполненный 60%).

1.2. PPS DIC FZ 6600В2 (полифенилсульфид минерало-стеклонаполненный 60%).

1.3. Гроднамид ПА6-ЛТА ТУРБ 500048054.007-2002.

1.4. ГроднамидПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002.

1.5. ГроднамидПА6-ЛТА-СВ30 ТУ РБ 500048054.007-2002.

Были открыты паспортаопытных работ (копии прилагаются). Для подтверждения пригодности данного материалабыло принято решение изготовить деталь, собрать счетчик и провести комплексныеиспытания согласно нормативного документа на газовый счетчик бытовой (по п.4.18ТУ 4858-011-0750-8919-95 – воздействие на счетчик цикличного изменениятемпературы и испытания на надежность).

Цель всех испытаний –выявление воздействия внешних факторов на материал, как изменятся свойстваматериала (истирание, нестабильность размеров детали, трещины и т.д.) и неприведет ли это к высокой погрешности счетчика.

В результате былоустановлено, что в процессе испытаний на надежность:

1. произошло истираниематериала PPS DIC FZ 3600 в виде черных хлопьев.

2. произошло истираниематериала PPS DIC FZ 6600В2 в виде белого порошка.

3. произошлонеравномерное истирание материала Гроднамид ПА6-ЛТА ТУ РБ 500048054.007-2002 иГроднамид ПА6-ЛТА-СВ30 ТУ РБ 500048054.007-2002 с образованием канавки.

4. материал ГроднамидПА6-ЛТА-СВ5 ТУ РБ 500048054.007-2002 выдержал испытания.

На основании полученныхрезультатов испытаний было принято решение провести опытно-промышленную партиюв количестве 1000шт. для налаживания тех.процесса литья и дальнейшихдополнительных операций.

В результате былоустановлено, что:

1.1. материала имеетстабильные свойства (усадку и др.).

1.2. гранулы материалаимеют одинаковую форму и размеры (отклонения по размерам в пределах допуска,указанного в нормативном документе).

1.3. содержание влаги непревышает значения, заявленного в ТУ на материал.

1.4. самое главное –удалось уйти от расслоения.

1.5. уменьшилоськоличество брака (до 0,1%).

1.6. материал имеет болеенизкую стоимость, что позволило снизить себестоимость счетчика.

1.2.Характеристика исходного сырья

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 ТУРБ 500048054.007-2002 – полимерный композиционный антифрикционный материал,предназначенный для изготовления литьем под давлением различных изделий идеталей конструкционного назначения, работающих в условиях повышенныхмеханических нагрузок в узлах трения с ограниченным количеством смазки или приее отсутствии.

Гроднамид ПА6-ЛТАпредставляет собой композиционный материал, состоящий из полиамида 6,содержащего модифицирующую антифрикционную добавку и другие компоненты,придающие материалу улучшенные эксплуатационные свойства и литьевыехарактеристики, наполненного отрезками стеклянных нитей.

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 засчет ввода стекловолокна (5%) характеризуется размерной стабильностью, высокойпрочностью и жесткостью, имеет более низкую усадку и более высокую плотность всравнении с Гроднамидом ПА6-ЛТА.

По физико-механическимпоказателям ПА6-ЛТА-СВ5 должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.2.1

Таблица 1.2.1

Наименование показателя ПА6-ЛТА-СВ5 1. внешний вид и цвет Гранулы серебристо-черного цвета 2. массовая доля гранул размером (2-5)мм, %, не менее 97 массовая доля стеклонаполнителя % 5 3. ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза, кДж/м², не менее 40 4. изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПА, не менее 140 5. плотность, г/см²

1,23+0,03

Сырье, применяемое дляполучения ПА6-ЛТА-СВ5, должно соответствовать требованиям действующихтехнических нормативных правовых актов.

1.3. Описаниетехнологического процесса

 

Исходное сырье со складапоступает в цех. Сырье из мешков с помощью пневмозагрузчика (1) подается в насушку ( ), а далее в термопластавтомат (1).

Детали загружаются втермошкаф с температурой не выше (+50)°С, затем задается нужная температура ивремя отсчитывается с момента достижения температуры (+80) °С.

Данная операциянеобходима для снятия внутренних напряжений, которое образуется вследствие неравномерногоохлаждения детали.

1.4. Основныепараметры технологического процесса

1. Сушка материала. Температура(125+5)° С в течение 2-4часов.

2. Литьевая операция.

Температура по зонамнагрева:

1 зона — 220±10°С;

2 зона — 220°С;

3 зона — 230°С;

Выдержка:

Под давлением – 5 сек.

Под охлаждением – 15 сек.

Пресс-форма — №657.01.606. температура пресс-формы должна быть – 60-80°С.

3. Термостабилизация(термошкаф). Температуре (+80-90°С) в течение 1 часа.

1.5. Техническаяхарактеристика основного технологического оборудования

В настоящее времясуществует много производителей литьевых машин, поэтому литьевые машины,поступающие в продажу, сильно отличаются друг от друга в отношении техническихпараметров, форм и качества работы. Необходимо выбрать такую машину, которая вточности удовлетворяла бы его требования к различным формами отливаемыхдеталей. При выборе машины, необходимо обратить внимание на такие параметры,как рабочие функции, материалы, вес, годовой выпуск продукции. При выборенеобходимо учитывать следующие основные параметры.

1. вес литья – этомаксимальный вес без установки формы.

2. сила запирания.Когда происходит впрыск расплавленной пластмассы в форму, под действиемподвижной рабочей поверхности, прижимающей форму, возникает конечная силазамыкания, определяемая как сила запирания. Это главный технический показательмашины. Если значение силы запирания не соответствует требованиям, то приработе будет возникать грохот. При выборе модели машины следует учитывать, чтосила замыкания, необходимая для литьевой формы, должна быть меньше силызапирания машины.

3. давление и скоростьвпрыска. Давление впрыска – это максимальное давление в стволе во времявпрыска. Скорость впрыска – это количество массы, поступающей из сопла заединицу времени. Следует постоянно регулировать поток расплавленного вещества взависимости от характеристик материала и формы.

4. высотаэкструзионной головки и максимальный ход. Максимальная и минимальная высотаэкструзионной головки связана с толщиной формы, приемлемой для машины.

Ход ограничен такимобразом, что ход тумблера для изъятия детали должен быть меньше максимальногохода машины.

Соответствующие габаритыпри установки формы: габариты формы должны соответствовать габаритамповерхности формы и входить в пространство между соединительными стержнями беззатруднения.

5. винт и цилиндр.Данный элемент воздействует на всю работу машины. Чтобы добиться высокогокачества при растопке детали в стволе, необходимо хорошее перемешивание иединообразие. Более того, структура материла винта и ствола имеет большоезначение для результатов литья.

6. микропроцессор.Производительность микропроцессора и рабочая скорость – это определяющий факторкачества изделия. Особенно важно достичь высокой скорости на стадии готовностипродукции. Чем лучшей регулировке и настройке поддается микропроцессор, тембольше циклов производства можно провести. Следует выбрать соответствующийрегулятор в соответствии с точностью, необходимой для изготовления продукции,так как хороший контроль определяет гарантированное качество и более низкиезатраты машины.

Гидравлическая система. Внастоящее время все машины, за исключение полностью электрических, используютсоответствующие клапаны для регулировки давления, расхода и направления, чтобывпрыск хорошо воспроизводился, был постоянным, с низким уровнем шума, с хорошейизоляцией.

Напряжение – 380В,частота 50Гц.

Мощность мотора меньше 15КВт, 13-15 КВт, меньше 37 КВт. Оптимальная скорость охлаждающей жидкостиустанавливается в процессе работы. Мощность насоса – 15 КВт,

скорость тока охлаждающейжидкости – 26 л/мин.

Мощность нагревателя – 15КВт, скорость тока охлаждающей жидкости – 26 л/мин и более.

Давление в системе подачиохлаждающей воды – 0,2-0,6МПа.

Расход охлаждающейжидкости 1.5.

 

1.6.Технологические расчеты

 

1.6.1.Материальные расчеты

Технологический процесссостоит из ряда стадий, потери материала в % составляют:

потери при сушке – 2,26%

потери при литье – 2,75%

Коэффициент потерь 1,0501

Масса одной детали слитником 26,5 гр. = 0,0265 кг.

Норма расхода 0,02783 кг.на одну деталь.

Производительность –10000 штук в месяц.

Расчет материала на 10000штук деталей.

Масса детали с литником: 0,0265·10000=265кг.

Норма расхода на 10000штук составит: 0,02783·10000=278,3кг.

Потери на 10000 штуксоставят:

— при сушке: 265·2,26:100=5,986≈6кг.

— при литье: 265·2,75:100=7,287≈7,3кг.

Итого потери составят ≈13,3 кг.

Удельный расходГроднамида на тону годного литья:

1000·278,3:265=1050 кг

1.6.2Расчет оборудования

Масса одного изделия 24гр.

Количество гнезд 2

Время цикла 40 сек.

За один цикл (40 сек.)изготавливается изделий 2 шт.

За 1 час изготавливается:3600∙2:40=180 шт/час

За 8 часовой рабочий деньизготавливается: 180∙8=1440 шт. в день

Масса всех изделий,изготовленных за день: 1440∙27,83≈40075 гр.≈40,1 кг

Производительностьлитьевой машины (Q кг/ч)

Производительностьсчитаем по формуле:

Q= 3600∙m∙n:t

Где    m – масса изделия,г.

n – количество гнезд

t – время цикла

Q= 3600∙26,5∙2:40=4770гр≈48кг/ч

Число циклов машины за 1час: N=3600:t; N= 3600:40=90

Расчет количестваоборудования для производительности 10000 штук изделий в месяц

Среднее число рабочихдней в месяце – 20

20∙8=160 часов

Производительность машины– 180 шт/час. (1.6.2)

0,9 – коэффициентмашинного полезного времени

160∙0,9=144 часа

144∙4,8=691 кг. –производительность машины в месяц

278,3:691≈0,4

Коэффициент загрузки ≈0,4

Одной машины достаточнодля выполнения производственной программы с учетом резерва.


1.6.3Энергетические расчеты

Электроэнергия :

Данные о потребленииоборудованием энергии представлены в таблице

Оборудование Количество Мощность, кВт Пневмозагрузчик SAL-700 G 1 5,3 Сушильный бункер SHD-50 1 4,0 Термостат STM-95 1 4,37 Мощность термопластавтомата HTF-58X 1 11,0 Мощность нагревателя 1 5,1

Мощность, потребляемаявсем оборудованием, составляет:

Nобщ=5,3+4+4,37+11+5,1=29,77кВт/час.

Тепловой расчет: Энергия,необходимая для перехода полимера в жидкое состояние, расходуется на нагреваниеи плавление полимера. Так как удельная теплоемкость полимера зависит оттемпературы, то количество теплоты, необходимой для нагревания полимера наΔТ, равно:

Q = m·Ср·(Тр-Тн) — Qпот,

Где    m – масса отливки,кг;

Ср – теплоемкостьтермопласта, кДж/кг*град;

Тр – температурапоступающего в форму расплава, ºС;

Тн – температурапоступающего в цилиндр термопласта, ºС;

Qпот – потери тепла;

Qпот = 0,03·m·Ср·(Тр- Тн)

Q =0,024·16·(180-20)-0,03·0,1·25·(180-20) = 256-7,7 = 248,32 кДж

Для отвода тепла,выделяющегося при охлаждении отформованного изделия, литьевые формы снабжаютсистемой жидкостного охлаждения. В простейшем случае в теле формы сверлятканалы, по которым циркулирует охлаждающая вода. В тех случаях когда надообеспечить интенсивное охлаждение какого-либо участка формы применяют каналы иплоскости с отражателями и перегородками, позволяющими подвести воду с самойнизкой температурой к тому месту формы, где требуется наиболее интенсивныйтеплоотвод.

Мощность системыохлаждения – это количество тепла, отводимое в единицу времени. Мощностьсистемы охлаждения должна обеспечивать надежный отвод всего тепла,выделяющегося в процессе охлаждения изделий. Интенсивность теплосъемаопределяется изменением теплосодержания охлаждающей воды:

Q = Gв ·(Тс — Тi),

Где    Gв – массовыйрасход воды в секунду;

Тс – температура воды на выходеиз формы;

Тi – температура воды навходе в форму.

Q = 5,5·(60-15) = 248,15кДж

Безопасность иэкологичность проекта.

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 неявляется токсичным продуктом и при нормальных условиях не оказывает вредноговлияния на организм человека.

По ГОСТ 12.1.007ПА6-ЛТА-СВ5 относится к 4 классу опасности.

В процессе переработкиПА6-ЛТА-СВ5 при температуре выше 270°С возможно выделение паров капролактама.

При температуре выше300°С ПА6-ЛТА-СВ5 разлагается с выделением аммиака, оксида углерода и оксидаазота.

Содержание вредныхвеществ в воздухе рабочей зоны и класс опасности не должны превышатьгигиенических регламентов, установленных СанПиН 11-19 и указанных в таблице3.1.

Таблица 3.1.

Наименование вещества ПДК, мг/м³ Класс опасности Действие на организма Аммиак 20 4 Сильное раздражение верхних дыхательных путей, слизистых глаз и кожи Оксид углерода 20 4 Вызывает удушенье, действие на центральную и периферическую систему Капролактам 10 3 Пары, попадая в организм, вызывают изменение внутренних органов и расстройство нервной системы Оксид азата 5 3 Обладает раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути и может привести к развитию токсического отека легких

Организацияпроизводственного процесса и оборудование при производстве, хранении иприменении Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 должны отвечать требованиям СанПин11-09.

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5относится по ГОСТ 12.1.044 к группе горючих материалов средней воспламеняемости.

При воздействии открытогопламени загорается без взрыва и горит коптящим пламенем с образованием расплаваи выделением газообразных продуктов, указанных в таблице 3.1.

Ппожарная безопасностьзданий и помещений для производства, хранения и применения ГроднамидПА6-ЛТА-СВ5 должна обеспечиваться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 иППБ РБ 1.01. Здания и помещения для производства, хранения и примененияГроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 должны отвечать противопожарным требованиям действующихстроительных норм, правил.

Работающий персоналдолжен проходить обязательный медицинский осмотр.

При производстве ипереработке Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5 работающий персонал должен быть обеспеченспецодеждой и средствами индивидуальной защиты в соответствии с установленныминормами ГОСТ 12.4.103.

Отходы ГроднамидПА6-ЛТА-СВ5 (литники, забракованные детали и т.д.) рекомендуется направлять дляповторной переработки или реализовывать потребителю на отходы, утвержденным вустановленном порядке.

Отходы ГроднамидПА6-ЛТА-СВ5 нельзя сбрасывать на рельеф, береговую и донную зону водоемов, таккак они подвержены биоразложению. Отходы можно направлять для захоронения напромышленную свалку.

Сжигание в отвалахзапрещено.

Сравнительнаяхарактеристика свойств

Полиамида ПА610-Л-Г5 и

Гроднамид ПА6-ЛТА-СВ5

Наименование показателя Наименование материала

ПА610-Л-Г5

ТУ 6-06-134-90

ПА6-ЛТА-СВ5

ТУ РБ 500048054.007-2002

Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза, кДж/м², не менее 28,4 40 Изгибающее напряжение при максимальной нагрузке, МПА, не менее не нормируется 140

Плотность, г/см3

1,14

1,23+0,03

Температура размягчения по Вика, °С 180-200 195-205 Относительное удлинение при разрыве, % не нормируется 6-9 Коэффициент трения 0,18 0,2-0,3 Усадка, % 1,2-1,5 0,8-1,2
еще рефераты
Еще работы по промышленности, производству