Изготавление изделий из пласмассы

При переработке полимеров (особенно термопластов) происходит

ориентация макромолекул в направлении течения материала. Наряду с

различием в ориентации на разных участках неоднородных по сечению и

длине изделий возникает структурная неоднородность и развиваются

внутренние напряжения.

Наличие температурных перепадов по сечению и длине детали

ведет к еще большей структурной неоднородности и появлению

дополнительных напряжений, связанных с различием скоростей

охлаждения, кристаллизации, релаксации, и различной степенью

отверждения.

Неоднородность свойств материала (по указанным причинам) не

всегда допустима и часто приводит к браку (по нестабильности

физических свойств, размеров, короблению, растрескиванию). Снижение

неоднородности молекулярной структуры и внутренних напряжений

удается достигнуть термической обработкой готового изделия. Однако

более эффективно использование методов направленного регулирования

структур в процессах переработки. Для этих целей в полимер вводят

добавки, оказывающие влияние на процессы образования

надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с

желаемой структурой.

2.3.4. Марочный ассортимент полимеров

Марочный ассортимент полимеров создан с целью быстрого выбора

вида и марки полимера для изготовления высококачественных изделий.

Марочный ассортимент включает марки, различающиеся по вязкости и

эксплуатационным свойствам.

Марочный ассортимент по вязкости разделяют на марки,

предназначенные для переработки различными методами (литьем под

давлением, прессованием и др.), с повышением номера марки

увеличивается молекулярная масса и, как следствие, увеличивается

вязкость. Это марки базового ассортимента. Марки по вязкости

модифицируют для улучшения технологических свойств:

а) для увеличения производительности создают

быстрокристаллизирующиеся марки;

б) для изделий сложной конфигурации - марки со смазками;

в) термостабилизированные марки.

На основе базового ассортимента марок по технологическим

свойствам создают путем химической или физической модификации марки

с улучшенными свойствами. Эти марки разрабатывают с такими

свойствами, чтобы при рекомендуемых режимах получать качественные

изделия по всем параметрам ( точности, прочности, внешнему виду и

др.). В настоящее время полимерные материалы выпускают в

ассортименте и поэтому для каждого изделия и способа формования

можно подобрать соответствующую базовую марку полимера и, если

необходимо, марку с улучшенными технологическими свойствами.

Базовые марки с целью изготовления качественных изделий

разделяют на группы:

1) в зависимости от вязкости полимера и толщины S стенки

изделия;

2) в зависимости от относительной длины изделия L/S (S-

длина).

Все множество марок пластмасс содержит около 10000

наименований.

3. Выбор пластмасс

3.1. Признаки выбора. Основными признаками выбора пластмасс

являются эксплуатационные и технологические свойства. Для ускорения

процесса выбора материала используют специальные таблицы, в каждой

из которых приведены марки материалов в порядке снижения среднего

значения представляемого эксплуатационного свойства. Так созданы

таблицы групп материалов по коэффициенту трения и износа,

электрической прочности и электросопротивлению, диэлектрической

проницаемости, коэффициенту светопропускания и преломления и другим

признакам.

3.2. Порядок и алгоритм выбора пластмасс

Пластмассы выбирают исходя из требований к эксплуатационным

свойствам и геометрическим параметрам изделия. Поэтому сначала

выбирают вид пластмассы на основе требований к ее эксплуатационным

свойствам, а затем базовую марку и марку с улучшенными

технологическими свойствами, которую можно эффективно переработать

выбранным способом.

Существует два метода выбора вида пластмасс:

1 - метод аналогий - качественный;

2 - количественный метод.

Метод аналогий применяют при невозможности точного задания

параметров эксплуатационных свойств пластмассы; в этом случае

используют для выбора характерные параметры эксплуатационных

свойств, назначение, достоинства, ограничения, рекомендации по

применению и способам переработки; в этом случае для выбора также

могут быть использованы рекомендации по применению пластмасс в

других типах изделий, работающих в аналогичных условиях.

Порядок выбора пластмасс количественным методом по комплексу

заданных значений эксплуатационных свойств сводится к следующему:

- выявление условий эксплуатации изделия и соответствующих им

значений параметров эксплуатационных свойств пластмасс при основных

условиях работы изделияя;

- подбор пластмассы с требуемыми параметрами эксплуатационных

свойств;

- проверка выбранной пластмассы по другим параметрам, не

вошедшим в основные.

Наиболее удобной является эвристическая стратегия поиска и

выбора пластмасс. В этом случае, отбрасывая заведомо бессмысленные

варианты, используют не все множество вариантов, а лишь его

наиболее нужную часть. Все множество пластмасс для этого разбивают

на подмножества по определенным эксплуатационным свойствам. В

таблице 2 приведены некоторые подмножества полимерных материалов.

2. Характеристики подмножества полимерных материалов

| | |Ki |ов ряда,|раз |(Log2 Kобщ/ |

| | |бит) |( | |Ki, бит) |

|Все множество(Kобщ) |2710 |11.4 |11-12 |- |- |

|Конструкционные |949 |9.89 |10 |2.86 |1.51 |

|Электро- и радио- |864 |9.76 |10 |3.14 |1.65 |

|Листовые |501 |8.97 |9 |5.41 |2.44 |

|Тропикостойкие |188 |7.56 |8 |14.41 |3.85 |

|Прозрачные |156 |7.23 |7-8 |18.07 |4.18 |

|Медицинские |123 |6.94 |7 |22.03 |4.46 |

|Радиационностойкие |56 |5.81 |6 |48.39 |5.60 |

|Герметики |53 |5.81 |6 |48.39 |5.60 |

|Компаунды |52 |5.73 |6 |51.13 |5.68 |

|Фрикционные |13 |3.70 |4 |208.46 |7.70 |

Поиск в конструкционном ряду сокращает поисковое поле почти в

3 раза, в ряду прозрачных материалов - в 18 раз, фрикционных

материалов - в 208 раз (табл.2).

Выбор пластмасс по эксплуатационным параметрам это задача

противоречивая:

1 - необходимость учесть наибольшее число параметров с целью

повышения точности выбора;

2 - необходимость уменьшить их число с целью сокращения затрат

труда и времени на оценку.

Выбор оптимального или минимального числа параметров из всего

возможного их числа (30-40 парамеитров) при выборе и оценке

выбранного материала основан на учете всех наиболее ценных

эксплуатационных параметров материала путем использования для этой

цели нужного (по эксплуатационным параметрам) подмножества

пластмасс (электро- и радиотехнические, прозрачные, тропикостойкие

- табл.2 и др.), остальные материалы отбрасывают. Минимальное

количество учитываемых параметров определяют по выражению:

n ( INT(Log2 K) +1;

где K - число элементов в данном подмножестве.

Обычно число поисковых параметров, необходимое для выбора

пластмассы с помощью рядов пластмасс не превышает 10. Это наиболее

ценные параметры с наибольшей информационной емкостью. За

критерий ценности поисковой информации принимают выигрыш,

показывающий степень сужения поискового поля; это выражает формула:

Log2 Kобщ/Ki = Log2 Kобщ - Log2 Ki ;

где Kобщ - число элементов всего множества, Кi - число

элементов в подмножестве. Иначе эту величину называют цена

параметра (в битах).

Определение перечня параметров является наиболее важным этапом

при выборе пластмасс. Для этого удобно представить процесс в виде

граф-дерева (рис.8) с его свойствами, расположенными на различных

уровнях. Пусть на нулевом уровне находится интегральное свойство ,

характеризующее объект в целом. Далее дерево постепенно

разветвляется, образуя первый, второй, третий и т.д. уровни. Число

таких уровней не ограничено. Однако строя такое разветвление

желательно доходить до такого уровня рассмотрения, на котором

находятся простые, не разлагаемые на другие, наименее общие

свойства. Такое построение логической структуры свойств пластмассы

ускоряет выбор перечня свойств.

В перечне параметров для каждого параметра необходимо указать

его абсолютное значение или интервал возможного его изменения. Эти

данные являются оценочными для выбора пластмассы из ряда.При этом

часто используют наиболее часто метод расстановки приоритета.

Сравнивая между собой параметры эксперт определяет отношение между

ними (больше, меньше, равно) с присвоением коэффициентов,

составляет матрицу и определяет параметры. После выполнения таких

действий находят пластмассу, совпадающую по свойствам с

установленными теоретическим путем параметрами. Поиск выполняют по

соответствующей таблице с главным определяющим признаком

(прозрачности, диэлектрической постоянной, электрической прочности

и др.).

С учетом этих соображений порядок выбора пластмассы следующий:

I. Составление поискового образа пластмассы:

- составление графа дерева свойств изделия,

- составление параметрического ряда и определение

значения параметров,

- определение веса параметров с использованием метода

расстановки приоритетов,

- установление порога совпадения поисковых параметров;

II. Порядок выбора:

- выбор материала по поисковым параметрам, начиная с

наиболее ценного, методом последовательного приближения,

- при наличии нескольких равноценных марок материала

сопоставление и выбор лучшей с помощью обобщенного показателя или

по результатам опробования.

Выбор базовой марки полимера. Базовую марку полимера выбирают

по вязкости (текучести) в зависимости от предполагаемого способа

переработки (рис.9). Далее подбирают базовую марку по вязкости

(текучести) в зависимости от конфигурации и размеров детали. В

справочниках (на пластмассы) обычно приведены конкретные

рекомендации по применению различных марок пластмасс. Выбор

литьевых марок пластмасс для литья под давлением наиболее сложен,

поэтому приведем его.

Выбор базовых марок для литья под давлением. Основными

параметрами при этом являются толщина детали S и отношение длины

детали к тощине L/S.

Типоразмер каждой литьевой машины характеризует: V - объем

впрыскиваемого материала, Р - давление литья, Q - скорость впрыска

и другие параметры и интервал толщины S получаемых изделий

(рис.10). Малые толщины получают на машинах с небольшим V, большие

- на машинах с большим V. Для каждого типоразмера машин выделяют

характерный ассортимент деталей по отношению длины к толщине L /S

(таб. 3).

Таблица 3.

Группы изделий по отношению длины изделия к толщине (L/S) и

рекомендуемые марки полимера.

|Объем |Номер группы марки (изделия) по S (см. рис. 10) |

|вспрыск| |

|а V, см| |

|в куб. | |

| |1 |2 |3 |4 |

| |Номер группы изделия по L/S |

| |1 |2 |3 |1 |2 |3 |1 |2 |3 |1 |2 |3 |

|16 |140|92-6|10 Мгц).

Напряжение на пластинах конденсатора не превышает 8000 В.

4.2.2. Особенности формования аморфных полимеров

Аморфные полимеры при изготовлении из них расплава изделий

переходят в твердое состояние без изменения фазового (аморфного)

состояния. Параметром изменения надмолекулярной структуры полимеров

является степень ориентации. Ориентация макромолекул связана со

сдвигом материала под действием напряжений в процессе формования.

В процессе течения высокоэластичная деформация достигает

определенной величины, определяемой свойствами материала, режимами

и условиями течения. Поэтому после заполнения формы она

(высокоэластичная деформация) релаксирует (уменьшается). Но из-за

охлаждения материала в прессформе (температура прессформы ниже

температуры стеклования) уменьшается скорость релаксации.

Уменьшение скорости и ограничение продолжительности релаксационного

процесса приводит к остаточной (неполной) релаксации (сохраняющейся

в деталях). Часть ориентированных полимерных цепей при этом

остаются “замороженными” в неравновесных конформациях.

Ориентация распределена в продольном и поперечном сечении

детали неравномерно. В результате возможности релаксации в

начальные моменты впуска материала в прессформу ориентация

уменьшена (отсутствие давления и неполный контакт с прессформой).

Далее при двухмерном течении (к стенкам прессформы и вглубь ее) по

радиусу и длине ориентация неравномерна, а ее характер

распределения определяет режим течения.

Эксплуатационные свойства изделий из аморфных полимеров

существенно зависят от степени ориентации в процессе формования:

упорядоченная при ориентации структура полимера приводит к

увеличению прочности в направлении течения и уменьшению прочности в

направлении перпендикулярном течению материала, образованию

внутренних напряжений. Это может приводить к растрескиванию

изделий, образованию микротрещин (ухудшению оптических свойств,

помутнению, появлению серебрения) особенно в местах спая встречных

потоков материала, короблению, снижению размерной стабильности.

4.2.3. Особенности формования кристаллизующихся полимеров

При формовании изделия, расплав полимера кристаллизуется в

результате теплопередачи его тепла более холодным стенкам

прессформы. Скорость охлаждения в разных слоях различна: в слоях,

касающихся прессформы - наибольшая, в средних слоях - наименьшая.

Скорость охлаждения и напряжение сдвига существенно влияют на

структурообразование. Выделяют две предельных скорости охлаждения

V(пр и V(пр (рис.12) и два предельных напряжения сдвига ((пр и ((пр

(рис.13), которые условно разграничивают зависимость размеров и

структурных образований на три участка. При охлаждении с высокими

скоростями, больше V(пр, кристаллизация материала сопровождается

только образованием зачатков кристаллитов и ламелярных образований;

при охлаждении с низкими скоростями, ниже V(пр, в полимере

формируются развитые сферолиты; при охлаждении спромежуточной

скоростью, в пределах V(пр - V(пр, формируются промежуточные

структурные образования, пропорционально скорости охлаждения.

Охлаждение расплава полимера при низких напряжениях сдвига, меньше

((пр, практически не создает деформированных сферолитов, они

симметричны; при деформировании с высокими напряжениями сдвига,

выше ((пр (рис.13), формируются сноповидные или стержневые

образования (вытянутые в направлении течения); при промежуточных

напряжениях сдвига в процессе формования (((пр - ((пр) получают

ориентированные сферолиты, степень ориентации зависит от напряжения

сдвига.

Формирование слоевой структуры проявляется из-за интенсивного

охлаждения и больших сдвиговых напряжений особенно при литье под

давлением. Поэтому структура деталей сложная. В поперечном сечении

детали выделяют три структурные области, формируемые в три основных

периода процесса литья под давлением (рис.14).

Первая структурная область - поверхностная оболочка (б),

образуется в период заполнения прессформы; вторая область - средний

слой ( ( ), формируется в период нарастания давления и выдержки под

давлением; третья область - центральный слой (( ), образуется в

период спада давления. Поверхностная оболочка может состоять из

трех слоев (рис.14): первый слой - наружный - состоит из

кристаллитов или ломелярных образований, она образуется при быстром

охлаждении расплава и ориентации расплава при значительных

напряжениях сдвига: слои материала в потоке поворачиваются и

растягиваются - ориентируются; а при соприкосновении со стенками

прессформы достигнутая ориентация фиксируется; средний слой

(рис.14) - зона неразвитых сферолитов, которые либо слабо

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

МЕНЮ

Изготавление изделий из пласмассы

ИНТЕРЕСНОЕ