Производство изделий из листовых материалов

     ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

     ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

     ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

     «Казанский  Национальный Исследовательский Технологический  Университет» 

     Кафедра ХТВМС 
 
 

Производство  изделий из листовых материалов 
 
 
 
 
 
 
 

     Иванов  Игорь Олегович

     гр.1181-62 
 
 
 
 
 
 

Казань 2011

 ВВЕДЕНИЕ

 

Полимерные  молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и  высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также  связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены  вышеуказанными особенностями.

Первый опыт формования объемных изделий из листовых заготовок  человечество получило много-много  веков назад . В Египте и Микронезии емкости для пищевых продуктов изготовлялись из пластин, вырезанных из панциря черепахи (кератина). Пластины при нагревании в горячем масле становились пластичными, и им придавалась необходимая форма. Еще одной предтечей современных методов формования можно считать метод формования коры деревьев (натуральной целлюлозы), который использовали американские индейцы и жители Микронезии. Пластины, сделанные из коры деревьев, нагревались в горячей воде и, после придания им необходимой формы, использовались при строительстве каноэ.

Началом появления  современной технологии изготовления листовых и пле-

ночных заготовок  можно считать середину сороковых  годов XIX в., когда впервые с коммерческими  целями методом экструзии стали  перерабатывать шеллак и гуттаперчу. А в конце шестидесятых годов  того же века был освоен промышленный способ изготовления целлулоида  первого  крупнотоннажного термопласта, который  почти сто лет широко использовался  для производства изделий как  промышленного, так и бытового назначения. Целлулоид выпускался в виде блоков, поэтому буквально через два  года были созданы специальные гидравлические строгательные станки, с помощью  которых из блоков целлулоида нарезались тонкие листы. Именно это время можно считать временем рождения современного метода пневмовакуумного формования (термоформования)

Впервые термоформование  стало использоваться для производства упаковки в конце тридцатых годов XX в., когда была создана технология блистерной упаковки из целлюлозы.

Несмотря на большую  историю и значительную распространенность переработки термопластичных листов и пленок в объемные изделия, как  только в наше время не называют этот процесс. Кто-то называет его «вторичным формованием», кто-то «штамповкой», широко распространен термин «термоформование», многие, вне зависимости от используемого  в процессе получения изделий  давления, называют процесс «вакуумным формованием», многие «пневмоформованием» — всех названий и не перечислишь.

Мировой опыт производств  по переработке пластмасс показывает, что возможности процессов получения  изделий из листовых полимерных материалов еще далеко не исчерпаны. Более глубокое изучение физических основ формования, выявление взаимосвязи свойств  сырья, технологических параметров и особенностей аппаратурного оформления процесса с качеством готовых  изделий позволяет существенно  расширить их область применения, заранее, еще на стадии проектирования изделия и разработки технологии процесса формования, прогнозировать те или иные характеристики изделия  и направленно их изменять. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

КАЛАНДРОВАНИЕ

ФОРМОВАНИЕ  ЛИСТОВЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ

ОТЛИВКА ПЛЕНОК

ПНЕВМОФОРМОВАНИЕ

 

ЭКСТРУЗИЯ

Технология  изготовления изделий  из термопластов

\

КАЛАНДРОВАНИЕ

 

      Процесс каландрования обычно применяют  для производства непрерывных пленок и листов. Основной частью аппарата (рис.1) для каландрования является комплект гладко отполированных металлических валков, вращающихся в противоположных направлениях, и устройство для точного регулирования зазора между ними. Зазор между валками определяет толщину каландрованного листа. Полимерный компаунд подается на горячие валки, а лист, поступающий с этих валков, охлаждается при прохождении через холодные валки. На последнем этапе листы сматываются в рулоны, как показано на рис.1. Однако если вместо листов требуется получить тонкие полимерные пленки, применяют серию валков с постепенно уменьшающимся зазором между ними. Обычно в листы каландруют такие полимеры, как поливинилхлорид, полиэтилен, каучук и сополимер бутадиена, стирола и акрилонитрила.  

Рис. 1. Схема аппарата для каландрования

 / —  полимерный компаунд; 2 — каландровочные  валки: горячие (3) и холодный (4); 5 — каландрованный лист; б — направляющие валки; 7 — сматывающее устройство 

При использовании  в каландровочной машине профилированных  валков можно получать тисненые листы  различных рисунков. Различные декоративные эффекты, такие, как имитация под мрамор, могут быть достигнуты путем введения в каландр смеси компаундов различных цветов. Технология обработки под мрамор обычно используется в производстве плиток для пола из поливинилхлорида. 
 
 

ФОРМОВАНИЕ  ЛИСТОВЫХ ТЕРМОПЛАСТОВ.

      Формование  листовых термопластов является чрезвычайно  важным процессом для производства трехмерных изделий из пластиков. Этим методом из листов акрилонитрилбутадиенстирола  получают даже такие крупные изделия, как корпуса подводных лодок.

      Схема этого Процесса такова. Термопластичный  лист нагревают до температуры его  размягчения. Затем пуансон впрессовывает  горячий гибкий лист в матрицу металлической пресс-формы (рис.9), при этом лист принимает определенную форму. При охлаждении   сформованное изделие затвердевает и извлекается из пресс-формы.

      В модифицированном методе под действием  вакуума горячий лист засасывается в полость матрицы и принимает требуемую форму (рис.10). Этот метод называется методом вакуумного формования. 
 

      ОТЛИВКА ПЛЕНОК.

      Метод отливки используют также и для  производства полимерных пленок. В  этом случае раствор полимера соответствующей  концентрации постепенно выливают на движущийся с постоянной скоростью  металлический пояс (рис.4), на поверхности которого и происходит образование непрерывного слоя полимерного раствора.

 

Рис.4. Схема процесса отливки пленок

/ — раствор  полимера; 2 — распределительный  клапан; 3 — раствор полимера растекается с образованием пленки; 4 — растворитель испаряется; 5 — бесконечный металлический пояс; 6 — непрерывная полимерная пленка; 7 — сматывающая катушка

      При испарении растворителя в контролируемом режиме на поверхности металлического пояса происходит образование тонкой полимерной пленки. После этого пленка снимается простым отслаиванием. Этим способом получают большинство промышленных целлофановых листов и фотографических пленок.

 
 

ПНЕВМОФОРМОВАНИЕ. Большое количество полых пластических изделий производят методом пневмоформования: канистры, мягкие бутылки для напитков и пр. Пневмоформованию могут быть подвергнуты следующие термопластичные материалы: полиэтилен, поликарбонат, поливинилхлорид, полистирол, найлон, полипропилен, акрилы, акрилонитрил, акрилонитрил-бутадиенсти-рольнын полимер, однако по ежегодному потреблению первое место занимает полиэтилен высокой плотности. 

      Пневмоформование  ведет свое происхождение от стеклодувной промышленности. Схема этого процесса дана на рис.7.

      Горячую размягченную термопластичную трубку, называемую "заготовкой", помещают внутрь полой формы, состоящей из двух частей. Когда форма закрыта, обе ее половины зажимают один конец заготовки и иглу для подачи воздуха, расположенную на другом конце трубки.

 

 

Рис.7. Схематическая диаграмма, объясняющая стадии процесса пневмоформования

а — заготовка, помещенная в открытую пресс-форму; б — закрытая пресс-форма;

в — вдувание воздуха в пресс-форму; г — открывание пресс-формы. 1— заготовка;

2 - игла для подачи воздуха; 3 - пресс-форма; 4 - воздух; 5 - изделие, изготовленное методом пневмоформования 

      Под действием давления, подаваемого  из компрессора через иглу, горячая  заготовка раздувается как шар  до плотного соприкосновения с относительно холодной внутренней поверхностью формы. Затем форму охлаждают, открывают и вынимают готовое твердое термопластичное изделие.

      Заготовка для пневмоформования может быть получена методом литья под давлением  или экструзии, и в зависимости  от этого метод называют соответственно литьем под давлением с раздувкой  или пневмоформованием с экструзией. 
 
 

ЭКСТРУЗИЯ 

      Экструзия является одним из самых дешевых  методов производства широко распространенных пластических изделий, таких, как пленки, волокна, трубы, листы, стержни, шланги и ремни, причем профиль этих изделий задается формой выхлопного отверстия головки экструдера. Расплавленный пластик при определенных условиях выдавливают через выходное отверстие головки экструдера, что и придает желаемый профиль экструдату. Схема простейшей экструзионной машины показана на рис.8.

  

 

Рис  8. Схематическое изображение простейшей экструзионной машины

  1 — загрузочная воронка; 2 - шнек; 3 - основной цилиндр; 4 — нагревательные элементы; 5 — выходное отверстие головки экструдера, а — зона загрузки; б — зона сжатия; в ~ зона гомогенизации 

      В этой машине порошок или гранулы  компаундированного пластического материала загружают из бункера в цилиндр с электрическим обогревом для размягчения полимера. Спиралевидный вращающийся шнек обеспечивает движение горячей пластической массы по цилиндру. Поскольку при движении полимерной массы между вращающимся шнеком и цилиндром возникает трение, это приводит к выделению тепла и, следовательно, к повышению температуры перерабатываемого полимера. В процессе этого движения от бункера к выходному отверстию головки экструдера пластическая масса переходит три четко разделенные зоны: зону загрузки (а), зону сжатия (б) и зону гомогенизации (в) (см. рис 9).

      Каждая  из этих зон вносит свой вклад в  процесс экструзии. Зона загрузки, например, принимает полимерную массу из бункера и направляет ее в зону сжатия, эта операция проходит без нагревания.       

Рис. 9. Схема процесса формования листовых термопластов

  1 — лист термопластического материала; 2 — зажим; 3 — пуансон; 4 — размягченный нагревом лист; 5 — матрица; 6 — изделие, полученное методом формования листовых термопдастов

 

Рис.10. Схема процесса вакуумного формования термопластов

  1 — зажим; 2 — лист термопласта; 3 — пресс-форма; 4 — изделие, полученное методом вакуумного формования термопластов 

      В зоне сжатия нагревательные элементы обеспечивают плавление порошкообразной загрузки, а вращающийся шнек сдавливает ее. Затем пастообразный расплавленный пластический материал поступает в зону гомогенизации, где и приобретает постоянную скорость течения, обусловленную винтовой нарезкой шнека.

      Под действием давления, создаваемого в  этой части экструдера, расплав полимера подается на выходное отверстие головки  экструдера и выходит из него с  желаемым профилем. Из-за высокой вязкости некоторых полимеров иногда требуется наличие еще одной зоны, называемой рабочей, где полимер подвергается воздействию высоких сдвиговых нагрузок для повышения эффективности смешения. Экструдированный материал требуемого профиля выходит из экструдера в сильно нагретом состоянии (его температура составляет от 125 до 350°С), и для сохранения формы требуется его быстрое охлаждение. Экструдат поступает на конвейерную ленту, проходящую через чан с холодной водой, и затвердевает. Для охлаждения экструдата также применяют обдувку холодным воздухом и орошение холодной водой. Сформованный продукт в дальнейшем или разрезается или сматывается в катушки.