ИЗГОТОВЛЕНИЕИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Изготовление изделий из пластмасс
Цель работы; ознакомиться с технологиейизготовления изделий из пластмасс прессованием; изучить устройство и работуоборудования и инструмента: приобрести практические навыки прессования.
Краткиетеоретические сведения. Пластические массы — это материалы на основе природных илисинтетических высокомолекулярных соединений (полимеров), способныеперерабатываться в результате пластических деформаций под влиянием нагревания идавления и затем сохранять закрепленную в результате охлаждения или отвердеванияформу.
Пластмассыпо их отношению к воздействию температуры подразделяются на две группы —термопластические, или термообратимые (термопласты), и термореактивные, илитермонеобратимые (реактопласты).
Термопласты — материалы на основе линейныхразветвленных полимеров и сополимеров; при нагревании приобретают пластичность,а при охлаждении вновь возвращаются в твердоупругое состояние. При этомсвойства материала не изменяются. К этому типу пластмасс относятся полистирол,полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат (органическое стекло) и др.
Реактопласты при нагревании сначала переходят ввязкотекучее состояние, а затем в результате химических реакций — в твердоенеплавящееся и нерастворимое состояние. Отвержденные термореактивные пластмассынельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние, так как приэтом они обугливаются и сгорают Изделия из реактопластов изготавливают изтехнологических полуфабрикатов, представляющих собой однородные смеси, в основекоторых находится не готовый полимер, а его полупродукт (мономер, олигомер и т.п.), превращающийся при нагреве в закопченное высокомолекулярное соединение спространственной структурой макромолекул.
Всостав большинства пластмасс, кроме полимерного связующего, могут входитьнаполнители, красители, порообразователи, отвердители, смазывающие вещества идругие добавки.
Воснове процесса формообразования изделий из пластмасс лежит свойство полимеровприобретать вязкотекучее состояние при нагревании до сравнительно невысокихтемператур (90...200 °С). Формообразование выполняется в закрытых рабочихформах — пресс-формах при определенных параметрах процесса (температуре,давлении и времени выдержки).
Основныеспособы переработки пластмасс: прессование (прямое и литьевое); литье поддавлением — инжекционное прессование, экструзия; формование из листов(пневмоформование, формование штамповкой, вакуумное формование); формованиекрупногабаритных изделии из слоистых пластмасс (контактное, вакуумное,автоклавное, намоткой); сварка, механическая обработка.
Косновным свойствам пластмасс относятся: механические, диэлектрические,теплофизические, фрикционные и др. Плотность пластмасс зависит от природыполимера, вида наполнителя, условий переработки изделий и других факторов. Всреднем плотность пластмасс в 2 раза меньше, чем у алюминия, и в 5...8разменьше, чем у стали, меди и других металлов.
Прочностьпластмасс колеблется в широких пределах и зависит от видов полимера инаполнителя, а также от их соотношения. Удельная прочность, т.е. прочность,отнесенная к плотности, для ряда пластмасс выше, чем у металлов, однако модульупругости заметно ниже.
Основныминедостатками пластмасс являются ограниченная теплостойкость (до 400 °С) ичувствительность к колебаниям влажности.
Всепластмассы являются диэлектриками. Теплопроводность пластмасс во много разменьше, чем у металлов. Коэффициент линейного расширения у пластмасс гораздовыше чем у металлов, изменяется в широких пределах и зависит от структурыматериалов и его наполнителя.
Пребываниепластмасс в воде или атмосфере с высокой влажностью во многих случаях приводитк снижению их физико-механических и диэлектрических характеристик. Большинствопластмасс стойки к действию нефтепродуктов, а некоторые из них—к сильноагрессивным средам.
Фторопласты,полиамиды, текстолиты, древеспослоистые пластмассы имеют малый коэффициенттрения, т. е. обладают антифрикционными свойствами и применяются в подшипникахскольжения.
Пластмассына основе фенолформальдегидных смол с волокнистым наполнителем имеют высокийкоэффициент трения (0,2...0,6) и применяются как фрикционные материалы втормозных системах и фрикционных передачах.
Оборудование,инструмент, материалы, шт.
Прессгидравлический усилием 100 кН 1
Пресс-формы 5…6
Печьлабораторная с рабочей температурой до 300 °С 3
Мерный ковшик1
Весытехнические 1
Секундомер 2
Термореактивиыеили термопластические пластмассы (порошок, гранулы)
Совок 2
Штангенциркульс величиной отсчета 0,1 мм и верх- 6
ним пределомизмерения 125 мм
Порядоквыполнения работы.Изучить устройство и работу оборудования и инструмента. Ознакомиться справилами техники безопасности. По чертежу детали и табл. 7.1 установитьтемпературу, давление р и время выдержки при прессовании. Рассчитатьнеобходимое усилие прессования Р, МН, по формуле
Р= p * Sпр,
где р— давление прессования, МПа; S пр — площадь сечения прессовки,перпендикулярного к направлению приложения усилия прессования, м2.
Режимыпрессования пластмассовых изделийПластмасса
Давление прессования р, МПа
Температура, оС
Выдержка в
Форме, мин/мм Полиэтилен 10...25 140...160 1...2 Полистирол 10...25 170...220 1...2 Пресс-порошок К-15-2 10...25 180...200 1...1.2 Пресс-порошок К-! 7-2 10...25 180...200 1...1.2
/>
Рис.. Схемапроцесса 1-загрузка пресс-материала; 2- прессование; 3 — извлечениеизделияРассчитатьнеобходимее манометрическое давление р м по формуле
/>
где S пл — площадь поперечного сечения прессующего плунжера, м 2.
Влабораторной печи подогреть пресс-форму на 20… 25 оС вышетемпературы формования изделия.
Произвестиобъемное или весовое дозирование пресс- материала. Загрузить пресс-материал внагретую пресс-форму и поместить ее снова в печь на 5...7 мин. Извлечьпресс-форму из печи, установить на пресс и произвести прессование изделия (рис.1), соблюдая необходимое манометрическое давление и время выдержки.
Извлечьизделие из пресс-формы. Очистить пресс-форму от прилипших частиц и собрать. Поокончании работы выключить печи, привести в порядок рабочее место,оборудование, инструмент.
Содержаниеотчета. Краткоописать процесс изготовления изделий из пластмассы. Привести эскиз изделия,схему процесса прессования и расчет манометрического давления. Обосновать выбортемпературы, давления прессования и времени выдержки при прессовании.
Контрольныевопросы и задания
1. Что собойпредставляет пластмасса?
2. В чемотличие термопластов от реактопластов?
3. Чемотличаются сложные пластмассы от простых?
4. Какиекомпоненты входят в сложные пластмассы?
5. Какиепластмассы называются композиционными?
6.Перечислите основные способы получения изделий из пласт-масс в вязкотекучем состоянии.
7. Назовитенесколько наиболее распространенных термопластов и реактопластов.Изготовление изделийиз резины
Цельработы: ознакомитьсяс технологией изготовления резиновых изделий методом прессования; изучитьоборудование, приспособления, инструмент; приобрести практические навыкиизготовления резиновых изделий.
Краткие теоретические сведения. Резинаявляется продуктом вулканизации смеси, содержащей каучук, наполнители,пластификаторы, активаторы вулканизации, антиоксиданты и другие ингредиенты. Важнейшимсвойством резины является ее высокая упругость, т.е. способность к большимобратимым деформациям. К другим ценным специальным свойствам резины, зависящим,главным образом, от типа каучука, относятся тепло-, масло-, бензо-,морозостойкость, стойкость к действию агрессивных сред и радиации,газонепроницаемость, диэлектрические свойства и др. Механические свойстварезины зависят от типа и особенностей строения применяемого каучука, типа идозировки наполнителя и пластификатора, характера вулканизирующей группы идругих факторов.
Каучукявляется основой резины. Различают синтетический и натуральный каучук.Натуральный каучук получают из млечного сока каучуконосных растений.Синтетический каучук — вещество, по свойствам близкое к натуральному, получаютпутем синтеза простых органических веществ, так называемых каучукогенов(бутадиен, стирол, хлоропрен, бутилен и др.), и полимеризацией их вкаучукоподобный продукт. Сырьем для получения каучукогенов служатнефтепродукты, природный газ, древесина и др.
Резинаподразделяется па две группы: общего назначения, применяемая для изготовленияавтомобильных шин, конвейерных лепт, приводных ремней, рукавов, изделийбытового назначения и т. д., и специального назначения, применяемая дляизготовления изделий, которые должны обладать одним или несколькими изупомянутых выше специальных свойств.
Процесспроизводства изделий из резины включает следующие операции: пластификациюкаучука, приготовление резиновых смесей, их переработку в полуфабрикат иизделия, вулканизацию. Основные виды переработки резиновой смеси: каландрование(формование резиновой смеси на многовальцовых машинах-каландрах), шприцевание(непрерывное выдавливание), формование (прессование, литье под давлением) ипрорезинивание тканей. Вулканизация является завершающей операцией приизготовлении резиновых изделий. Она может быть горячей (процесс проходит при120...200°С) и холодной (изделие погружают на короткое время в растворхлористой серы в сероуглероде или четыреххлористом углероде). При холоднойвулканизации в состав резиновой смеси сера не входит. Холодный способвулканизации применяют для тонкостенных изделий.
Вулканизация— сложный физико-химический процесс, в результате которого макромолекулыкаучука образуют определенную пространственную структуру. В результатевулканизации повышаются прочность, твердость, эластичность, тепло- иморозостойкость каучука, снижается степень его набухания в органическихрастворителях.
Основноевулканизирующее вещество — сера. Изменяя ее количество в составе резиновыхсмесей, можно получить резину, обладающую различными степенями эластичности.При добавке 2...8 % серы получают мягкую резину, при 12...20 % —полутвердую и при 25… 50 % — твердую резину (эбонит).
Длянужд современной техники применяют мягкие, жесткие (эбонит), пористые ипастообразные (для герметизации и уплотнения) резины.
Порядоквыполнения работы.Изучить устройство и работу оборудования, приспособлений и инструментов,используемых при проведении лабораторной работы.
Ознакомитьсяс правилами техники безопасности. Рассчитатьнеобходимое усилие, прессования Р п по формуле
/>
где р— давление прессования, МПа; в зависимости от состава резиновой смесивыбирается в пределах I… 2 МПа; Snp — площадь сечения прессовки, перпендикулярного к направлению приложенияусилия прессования, м2.
/>
Рис. 2. Схемапрямого прессования резинового изделия:
1 — пуансон; 2- изделие; 3– матрица
/>
Рис. 3. Схемасжатия пресс-формы при вулканизации:
1—струбцина; 2— прижимной винт; 3 — пресс форма
Рассчитатьнеобходимое манометрическое давление А, по формуле
/>
где S пл — площадь поперечного сечения прессующего плунжера, м2.
Произвестидозировку взвешиванием резиновой смеси (сырой резины) пяти-шести составов ссодержанием вулканизатора от 5 до 30 %. Подогреть пресс-формы в лабораторнойпечи на 10… 15 °С выше температуры вулканизации. Загрузить резиновую смесь внагретые пресс-формы и произвести прессование (рис. 2) с выдержкой 20...30 с.
Снятьпресс-формы с пресса, сжать их струбцинами (рис. 3) и поместить в лабораторнуюпечь, нагретую до 150 °С, для вулканизации в течение 40 мин.
Извлечьпресс-формы из печи, освободить от струбцин, извлечь изделия из пресс-форм.
Изделияиз резины разного состава испытать на твердость.
Построитьзависимость твердости от содержания вулканизатора в резиновой смеси.
Оборудование,инструмент, материалы, шт.
Прессгидравлический усилием 5...10 кН 1
Пресс-формы 6
Весытехнические 1
Электропечьлабораторная с рабочей 6
температуройдо 300 °С
Резиновыесмеси с содержанием серы 1 кг
(каждого 5,10, 15, 20, 25, 30 % состава)
Содержаниеотчета. Краткоописать процесс изготовления изделий из резины. Привести эскиз изделия и схемупроцесса прессования.
Построитьграфик зависимости между содержанием вулканизирующей группы в резине и еетвердостью после вулканизации.
Контрольныевопросы и задания
1. Чтопредставляет собой резина?
2.Перечислите основные ингредиенты, входящие в состав резины.
3. Каковароль вулканизаторов при изготовлении резиновых изделий?
4. Как влияетколичество вулканизаторов на свойства резины?
5. Каковароль наполнителя в резинах?
6.Перечислите основные способы изготовления резиновых изделий.
7. Какклассифицируются резины по применению?
8. Гдеприменяются мягкие, жесткие, пористые и пастообразные резины?