ВступТемареферату «Загальні відомості про контроль якості полімерних матеріалів. Вхідний контроль якості пластмас».
Дисципліна«Контроль якості полімерних матеріалів» дає знання про те, якими методамиоцінюють якість матеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивостіполімерних матеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації.Дисципліна знайомить з методами контролю якості пластмас і еластомерів,принципами і суттю цих методів, особливостями контролю того чи іншогоматеріалу, а також з розрахунками кількісних показників якості.
Матеріалдисципліни базується на вивченні хімії і фізики полімерів, прикладної механіки.
Метароботи – ознайомитися з загальними відомостями про контроль якості полімернихматеріалів та вхідним контролем якості пластмас.
1.Загальні відомості про контроль якості полімерних матеріалів
1.1Місце дисципліни в навчальному процесі, мета та задачі дисципліни
Дисципліна«Контроль якості полімерних матеріалів» дає знання про те, якими методамиоцінюють якість матеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивостіполімерних матеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації.Дисципліна знайомить з методами контролю якості пластмас і еластомерів,принципами і суттю цих методів, особливостями контролю того чи іншогоматеріалу, а також з розрахунками кількісних показників якості. Матеріалдисципліни базується на вивченні хімії і фізики полімерів, прикладної механіки.
1.2Якість полімерних матеріалів як основний чинник якості полімерних виробів
Контрольякості проводять на всіх підприємствах, не тільки на виробництвах полімернихвиробів. Контрою піддають різні кількісні показники якості, від яких залежатьексплуатаційні та технологічні характеристики самого виробу та процесу йоговиготовлення. Операціям контролю приділяється велика увага, тому його будовавходить в основні підрозділи підприємства і вміщує як внутрішньо цеховийконтроль, так і контрольні операціях відділу технічного контролю. Якістьполімерних виробів є похідною від якості полімерного матеріалу. Не можнавиготовити якісний виріб з полімерної сировини невисокої якості. Вихіднийполімерний матеріал обов’язково контролюють на будь-якому виробництвівідповідно технічним умовам, без яких полімерні матеріали взагалі невиробляються. Кожні технічні умови на полімерний матеріал вміщують перелікпоказників якості та методи їх визначення. Показники якості визначають такожтехнологічні параметри процесів переробки, наприклад, менше значення індексурозплаву потребує більші значення тиску та більших температур переробки. Доосновних умов забезпечення високої якості продукції, яка є полімерними виробамиширокого асортименту, можна віднести насамперед якість полімерних матеріалів,ретельне додержання оптимальних технологічних параметрів, автоматизацію тамеханізацію виробництва.
1.3Організаціяконтролю полімерних матеріалів на підприємстві
Контрольякості полімерних виробів складається з декількох основних стадій, а самеконтроль якості сировини, технологічний контроль виробів з цього полімерногоматеріалу в процесі їх виготовлення та контрольні операції відділу технічногоконтролю (ВТК). До функцій ВТК відноситься не тільки оцінка придатності того чиіншого виробу до експлуатації, але й організація технологічного процесувиготовлення виробу з найкращою якістю. Контроль полімерних матеріалівздійснюють на початку процесу виготовлення виробів (операції підприємства) абопротягом самого технологічного процесу, щоб відбракувати вироби, що невідповідають вимогам ще до останніх процесів їх механічної обробки. В останніроки поширився комплексно-статистичний метод оцінки якості полімерних виробівта матеріалів для них. Він полягає у тривалому спостереженні одночасно якякості полімерного матеріалу та параметрів технологічного процесу, так і якостіполімерного виробу. Накопичені дані обробляються на ЕОМ та встановлюютьсяоптимальні показники якості вихідного матеріалу та технологічних параметрів.,що дають найкращу якість виробів.
1.4Полімерні матеріали для виготовлення пластмасових та гумових виробів,спільності та відмінності щодо властивостей та оцінки якості
Полімернимиматеріалами можуть бути пластики, на основі яких виготовляють пластмасовівироби, або каучуки, які є основою виробів з еластомерів, тобто гумовихвиробів. Піддаються контролю також полімерні композиції, тобто суміші пластиківабо каучуків з різними добавками, які забезпечують модифікацію властивостейполімерів та виробів з них. Пластмаси та каучуки мають спільну полімернуприроду, бо є високомолекулярними сполуками, що визначає особливості їхповедінки в процесах переробки та експлуатації (перехід у в’язкотекучий стан,висока в’язкість розплавів, склування та кристалізація, релаксація, гістерезіста ін.). Але при цьому вони розрізняються за температурами фазових та фізичнихпереходів, молекулярною масою, гнучкістю полімерних ланцюгів, поведінкою зарозтягу та ін.). Тому оцінку якості цих полімерних матеріалів необхіднопроводити лише за затвердженими методиками, на спеціальних приладах та за умов,передбачених технічними умовами на конкретний полімерний матеріал.
2. Вхідний контрольякості пластмас
2.1Визначення густини, питомого об’єму, бензо-, спирто – та мастилостійкості.Вплив значень цих властивостей на властивості виробів
Пластичнімаси як один з основних видів полімерних матеріалів широко застосовуються длявиготовлення різноманітних полімерних виробів. Характеристикою якості пластмас,що входить до всіх технічних умов на конкретні матеріали, є їх густина.Її значення для різних видів пластмас складає від 900 до 2600 кг/м3. Густинаможе бути оцінена кількома методами, з яких найчастіше використовуютьвимірювання маси зразка заданого об’єму. За проведення аналізу сліддодержуватись вказаних в методиках умов випробування, що дає змогу порівнюватирезультати, добуті для різних партій матеріалів. Для переробки пластмас важливознати та вміти вимірювати питомий об’єм, що є відношенням об’єму зразка до йоговаги. Збільшення питомого об’єму, пов’язаного з дисперсністю матеріалу,приводить до зайвих витрат на об’єми устаткування, а саме завантажувальнихкамер прес-форм, до збільшення об’єму повітря в матеріалі, що веде до утворенняв виробі пустот та раковин.
Густину пластмас визначаютьгідростатичним зважуванням стандартних брусків розміром 120±2 х15±0,2 х 10±0,2 мм. Брусок, який має кімнатну температуру,підвішують на тонкий мідний дріт та зважують на спеціальних аналітичних вагах зточністю до 0,001 г. Ритім його повністю занурюють в підставлену склянку здистильованою водою, яка має температуру 20±5 ºС та зважують у воді зточністю до 0,001 г.
Відноснугустину розраховують за формулою:
/>,
де а– маса зразка у повітрі, г;
b – маса зразка уводі, г.
Зарезультат приймають середнє арифметичне з двох випробувань.
Длявизначення питомого об’єму порошок полімерного матеріалу вільнонасипають в попередньо зважену циліндричну посудину емкістю 200 мл та висотою80 мм. Забороняється стукати та струшувати посудину. Надлишок порошкузрізають ножем рівно до краю посудини та зважують наповнену посудину з точністюдо 0,1 г.
Питомийоб’єм розраховуютьза формулою:
/>, см3/г,
де а– маса порошку в об’ємі 200 мл.
Якщостандартна циліндрична посудина відсутня, допускається застосування звичайногомірного циліндру. В цьому випадку в такий циліндр вільно насипають 200 г. попередньозваженого порошку та вимірюють його об’єм. Питомий об’єм розраховують заформулою:
/>, см3/г,
де V – об’єм, якийзаймають 200 г. порошку, мл (см3).
Багато полімерних виробів євиробами технічного призначення, що експлуатуються в робочих середовищах води,хімічних речовин, бензину, органічних розчинників та мастил. Тривалістьексплуатації таких виробів залежить від їх стійкості до робочих середовищ.Оцінка такої стійкості проводиться шляхом витримування зразка полімерногоматеріалу в заданому середовищі протягом заданого часу та за заданих умов. Запараметр якості прийнято зміну ваги зразка, що виражено в відсотках допочаткової ваги зразка.
Стандартні бруски пластикурозмірами 120±2 х 15±0,2 х 10±0,2 мм зважують на аналітичних вагах зточністю до 0,0001 г. та поміщають в широкогорлі банки з притертими пробками, вякі налиті спирт, бензин або мастило за температури 20±2 ºС. Зразки вбанках не повинні зіткатись один з одним. Через 24 години зразки пінцетомвиймають з банок, витирають до суху фільтрувальним папером та зважують зточністю до 0,0001 г. Зважування проводять не пізніше як через 3 хвилинипісля виймання зразка з рідини.
Якщо маса зразка післявипробування збільшилась (за набрякання), розрахунок ведуть за формулою:
/>, %,
де Х – спирто-, бензино –або мастилостійкість, %;
а – маса зразка до випробування, г;
b – маса зразка після випробування, г.
У випадку зменшення маси зразка(за вимивання) розрахунок ведуть інакше:
/>, %.
Проводятьтри паралельних випробування та розраховують середнє арифметичне значенняпоказника.
Стійкістьдо агресивних середовищ визначають аналогічно, але після витримки зразків вкислоті або лугу їх спочатку промивають, а потім витирають та зважують.
2.2Визначення показників, що характеризують відношення полімерного матеріалу довологи
Водата її пара можуть діяти на тільки на вироби технічного призначення. Багатопобутових пластмасових виробів призначено експлуатувати як ємності для води таводних розчинів. Стійкість до дії води оцінюється трьома показниками: гігроскопічністю(здатністю поглинати водяну пару з повітря), водовбиранням (здатністюпоглинати воду за занурення в неї) та вологістю (вмістом води вполімерному матеріалі). Визначення кількісних значень цих важливих показниківпроводиться здебільшого шляхом зважування зразків до і після витримування зазазначених в стандартах умов та розрахунків зміни ваги. При цьому слід мати наувазі, що під дією води зразки можуть як збільшувати вагу за рахунок їїпоглинання, так і зменшувати за вимивання частки полімеру або компонентівполімерної композиції.
Гігроскопічність – це здатністьматеріалу поглинати вологу за витримки його в середовищі з 97% відносноювологістю. Зразками для випробування є відпресовані диски діаметром 100 ммта товщиною 4 мм або стандартні бруски розміром 120±2 х 15±0,2 х 10±0,2 мм. Зразки спочаткувисушують протягом 7 годин за температури 60±2 ºС, потім охолоджують вексикаторі, зважують з точністю до 0,001 г. та ставлять на ребро на решітку вінший ексикатор ємністю 10–15 л, в якому знаходиться 500 мл 3% водногорозчину хлориду кальцію. Саме такий розчин створює в ексикаторі 97% відноснувологість. На внутрішній поверхні ексикатора не повинна утворюватись роса.Зразки витримують в ексикаторі за температури 20±5 ºС протягом 48 годин.Потім зразки виймають і швидко зважують. Гігроскопічність матеріалу розраховуютьза формулою:
/>, %,
де а – маса зразка довипробування, г;
b – маса зразка після випробування, г.
Проводятьтри паралельних визначення та беруть середнє арифметичне значення.
Водопоглинанням, або водовбиранням, або водостійкістю називаєтьсяздатність матеріалу поглинати воду при зануренні в неї. Водовбирання визначаєтьсязбільшенням маси зразка після 24 годин перебування в дистильованій воді йвиражається в міліграмах або у відсотках.
Зразки для випробувань у вигляді дисків діаметром 50±1 і товщиною3±0,6 мм виготовляють пресуванням або литтям під тиском.
Якщо для випробувань призначається листовий, плівковий або шаруватийматеріал, то з нього вирізують зразки у вигляді квадрата розміром 50±1 х 50±1 мм.Товщина зразка не регламентується й дорівнює товщині листа або плитивипробуваного матеріалу.
Перед проведенням випробування зразки висушують у термошафі при50±3 °С протягом 24 годин. Висушені зразки прохолоджують вексикаторі, заповненому хлоридом кальцію, зважують із точністю до 0,001 г. іпоміщають у дистильовану воду при 20±2 °С. Через 24 години зразкивиймають із води, витирають до суха фільтрувальним папером і негайно зважують.
Водовбирання матеріалу /> (мг)розраховують по формулі:
/>,
де /> - маса зразка довипробування, мг;
/> - маса зразкапісля випробування, мг.
Водовбирання /> (%)розраховують по наступній формулі:
/>, %
Роблятьтри паралельних визначення й виводять середнє значення.
Вологість полімернихматеріалів, зокрема, прес матеріалів, звичайно визначається за методомДіна-Старка. Сутність методу полягає в відгоні води з матеріалу за допомогоюрозчинника. Кількість вологи розраховується в відсотках.
Вкороткогорлу скляну або мідну колбу приладу Діна-Старка (рис. 1) ємністю300 мл поміщають 10–50 г. полімерного матеріалу та 100 мл розчинника(толуолу або ксилолу). Вага матеріалу залежить від його вологості. В колбутакож поміщають кілька шматочків пемзи або фарфору та після ретельногоперемішування приєднують колбу до відвідної трубки градуйованого приймачаприладу. Кінець відвідної трубки, який входить в колбу, не повинен виступати затрубку більш ніж за 200 мм. Зверху до приймача приєднується зворотнийхолодильник таким чином, щоб його нижній кінець знаходився навпроти відвідноїтрубки.
/>
Рис. 1.Прилад Діна-Старка для визначення вологості
Колбунагрівають на електричному нагрівачі закритого типу з таким розрахунком, щоб ззворотного холодильника в градуйований приймач відганялось 2–4 краплі засекунду. Якщо під кінець операції в трубці холодильника будуть затримуватиськрапельки води, то їх змивають у приймач нетривалим сильним кип’ятіннямрозчинника. Перегін припиняють після того, як об’єм води в приймачі перестає збільшуватись.Кількість відігнаної води заміряють після охолодження рідини в приймачі докімнатної температури. Якщо розчин буде каламутним, його на кілька хвилинопускають в гарячу воду, після чого знову охолоджують та вимірюють об’єм води. Таким же чиномвизначають вміст вологи в розчиннику, для чого виконують процедуру без наважкиполімерного матеріалу.
Вмістводи в полімерному матеріалі обчислюють за формулою:
/>, %,
де а– кількість відігнаної води в робочому досліді, мл;
b – кількістьвідігнаної води в розчиннику, мл;
с – наважкаполімерного матеріалу, г.
Результатомє середнє арифметичне з двох визначень.
2.3Визначення вмісту летких речовин
Полімерніматеріали можуть вміщувати леткі речовини, зокрема органічні розчинники, якізалишились за синтезу полімерів в розчинах та ін. Леткі речовини утворюютьрізні дефекти в виробах за переробки полімерних матеріалів, тому вміст леткихречовин є показником, який внесено в технічні умови на полімерний матеріал.Визначення кількісного вмісту летких речовин проводиться за нагрівання зразкаматеріалу до температури, вищої за температуру кипіння леткої речовини.
Вбюкс з кришкою діаметром 40 мм відважують на аналітичних вагах з точністюдо 0,001 г. біля 5 г полімерного матеріалу та поміщають бюкс без кришки втермошкафу з температурою 103–105 ºС на 30 хвилин. Потім відкритий бюксохолоджують в ексикаторі, закривають кришкою та знову зважують. Вміст леткихречовин обчислюють за формулою:
/>, %,
де а– маса бюкса з наважкою до сушки, г;
b – маса бюкса знаважкою після сушки, г;
с – маса пустогобюкса, г.
Література
1. Гурова Т.А. Техническиианализ и контроль производства пластмасс. – М.: Высшая школа, 1983, с. 41–47
2. Басов Н.И., Любартович В.А.,Любартович С.А Контроль качества полимерных материалов. – Л.: Химия, 1977.– с. 50–56
3. Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторныйпрактикум по технологии пластических масс. – М.: Высшая школа, 1977, с. 226–229