Размещено на http: //www. allbest. ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

"Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых"

(ВлГУ)

Кафедра химических технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Организация и управление ХТП»

Тема проекта:

«Технология производства изделий из полипропилена методом литья под давлением»

Руководитель проекта,

Старший преподаватель кафедры ХТ А.В. Синявин

Студент гр. ЗХТд-115 Н. Д. Барченков

Владимир 2020



Календарные сроки выполнения

Студента Барченкова Никиты Дмитриевича

1. _Технологическая часть ______40_________ % ________1-2_________ недели

2. _Расчетная часть ______________25__________ % _________2-3_________недели

3. _Графическая часть _______35______________ % ________2-3_________недели

4. _Проверка готового курсового проекта ___ % ________до 1________недели

5. _Защита курсового проекта__________________ % _______до 1________недели

6. _Итого___________________________________________ % ________7-10_______недель

7. ___________________________________________________ % _____________________недели

8. ___________________________________________________ % _____________________недели

9. ___________________________________________________ % _____________________недели

10. ___________________________________________________ % _____________________недели

11. ___________________________________________________ % _____________________недели

12. ___________________________________________________ % _____________________недели

Дата выдачи задания «________» ______________________________ 20 _____ г.

Руководитель проекта (работы) ____________________________ _______________________

(подпись) (ФИО)

Ход выполнения

Дата	6.02	13.02	20.02	27.02	6.03	13.03	20.03	27.03	3.04
% выполнения
Подпись руководителя

Задание к исполнению принял ____________________________ _______________________

(подпись) (ФИО)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Кафедра «Химические технологии»

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой ________________________

___________________________________________

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТУ)

Студент __________________________________________________________________ Курс __________

Факультет (институт)__________________________________

Группа _____________________________

Тема проекта (работы) ___________________________________

Срок сдачи законченного проекта (работы) «________» ________________ 20 _____ г.

1. Исходные данные

1. Данные базового предприятия_______________

2. Научно-техническая и патентная литература _________

2. Объем работы

2.1. Разработать следующие вопросы

1. Технологическая часть

1.1. Характеристика готовой продукции

1.2. Обоснование выбора сырья

1.3. Характеристика выбранного сырья

1.4. Обоснование метода переработки

1.5. Физико-химические основы технологического процесса

1.6. Описание технологической схемы производства

1.7. Нормы технологического режима и контроль производства

1.8. Виды брака и способы его устранения

2. Расчетная часть

2.1. Материальный баланс производства на 1000 кг (шт.) готовой продукции

2.2. Описание работы основного оборудования

2.3. Описание работы отдельного узла оборудования

3. Безопасность и экологичность

2.2. Конструктивно разработать (вычертить)

1. Технологическая схема производства 1 лист (формат А1)

2. Общий вид основного оборудования 1 лист (формат А1)

Рекомендуемая литература



АННОТАЦИЯ

В данном курсовом проекте произведен расчет термопластавтомата, расчет годового материального баланса.

К пояснительной записке прилагаются чертежи ТПА, эскизы изделий, технологическая схема производства.

Табл. 15 Библ. 26 Илл.10



СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ

АННОТАЦИЯ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
• 1.1 Характеристика готовой продукции
• 1.1.1 Назначение и область применения
• 1.1.2 Технические характеристики
• 1.1.3 Номенклатура и габаритные размеры
• 1.1.4 Указания по эксплуатации и техническому обслуживанию
• 1.1.5 Условия хранения и транспортировки
• 1.2 Обоснование выбора сырья.
• 1.3 Характеристика сырья
• 1.3.1 Классификация пластика для промышленного литья под давлением
• 1.4. Обоснование выбора метода переработки
• 1.5 Физико-химические основы технологического процесса
• 1.6 Описание технологической схемы производства.
• 1.7 Нормы технологического режима и контроль производства
• 1.8 Виды брака и способы его устранения
• 2 РАСЧЕТЫ
• 2.1 Материальный баланс производства на 1000 шт. готовой продукции
• 2.1.1 Расчет средней массы видов изделий
• 2.2.2 Расход сырья
• 2.2 Описание работы основного оборудования
• 2.3 Описание работы отдельного узла оборудования
• 2.4 Основное и вспомогательные оборудования
• 3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА ОСНОВНОМ ОБОРУДОВАНИИ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЯ


ВВЕДЕНИЕ

Производство изделий из полимеров методом литья под давлением. Начнем с понятия, что же такое полимер? Полимеры - (органические, неорганические, аморфные, кристаллические) материалы, полученные путем многократного повторения групп атомов, называемых мономерами, соединенные посредством ковалентных связей. К полимерам относят различные пластмассы и резины. Полимеры можно разделить на три большие группы: Органические полимеры, например - полиэтилен, неорганические полимеры, например - силикаты, элементоорганические полимеры, например - поли-1,3-алкилсилилэтилен. Полимеры классифицируются на аморфные и кристаллические. Аморфные полимеры - имеют неупорядоченную структуру, кристаллические полимеры - их звенья макромолекул имеют трехмерную структуру.

Полимеры делятся на термопласты и реактопласты. Термопласты - при нагреве плавятся, при охлаждении возвращаются в исходное состояние. Реактопласты при нагреве образуют трехмерную структуру.

Области применения пластических масс в народном хозяйстве весьма разнообразны. Из них изготавливают изделия народного потребления, детали машиностроения, приборостроения, радиоаппаратуры и т.п. В большинстве случаев пластмассы используют как самостоятельный конструкционный материал, кроме того, они являются заменителем ряда дефицитных дорогостоящих материалов.

Из-за огромного распространения полимеров в промышленности вопрос их переработки достаточно остро стоит в мире. Полимеры легко перерабатываются и используются вторично. Существует несколько способов переработки полимеров. Один из способов переработки полимеров это литье под давлением.

Литье под давлением это технологический процесс переработки пластмасс путем впрыска расплавов полимеров под давлением в пресс-форму с последующим охлаждением. Одно из оборудований производящих данный процесс носит название термопластавтомат или сокращенно ТПА.

ТПА - Это инжекционно-литьевая машина, применяемая для изготовления деталей из термопластов методом литья под давлением. Условия работы на литьевой машине задает технолог, периодическую работу на литьевой машине осуществляет оператор.

Конструктивно инжекторно-литьевые машины вообще и термопластавтоматы в частности имеют большое разнообразие, что стало следствием их активного развития, совершенствования и увеличения областей применения.



1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Характеристика готовой продукции

Для описания продукции, полученной методом литья под давлением, возьмем для примера производство пластиковых фитингов, муфт, отводов и т. д. Далее рассмотрим их точные характеристики.

1.1.1 Назначение и область применения

Соединительные детали, (далее - фитинги), предназначены для соединения методом полифузионной сварки систем полипропиленовых напорных трубопроводов отопления, холодного (в том числе питьевого) и горячего водоснабжения.

Виды фитингов для ПП труб различаются не только диаметром, но и формой, т.е. назначением:

Муфта. Это один из самых простых видов фитингов. Выполняется в форме бочонка с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру трубы. Соединяет два её куска.

Переходник. Похож на муфту, но в отличие от нее внутренние диаметры бочонка на двух противоположных сторонах разные. Позволяют переходить не только от одного диаметра к другому, но и заменять вид соединения. К примеру, с паечного на резьбовое соединение с внешней или внутренней резьбой. Переходы для разных диаметров делают на концевых стояках отопления, в местах соединения стояка с лежневкой (горизонтальной разводкой отопительной системы).

Уголок присоединяется сваркой раструбным методом - это одновременный нагрев двух деталей, в процессе которого одна деталь вставляется в другую. Применяют для соединения труб под углом 90 градусов.

Тройники и крестовины применяют, чтобы соединить одновременно несколько труб. Например, тройник на водопроводе, отводящий воду от стояка в ванную и на кухню.

При сборке трубопровода необходимо использовать фасонные части из того же материала, что и трубы. То есть, если вы хотите использовать полипропиленовые трубы, армированные стекловолокном, вид фитингов нужно выбрать соответствующий.

В зависимости от места положения и способа использования виды фитингов для пластиковых труб бывают: Прямые. Y - образные. T - образные.

По типу подключения виды фитингов для ПП труб разделяются на: Компрессионные (обжимные). Сварные.

Осуществляя монтаж с использованием обжимных фитингов из полипропилена, не нужно обладать специализированными знаниями. Не нужно наличие специального сварочного оборудования. Этот вид применяется в различных погодных условиях, они не боятся воздействия отрицательных температур.

Сварные фитинги устанавливаются методом сварки встык или с применением электросварных фитингов, и их допускается использовать только при монтаже труб водопровода.

1.1.2 Технические характеристики

Таблица 1 технические характеристики

характеристики	Единицы измерения	значения
Номинальное давление	бар	25
Максимальная температура рабочей среды	С	95
Минимальная температура хранения	С	-50
Диапазон наружных диаметров соединяемых труб	мм	20-110



1.1.3 Номенклатура и габаритные размеры

1) Муфта В соответствии с рисунком 1

Таблица 2 габаритные размеры муфты

D,мм	20	25	32	40	50	63	75
А,мм	14.5	17.5	18.5	21.5	23.5	28.4	32
В,мм	32	38	40	47	52	60	69

2) муфта переходная (В/Н)

В соответствии с рисунком 2

Таблица 3 габаритные размеры переходной муфты

D,мм	D1, мм	D2, мм	А, мм	В, мм
25X20	25	20	15	34
32X20	32	20	15	40
32X25	32	25	17	39.5
40X20	40	20	15	47
40X25	40	25	17	45.5
40X32	40	32	20	48
50X20	50	20	15	40
50X25	50	25	17	42
50X32	50	32	20	55
50X40	50	40	22	52
63X20	63	20	15	50
63X25	63	25	17	63
63X32	63	32	20	63
63X40	63	40	22	58.5
63X50	63	50	25	58.5
75X40	75	40	22	65
75X50	75	50	25	64.5
75X63	75	63	28	71.5
90X50	90	50	25	63.5
90X63	90	63	28	65
90X75	90	75	32	78
110X90	110	90	36.5	87



3) муфта переходная ВЧВ

В соответствии с рисунком 3

Таблица 4 габаритные размеры переходной муфты ВЧВ

D1, мм	D, мм	А1, мм	А2, мм	В, мм
25	20	16.5	15	36.3
32	20	18.5	15	39
32	25	20.5	17.7	41.6
40	20	20.5	15	44
40	25	20.5	16.5	44.7
40	32	20.5	18.5	45.5
50	20	24	15	50.7
50	25	24	16.5	51.4
50	32	24	18.5	51.8
50	40	24	20.5	52.1
63	20	28	15	58.5
63	25	28	16.5	59.3
63	32	28	18.5	60
63	40	28	20.5	60.4
63	50	28	24	62.3
75	32	30	18.5	62.2
75	40	30	20.5	66.6
75	50	30	24	68.5
75	63	30	28	70.3
90	40	36.5	20.5	74.3
90	50	36.5	24	77.1
90	63	36.5	28	77.9
90	75	36.5	30	77.7
110	50	40	27	86.6
110	63	40	30	87.4
110	75	40	32	87.2
110	90	40	36.5	87.6

4) отвод РР-R 90є

В соответствии с рисунком 4



Таблица 5 абаритные размеры отвода РР-R 90є

D, мм	А, мм	В, мм
20	15	26
25	16.5	30
32	18.5	36
40	21.5	42.5
50	26	52
63	28.4	61
75	32	71.5
90	36.5	83.5
110	39	95

5) отвод РР-R 45є

В соответствии с рисунком 5

Таблица 6 габаритные размеры отвода РР-R 45є

D, мм	А, мм	В, мм
20	14.5	20
25	17.5	23.5
32	18.5	23
40	21.5	31
50	24.5	36
63	28.4	42.4
75	32	49

6) тройник РР-R

В соответствии с рисунком 6

Таблица 7 габаритные размеры тройника РР-R

D, мм	А, мм	В, мм	С, мм
20	14.5	51	25.5
25	17.5	59	32
32	18.5	72	36
40	21.5	85	42.56
50	24.5	101	50.5
63	28.4	122	61
75	32	141	70.5
90	36.5	167	83.5
110	40	192	96

7) крестовина

В соответствии с рисунком 7

Таблица 8 габаритные размеры крестовины

D, мм	L, мм	Н, мм
20	52	52
25	62	62
32	72	72
40	86	86

8) заглушка

В соответствии с рисунком 8

Таблица 9 габаритные размеры заглушки

D, мм	А, мм
20	25.5
25	29
32	32.5
40	38.5
50	44
63	52
75	59
90	60.5

9) кран РР-R

В соответствии с рисунком 9

Таблица 10 габаритные размеры крана РР-R

D, мм	А, мм	В, мм
20	15.5	66
25	17	71
32	19	86
40	20.5	100
50	23.5	115
63	27.5	134

1.1.4 Указания по эксплуатации и техническому обслуживанию

Фитинги должны эксплуатироваться при условиях, указанных в таблице технических характеристик.

Фитинги не допускаются к применению:

- при рабочей температуре транспортируемой жидкости свыше 95°С.

- при рабочем давлении, превышающем допустимое для данного класса эксплуатации.

- в помещениях категорий «А, Б, В» по пожарной опасности (п.2.8. СП 40-101-96).

- в помещениях с источниками теплового излучения, температура поверхности которых превышает 130°С.

- в системах центрального отопления с элеваторными узлами.

- для расширительного, предохранительного, переливного и сигнального трубопроводов.

1.1.5 Условия хранения и транспортировки

Хранение фитингов должно производиться по условиям 5 (ОЖ4), раздела 10, ГОСТ 15150 в проветриваемых навесах или помещениях. При хранении фитинги должны быть защищены от воздействия прямых солнечных лучей. Запрещается складировать трубы на расстоянии менее 1 м от нагревательных приборов.



1.2 Обоснование выбора сырья

Если рассматривать выбор материала для литья под давлением с точки зрения производства. Выбор полимерного материала является самым важным этапом проектирования полимерных изделий, в том числе и изделий из пластмасс. Не бывает плохих или хороших полимерных материалов, а бывают материалы, не соответствующие или соответствующие конкретному применению. Поэтому для конструктора чрезвычайно важно досконально знать свойства полимерных материалов и как эти свойства влияют на технологию изготовления и долговечность изделий из этих материалов.

Выбор полимерного материала для изготовления того или инного конечного продукта зависит от многих факторов, главными из которых являются эксплуатационные требования к этому изделию. В эти требования входят условия эксплуатации : температура, влажность, агрессивность среды, характер действия и величины механических нагрузок, ударные, абразивные нагрузки, стойкость к царапанью и другие возможные факторы воздействия на изделие, а также дизайн данного изделия.

Если после изготовления изделия должна последовать дальнейшая его обработка, например, нанесение лакокрасочных покрытий, то наряду с легко окрашивающимися пластмассами существуют полимерные материалы, нуждающиеся в сложных, а зачастую дорогостоящих методах увеличения адгезии их поверхности к выбранным лакокрасочным покрытиям.

Этот список факторов можно продолжать очень долго. Все зависит от желаний производителя и удовлетворения потребностей их потребителей. На основании всех вышеуказанных требований производится приблизительное определение диапазона физико-механических, химических и прочих свойств материала.

Подбор вида и конкретной марки или нескольких марок пластмассы, соответствующих этим свойствам, делается на основании данных технической документации на материалы. Однако необходимо учитывать, что те свойства, которые там указываются на полимерные материалы (ГОСТах, ОСТах, ТУ, справочниках, каталогах фирм, базах данных и пр.) определяются на стандартных образцах при конкретных температуре и влажности, что вносит определенные трудности в прогнозировании поведения будущего изделия в реальных условиях. Поэтому большое значение в подборе материала для изделия, кроме всего прочего, имеет опыт конструктора.

На основании требований к изделию определяется перечень требований к характеристикам материала, определенных стандартными методами (именно эти характеристики приводятся в справочной литературе, фирменных проспектах и базах данных). Часто такая задача является очень сложной, и причин тут несколько:

Во-первых, свойства полимерных материалов сильно зависят от условий испытаний. Например, на прочность большое влияние оказывает скорость деформирования, на ударную вязкость образца с надрезом - геометрия надреза и т.д.

Во-вторых, максимально допустимые напряжения в изделиях из термопластов могут быть на порядок меньше стандартных значений прочности, что затрудняет оценки. Максимально допустимые напряжения для термопластичных материалов приведены в таблице 11.

Таблица 11

Допустимые напряжения, МПа
Кратковременное воздействие при растяжении	Переменное воздействие при изгибе	Переменное контактное воздействие
20	8	4,5
17	12	3
30	17	4
35	10	5



Таким образом, проведение обоснованного выбора полимерного материала основывается на анализе конструкции детали, технических требований к ней и условий её эксплуатации с целью формулирования требований к свойствам полимерного материала. Алгоритм выбора полимерного материала для проектируемого изделия должен включать изучение прототипов этого изделия, методов его испытания, технических требований к изделию и материалу, составление перечня необходимых свойств, проведение технико-экономического анализа, позволяющего правильно выбрать полимерный материал.

При выборе материала учитывают основные предъявляемые к ним требования -- жесткость, размерная стабильность, сохранение геометрических соотношений отдельных элементов изделия, например, параллельность плоскостей поверхностей, соосность отверстий и резьбовых гнезд, отсутствие коробления. Важнейшим требованием, предъявляемым к изделиям из пластмасс абсолютно любого назначения, является обеспечение их прочности. Из-за сложной структуры полимерных материалов оценка прочности пластмассового изделия может быть выполнена с помощью статистических методов, основанных на наработке большого количества исходных данных, полученных при испытаниях либо образцов в лабораторных условиях, либо самих изделий.

Прочность изделия, в числе других, означает одинаковость физико-механических характеристик, которая обеспечивается, прежде всего, равномерным остыванием расплава термопласта в формующей полости. Как следствие, важным требованием к получаемому изделию становится не только равнотолщинность, обеспечить которую на практике весьма непросто, но и выбор пластика с оптимальной теплопроводностью и температуропроводностью.

При выборе материалов для изготовления изделия необходимо также учитывать требования, которые имеют отношение к их переработке в изделия. Так для изготовления тонкостенных деталей, необходимы прочные и легкотекучие марки полимерных материалов. Так как большинство изделий из пластмасс являются элементами различных конструкций, т.е. деталями, то обязательно следует учитывать последующую сборку этих деталей. Отсюда вытекает необходимость применения таких видов материалов, которые имеют малый разбег усадок, а, следовательно, повышенную размерную точность деталей.

Также важно изучить возможность объединения в одной детали нескольких функций, что позволит сэкономить на дорогостоящих сборочных операциях. Себестоимость изготовления детали включает не только цену сырья. Следует учитывать, что материалы, обладающие большей жесткостью, позволяют уменьшать толщину стенок изделия, а это даёт возможность сократить время цикла изготовления изделия. Поэтому необходимо составить перечень всех критериев, учитываемых при выборе материала, и провести их последовательную детальную оценку.

Сырьем для ТПА являются полимеры, термопласты. Термопласты с повышением температуры переходят в пластическое состояние, а при охлаждении вновь отверждаются до исходного состояния, и это является обратимым процессом.

В свойствах полимеров и их процессах отверждения, в частности типом возникающих в полимере межмолекулярных связей. В термопластах между отдельными полимерными цепочками возникают межмолекулярные связи (силы Ван-дер-Ваальса), которые могут быть разорваны при повторном нагреве, что опять переведет полимер в пластическое состояние.

Для горячей штамповки изделий из пластмасс используют гранулированное сырье. В зависимости от его физико-химических свойств и показателя устойчивости к температурному воздействию выделяют следующие типы пластика для литья.

Термопластичный:

Сырье отличается высокой скоростью фазовых переходов из твердого состояния в жидкое и обратно. Использование материала этого типа оправдано для плавки опытных образцов моделей для мелкосерийного производства.

Термореактивный:

Полимеры изготавливают из синтетических смол, которые при литье под давлением позволяют получить изделия различной прочности со стабильными размерами и любыми текстурными поверхностями. Расплав не вытекает через зазоры пресс-формы, а после остывания его усадка не превышает 0,5%.

Сырьё часто используемое на оборудовании ТПА. В частности для производства рассмотренных выше деталей, таких как фитингов, отводов, крестовиков для спайки полипропиленовых труб, корпусов кранов и американок, является полипропилен.

Полипропилен: Льется при температуре 200--280 єС и давлении 800--1400 кгс/смІ. Полипропилен способен резко снижать вязкость при росте градиента скорости сдвига, что позволяет наращивать объемы производства за счет повышения давления при стабильной температуре. Он дает значительную усадку, негативные последствия которой нивелируют более высоким давлением литья.

Суперконцентрат

Или антиоксидант

Суперконцентрат-антиоксидант используется в случаях, когда необходимо получить улучшенную термостабильность при производстве пластмассовых изделий (ПЭНД и ПП изделия) из вторичного полимерного сырья.

Введение антиокислительных добавок в полимер ингибирует процесс термоокислительного старения и позволяет улучшить процесс переработки (стабилизация реологических свойств и гомогенности расплава, уменьшение тенденции к сшивке и гелеобразованию), сохранить физико-механические свойства материала (в т.ч. для пленок), уменьшить тенденцию к обесцвечиванию или пожелтению материала. Использование антиоксидантов, особенно в комбинации со светостабилизаторами, позволяет также увеличить срок службы изделий из пластмасс при воздействии окружающей среды.

В зависимости от степени деградации вторичного пластика и его содержания в смеси с первичным, процент ввода данной добавки для различных пластиков составляет 1-5%

1.3 Характеристика сырья

1.3.1 Классификация пластика для промышленного литья под давлением

Для разделения полимеров на категории используют следующие характеристики:

Назначение. Для строительства, пищевой промышленности и сферы обслуживания применяют пластик с отличными требованиями по прочности и безопасности.

Физико-химические свойства. Подразумеваются состав, плотность, цвет, прозрачность и реологические особенности исходного материала, такие как текучесть, температура плавления и затвердевания. В соответствии с этими параметрами пластик для литья бывает аморфным кристализирующимся, кристаллическим термопластом с коротким периодом плавления при высоких температурах и склонными к деструкции веществами с низкой термостабильностью.

Степень обработки. В производстве применяют первичное сырье и материалы вторичного использования, что в значительной мере формирует цену готовой продукции.

Комплексный анализ совокупности этих факторов позволяет подобрать пластик для серийного литья с параметрами, удовлетворяющими требованиям конкретной технологии, расчетной стоимости производства и другим пожеланиям..

Полипропилен.

Полипропилен - твердое вещество белого цвета, является продуктом полимеризации пропилена и принадлежит к классу полиолефинов. Проще говоря, это пластиковый полимер с широкой областью применения. Сегодня он является наиболее востребованным современным пластиком, благодаря своим отличным потребительским свойствам и универсальностью использования.

Основные физические свойства

Низкая плотность материала. Полипропилен имеет самую низкую плотность из всех пластмасс, что выгодно отличает его от более плотных аналогов.

Высокая прочность. Многочисленные эксперименты показали, что он выдерживает большую нагрузку, что намного превышает возможности полиэтилена.

Устойчивость к низким температурам. Полимер прекрасно справляется с отрицательными температурами, выдерживая - 10єС и более низкие температуры.

Устойчивость к высоким температурам. Выдерживает не только низкие, но и высокие температуры, его температура плавления составляет 160 - 170єС.

Устойчивость к резким перепадам температуры. Быстрая смена температурного режима также не страшна этому материалу. Хорошо выдерживает стремительный переход от минуса к плюсу и обратно.

Превосходные диэлектрические свойства. Высокая диэлектрическая константа вместе с большой диэлектрической прочностью обеспечивают широкие возможности его применения в качестве электроизоляционного материала.

Легкая обработка. Полипропилен легко поддается сварке, распилу, сверлению, хорошо гнется, что значительно расширяет возможности его применения в промышленности и быту.

Химические характеристики

Устойчивость к агрессии химических веществ. Эта особенность материала позволяет широко применять его для нужд химических предприятий. Экологичность и безопасность для окружающей среды и человека. Многочисленные опыты доказали нетоксичность и абсолютную экологическую безопасность этого материала для окружающей среды и человека. Поэтому он используется при производстве емкостей для воды, а также различных жидкостей и сыпучих продуктов питания. Очень часто его применяют при строительстве сооружений для очистки воды.

Основные технические характеристики и свойства полипропилена представлены в таблице 12.

Таблица 12

Свойства полипропилена
Характеристика	Значение
Предел прочности при разрыве	260-400 кг/см2
Относительное удлинение при разрыве	200-700%
Температура плавления	160-170єС
Температура стеклования	-10 - (-20)єС
Степень кристаличности	50-75%
Морозостойкость	-10єС и ниже
Теплопроводность	0,00033 кал/секЧсмЧград
Удельная теплоемкость	0,40-0,50 кал/секЧсмЧград
Плотность	0,90-0,92 кг/см

1.4 Обоснование выбора метода переработки

У любого конструктора, технолога, проектировщика зачастую возникает вопрос подходящего выбора метода переработки полимерных материалов.

После того, как на основе анализа условий работы предполагаемого изделия, его расчета и проектирования, оценки требований к основным характеристикам был выбран конкретный полимерный материал, встает вопрос о том, каким способом его перерабатывать.

Для производства конкретного изделия так же, как и для переработки каждого полимерного материала, может быть использовано несколько различных технологий. Отсюда неизбежен выбор оптимального метода формования изделия. Здесь, и это перекликается с вопросами проектирования, первостепенное значение имеют вид, форма и размеры изделия, а также тиражность; важны и экологические аспекты производства.

Выбор материала позволяет составить достаточно полное представление о его свойствах, в частности, об особенностях и параметрах его переработки различными методами: температуре, вязкости, необходимом удельном давлении и т. д. Сопоставляя эти данные с размерами проектируемого изделия (точнее, площадью его проекции формообразующей оснастки на основные плоскости), можно оценить усилие, необходимое для смыкания и заполнения формы при литье под давлением, прессовании, формовании и т. д. Величина этого усилия позволяет выбрать соответствующий тип оборудования -- литьевой машины, пресса и т. д. В некоторых случаях этого достаточно, чтобы какие-то методы сразу отпали. Тиражность также имеет большое значение при выборе способа переработки, так как она определяет требуемую производительность используемого оборудования и его количество. Возможность использования много-гнездных форм заставляет при крупносерийном производстве отдать предпочтение таким методам переработки, как литье под давлением и прессование, тогда как при изготовлении единичных изделий это могут быть иные технологии.

При определении экономической целесообразности выбора того или иного метода переработки на первый план выдвигаются вопросы производительности, качества и размерной стабильности (геометрической формы и свойств изделия). Для большинства процессов переработки стоимость оснастки весьма велика, однако количество экземпляров изделий, изготавливаемых в одной форме, может достигать нескольких сотен тысяч. Поэтому при малосерийном производстве наиболее приемлемы методы, при которых стоимость оснастки минимальна, а при крупносерийном следует учитывать в первую очередь другие факторы: стоимость и доступность сырья, количество отходов, возможность их повторного использования.

С другой стороны, качество изделия и его особые свойства (точность размеров) в известной степени предопределяют как выбор метода переработки, так и качество оснастки, соответственно отражаясь на экономичности процесса и стоимости готового продукта. Поэтому выбор оптимального способа формования должен осуществляться на основе анализа всех факторов и с учетом их важности в каждом конкретном случае.

Далее мы рассмотрим метод литья под давлением и его преимущества. Основные преимущества литья под давлением по сравнению с другими способами литья следующие: многократное использование литейных форм, полное исключение формовочных и стержневых смесей, высокая точность размеров и чистота поверхности, практически не требующих механической обработки, возможность получения отливок с малой толщиной стенок (менее I мм) большой протяженности, полное исключение трудоемких операций формовки, сборки и выбивки форм, возможность комплексной автоматизации производственного процесса.

Также у данного метода переработки есть и недостатки к ним относятся: высокая стоимость пресс-форм, сложность и длительность их изготовления, невысокую стойкость пресс-форм, особенно при литье сплавов с высокой температурой плавления (сталь, чугун, медные сплавы), трудность выполнения отливок со сложными полостями и поднутрениями, неподатливость металлической формы, что способствует появлению напряжений в отливках при охлаждении; поэтому сплавы для литья под давлением должны иметь узкий интервал кристаллизации, высокую жидкотекучесть и достаточную прочность и пластичность.



1.5 Физико-химические основы технологического процесса

В основе процессов переработки пластмасс находятся физические и физико-химические процессы структурообразования и формования:

? нагревание, плавление, стеклование и охлаждение.

? изменение объема и размеров при воздействии температуры и давления.

? деформирование, сопровождающееся развитием пластической (необратимой) и высокоэластичной деформации и ориентацией макромолекулярных цепей.

Эти процессы могут проходить одновременно и взаимосвязано. Преобладающим будет только один процесс на определенной стадии. В процессе формования изделий полимер нагревают до высокой температуры, деформируют путем сдвига, растяжения или сжатия и затем охлаждают. При охлаждении большого количества полимеров протекает процесс кристаллизации.

Если кристаллизация протекает при высоком давлении и при высокой температуре, то образуется кристаллическая структура из выпрямленных цепей, при быстром охлаждении того же расплава кристаллизация проходит с образованием сложных цепей. Также установлено, при увеличении давления температура кристаллизации повышается. Значение этого свойства означает: возможность перехода полимера из расплава в квазикристаллическое состояние при повышении давления (при этом исключается течение и затормаживаются релаксационные процессы). Особенность в том, что при повышении давления образуются мелкие сферолиты и поэтому увеличивается механическая прочность изделий. Размеры кристаллов, в то же время, зависят от скорости охлаждения и температуры в процессе формования изделия. При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую структуру, так как времени на перегруппировку кристаллов недостаточно.

При желании можно увеличить размеры кристаллов, в этом случае необходимы структурообразователи. Ими будут являться окислы алюминия и ванадия, кварц, двуокись титана и др.

Нестационарные условия теплопередачи и скорости охлаждения при формовании изделий из полимеров способствуют получению изделий с неоднородной структурой , более мелкие кристаллы у поверхностных слоев.

В случае необходимости однородные свойства изделий можно обеспечить с помощью отжига или последующей термообработки при температуре ниже температуры плавления. При отжиге уменьшается объем изделия и повышается плотность, причем чем выше температура и больше время выдержки, тем выше плотность изделия. Термообработка целесообразна в тех случаях, когда необходимы повышенные твердость, модуль упругости, механическая прочность, теплостойкость и стойкость к циклическим нагрузкам, при этом уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость.

Полнота протекания указанных процессов в значительной мере определяет качество готового изделия, а скорость протекания этих процессов определяет производительность способа переработки полимеров.

Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при нагреве полимера.

В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с формованием изделия, происходит после оформления изделия в полости формы или при термической обработке сформованной заготовки. Для увеличения съема продукции с оборудования окончательное отверждение может производиться вне формующей оснастки, так как устойчивость формы приобретается задолго до завершение этого процесса. По этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения.

При переработке полимеров 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 охлождения, кристаллизации, релаксации, и различной степенью отверждения.

Неоднородность свойств материала не всегда допустима и часто приводит к браку. Снижение неоднородности молекулярной структуры и внутренних напряжений удается достигнуть термической обработкой готово изделия. Однако более эффективно использование методов направленного регулирования структур в процессах переработки. В таком случае надо вводить в полимер добавки, оказывающие влияние на процессы образования надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с желаемой структурой.

Чтобы понять химизм процесса литья под давлением из полимеров нужно углубиться в их структуру.

Итак, Полимеры состоят из повторяющихся групп атомов - звеньев исходного вещества - мономера, образующих молекулы в тысячи раз превышающих длину неполимерных соединений, такие молекулы называют макромолекулами.

Чем больше звеньев в макромолекуле полимера, тем более прочен материал и более стоек к действию нагрева и растворителей. Из-за невозможности эффективной переработки малоплавкого и труднорастворимого полимера в ряде случаев получают сначала полуфабрикаты - полимеры со сравнительно низкой молекулярной массой - олигомеры, легко доводимые до высоко молекулярного уровня при дополнителной тепловой обработке одновременно с изготовлением изделия.

В зависимости от состава различают группы полимерных соединений:

- Гомополимеры (полимеры, состоящие из одинаковых звеньев мономеров).

- Сополимеры (полимеры, состоящие из разных исходных звеньев мономеров).

- Элементоорганические (соединения с введенными в главную цепь или боковые цепи атомами кремния, бора, алюминия и др. Эти соединения обладают повышенной теплостойкостью).

У органических полимерных материалов макроструктура образована либо свернутыми в клубки гибкими макромолекулами, называемые глобулами. Либо пачками более жестких макромолекул - ламелями, параллельно уложенных в несколько рядов, так как в этом случае они имеют термодинамически более выгодную форму, при которой значительная часть боковой поверхности прилегает друг к другу. На участках складывания образуются домены, а домены создают фибриллы, связанные проходными участками. Несколько доменов соединяясь по плоскостям складывания, образуют первичные структурные элементы - кристаллы, их которых при охлаждении расплава возникают пластинчатые структуры - ламели. В процессе складывания ламелей концы молекул могут находиться в разных плоскостях, иногда эти концы молекул частично возвращаются в начальную плоскость- в этом случае они создают петли.

Молекулярное строение или их химический состав и способ соединения атомов в молекулу, однозначно не определяет поведение полимерного материала, построенного из макромолекул. Свойства полимеров, особенно в кристаллическом фазовом состоянии, зависят от их надмолекулярной структуры, также способа упаковки макромолекул в пространственно выделенных элементах, размера и формы таких элементов и их взаимного расположения в пространстве. Другими словами, под надмолекулярной структурой понимают сложные агрегаты из большого числа макромолекул, образующиеся в результате действия межмолекулярных сил.



1.6 Описание технологической схемы производства

Конструктивно термопластавтоматы имеют большое разнообразие, что стало следствием их активного развития, совершенствования и увеличения областей применения. В общем же случае выделяют два основных элемента ТПА: узел пластикации и узел смыкания, дополняемый узлом выталкивания.

Путь следования сырья по инжекторно-литьевой машине, первым идет узел пластикации или другими словами узел подготовки. Загрузка предварительного просушенного и измельченного сырья, то есть гранул твердого пластика, происходит через загрузочное устройство. Далее пластик попадает в обогреваемый цилиндр и перемещается вдоль него усилием вращающегося шнека. Под воздействием тепла от нагревательного элемента, расположенного вокруг цилиндра, и трения друг о друга и о сам шнек гранулы сырья пластицируются, то есть происходит их переход из твердого состояния в пластическое. В таком виде пластик поступает в переднюю части цилиндра перед соплом, где и накапливается для последующего впрыска в пресс-форму, а давление впрыска обеспечивается поступательным движением шнека.

Далее следует узел смыкания, где происходит непосредственно сам процесс литья под давлением. Полимер впрыскивается в пресс-форму, которая состоит из двух смыкающихся плит, образующих между собой полость. Части пресс-формы прижимаются друг к другу с определенным усилием, необходимым для предотвращения просачивания полимера наружу, так как давление впрыска внутри формы стремится раздвинуть плиты. Когда конечное изделие сформировано и отверждено, пресс-форма раскрывается, а изделие выталкивается наружу и удаляется, после чего плиты опять смыкаются и процесс литья повторяется вновь. Элементы инжекторно-литьевой машины приводятся в движение гидравлическим приводом, работу которого в свою очередь обеспечивает электродвигатель. Всё подробно можно рассмотреть на рисунке 10.

К основным этапам процесса литья под давлением относят:

- смыкание пресс-формы

Процесс начинается с соединения плит пресс-формы и образования полости между ними, куда и будет происходить литье. Минимальное количество плит две: подвижная (плита пуансона) и неподвижная (плита матрицы), но при отливке сложных изделий количество плит может быть больше. Во избежание удара к моменту соприкосновения скорость подвижной плиты уменьшают. Также производится прижатие узла пластикации к форме, если рассматривается случай холодноканального литья (литниковый канал не обогревается, сам литник требует удаления с детали и уходит в отход), в то время как при горячеканальном литье (литниковый канал обогревается, обеспечивается безотходность процесса) узел пластикации остается прижатым к форме на протяжении всего цикла.

- впрыск

Впрыск под давлением осуществляется за счет поступательного движения шнека или плунжера. Для предотвращения обратного хода пластической массы в зависимости от конструкции узла пластикации могут использоваться обратные или отсечные клапаны. В общем случае впрыск протекает в две стадии: заполнение формы и сжатие, хотя в отдельных случаях количество стадий может быть и больше. Вытесняемый в ходе впрыска воздух удаляется из формы через специальную вентиляционную систему.

- выдержка

После заполнения формы начинается процесс охлаждения ее содержимого за счет теплообмена между стенками и отвердевающей пластической массой. Выдержка происходит под давлением, что необходимо для компенсации усадки изделия, возникающей в процессе охлаждения. На завершающем этапе выдержки давление снимается, и происходит окончательное затвердевание изделия.

- пластикация

По завершении выдержки, когда снимается давление на форму со стороны шнека, начинается процесс подготовки новой порции пластической массы для отливки следующего изделия. Шнек приводится во вращательное движение, и материал в межвитковом пространстве начинает продвигаться в сторону сопла, попутно переходя в пластическое состояние под действием подводимого к цилиндру тепла. Чтобы освободить пространство для новой порции пластика, шнек также отодвигается назад, то есть одновременно осуществляет вращательное и осевое движение.

- размыкание пресс-формы и извлечение изделия

Если предполагается затвердевание литника, от формы отводится весь узел впрыска, однако, как уже отмечалось выше, в случае горячеканального литья размыкания не происходит. Когда изделие полностью отвердевает, начинается процесс его извлечения. Для этого пресс-форма размыкается, а изделие вытесняется толкателями и падает в сборный поддон. В тех случаях, когда требуется бережное обращение с изделием, его извлечение осуществляется оператором вручную или специальными манипуляторами. Инжекторно-литьевая машина становится готовой для повторного цикла.

Вместе эти стадии образуют повторяющийся цикл литья, по которому работает термопластавтомат. Продолжительности каждой из стадий в сумме дают общее время цикла, которое в разных случаях может варьироваться от нескольких секунд до нескольких минут. В большинстве случаев наибольшее время занимают выдержка под давлением и пластикация, но конкретное соотношение длительности стадий во многом зависит от конфигурации изготавливаемого изделия и используемого сырья. Типичная закономерность выглядит таким образом, что чем...