J
для техникумов
ГА.ШВЕЦОВ
Д.УАЛИМОВА
M. Д. БАРЫШНИКОВА
Технология
переработки
пластических
масс
Допущено Министерством
химической промышленности
в качестве учебника
для учащихся техникумов
химико-технологических
специальностей
МОСКВА
«ХИМИЯ»
1988

ББК 6П7.55
Ш35
УДК 678.6/7:678.05
Рецензенты:
канд. техн. наук М. А. Шерышев,
Московский институт химического машиностроения:
преподаватель Г. Л. Образцова.
Новосибирский химико-технологический техникум
Швецов Г. А. и др.
Ш 35 Технология переработки пластических масс: Учебник для
техникумов. Г. А. Швецов, Д. У. Алимова, М. Д.
Барышникова.— М.: Химия, 1988.— 512 с: ил.
ISBN 5—7245—0025—6
Приведены краткие сведения о полимерах н пластических массах.
Изложены основы теории переработки термопластов и реактопластов в
изделия. Описаны технологические процессы производства изделий
методами экструзии, литья под давлением, прессования, каландрования и др.
Рассмотрены соответствующее оборудование и формующий инструмент.
Освещены вопросы переработки и утилизации отходов, техники
безопасности на предприятиях по переработке пластмасс н охраны окружающей
среды.
Книга предназначена в качестве учебника для учащихся
химико-технологических и химико-механических техникумов, специализирующихся в
области переработки пластмасс. Она может быть полезна также
инженерно-техническим работникам, связанным с переработкой пластмасс.
Табл. 69. Ил. 190. Библиогр. 42 назв.
„2803090100—153 __, _, ._
050@1)—88 *~в' пл' сРед- спец- У4- заведений—41—88 ББК 6117.5о
ISBN 5—7245—0025—6 © Издательство «Химия», 1988

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
Глава I. Основные сведения о полимерах и пластических массах
1.1. Химическое строение и структура полимеров
1.2. Методы получения синтетических полимеров
1.2.1. Полимеризация
1.2.2. Поликонденсация
1.3. Состав пластических масс
1.3.1. Наполнители
1.3.2. Пластификаторы
1.3.3. Стабилизаторы
1.3.4. Смазывающие вещества
1.3.5. Красители
1.3.6. Прочие добавки
1.4. Свойства пластических масс
1.4.1. Механические свойства
1.4.2. Теплофизическне свойства
1.4.3. Электрические свойства
1.4.4. Оптические свойства
1.4.5. Химическая стойкость
Контрольные вопросы
Глава 2. Теоретические основы переработки термопластов ....
2.1. Особенности переработки термопластов
2.1.1. Физические состояния полимеров
2.1.2. Реология в процессах переработки термопластов ....
2.1.3. Теплофизика в процессах переработки термопластов
2.1.4. Термическая стабильность расплавов термопластов
2.2. Технологические свойства термопластов
2.3. Промышленные термопласты
2.3.1. Полиолефины
2.3.2. Поливинил.хлорнд
2.3.3. Полистирол
2.3.4. Политетрафторэтилен
2.3.5. Полиакрнлаты
2.3.6. Простые и сложные полиэфиры
2.3.7. Полиамиды
2.3.8. Полиуретаны
2.3.9. Этролы
Контрольные вопросы _.
Глава 3. Вальцевание и каландрование
3.1. Общие сведения о процессах вальцевания и каландровання
3.2. Валковое оборудование
3.2.1. Вальцы
3.2.2. Калаидры
3.3. Основные закономерности обработки материала на валковых
машинах

ЗА. Технология вальцевания и каландрования 88
3.5. Дефекты каландрованных пленок и способы их устранения . . 93
Контрольные вопросы 93
Глава 4. Экструзия термопластов . 94
4.1. Общие сведения 94
4.2. Экструдеры 95
4.2.1. Типы экструдеров 95
4.2.2. Технические параметры и модели экструдеров .... 99
4.3. Основные положения теории экструзии 101
4.3.1. Рабочий процесс в одночервячном экструдере .... 101
4.3.2. Закономерности движения полимера в цилиндре экструдерз 102
4.3.3. Теоретическая производительность экструдера .... 106
4.4. Технологические параметры экструзии 108
4.5. Гранулирование 109-
4.5.1. Общие сведения 109
4.5.2. Технология гранулирования поливинилхлоридных пластикатов 112
4.6. Экструзия листов 115
4.6.1. Ассортимент листов и перерабатываемые материалы . . 115
4.6.2. Агрегатные линии для производства листов 115
4.6.3. Листовальные головки 117
4.6.4. Технологические параметры экструзии листов .... 119-
4.6.5. Дефекты экструдированных листов и способы их устранения 121
4.7. Экструзия труб 121
4.7.1. Ассортимент труб и перерабатываемые материалы ... 121
4.7.2. Агрегатные линии для производства труб и шлангов . . 123
4.7.3. Трубные головки 126
4.7.4. Технологические параметры экструзии труб и шлангов . . 129
4.7.5. Технология производства гофрированных труб .... 130-
4.7.6. Дефекты экструдированных труб и способы их устранения 131
4.8. Технология получения полимерных пленок 131
4.8.1. Ассортимент пленок и перерабатываемые материалы . . 131
4.8.2. Методы получения пленок 133
4.8.3. Формование пленок рукавным методом 134
4.8.4. Формование пленок плоскощелевым методом 142
4.8.5. Получение ориентированных пленок 148
4.8.6. Занесение полимерных покрытии методом экструзии . . 154
4.8.7. Дефекты экструзионных пленок и способы их устранения 157
4.9. Экструзионно-выдувное формование изделий 157
4.9.1. Принцип метода 157
4.9.2. Экструзнонно-выдувные агрегаты 160
4.9.3. Технология формования экструзпонно-выдувных изделий 163
4.9.4. Дефекты экструзпонно-выдувных изделий и способы их
устранения 166
4.10. Получение комбинированных изделий методом соэкструзии . . 166.
4.11. Основные направления совершенствования зкструзкониого метода
производства изделий 169
Контрольные вопросы 171
Глава 5. Переработка термопластов литьем под давлением .... 172
5.1. Общие сведения 172
5.2. Литьевые машины 173
5.2.1. Классификация литьевых машин 173-
5.2.2. Конструкция червячной литьевой машины 174
5.2.3. Работа червячной литьевой машины 177"
4

5.2.4. Технические характеристики червячных литьевых машик 178
5.2.5. Специальные литьевые машины 179
5.2.6. Роторные литьевые машины 184
5.3. Литьевые формы . 185
5.4. Пластикация термопластов в цилиндре литьевой машины . . . 193
5.5. Формование изделия в литьевой форме 196
5.6. Технологические параметры литья 201
5.7. Технологический процесс литья под давлением 205
5.7.1. Общая технологическая с^ема процесса 205
5 7.2. Подготовка сырья 207
5.7.3. Литье под давлением различных термопластов .... 208
5.7.4. Обработка изделий 221
5.7.5. Контроль и упаковка изделии 223
5.7.6. Дефекты литьевых изделий и способы их устранения . . 223"
5.8. Основные направления совершенствования технологии переработки
термопластов литьем под давлением . 226
Контрольные вопросы .... 227
Слава 6. Формование изделий из листовых термопластов .... 228.
С.1. Общие сведения ...... 228
0.2. Основные методы термоформования 229
<3.3. Формовочные машины . 233
0.4. Технологически» процесс термоформоваиия 238
ti.5. Области применения отформованных изделий 240
Контрольные вопросы . . 241
Глава 7. Другие методы переработку термопластов 24 f
7.1. Переработка термопластов методом спекания 241
7.2. Центробежное и автоклавное литье термопластов 246
7.3. Переработка термопластов литьем без давления 249
7.3.1. Общая характеристика метода 249
7.3.2. Изготовление изделий из полимер-мономерных композиций 251
7.3.3. Изготовление изделий из капролона 254
Контрольные вопросы 257
Глава 8. Переработка отходов термопластов 258
#. 1. Источники отходов пластмасс 258
8.2. Технология переработки отходов 259
8.2.1. Общая технологическая схема переработки отходов . . . 259
8.2.2. Переработка отходов измельчением и экструзией . . . 260
8.2.3. Переработка отходов вальцово-каландровым методом . . 262
8.2.4. Автоклавным метод переработки отходов 262
8.3. Композиционные материалы с использованием отходов пластмасс 263
8.4. Утилизация и обезвреживание "отходов пластмасс 264
Контрольные вопросы 266
Глава 9. Теоретические основы переработки реактопластов .... 266
3.1. Особенности переработки реактопластов 266
9.1.1. Вязкотекучее состояние реактопластов 267
9.1.2. Отверждение олигомеров 268
9.2. Технологические свойства реактопластов 269
9.3. Промышленные реактопласты ' 276
9.3.1. Фенолоальдегидные олигомеры 276

v.6.2. Фенопласты 280
9.3.3. Аминоальдегидные олигомеры 293
9.3.4. Аминопласты 296
9.3.5. Сложные полиэфиры . 298
9.3.6. Эпоксидные полимеры 301
9.3.7. Кремнипорганическпе полимеры 304
9.3.8. Полнимиды 306
Контрольные вопросы 307
Глава 10. Прессование и литье под давлением реактопластов . . . 308
10.1. Принцип формования изделий из реактопластов методами прямого
и литьевого прессования 308
10.2. Оборудование прессовых производств 310
10.2.1. Таблеточные машины 310
10.2.2. Генераторы токов высокой частоты 312
10.2.3. Червячные пластикаторы 313
10.2.4. Прессы 315
10.3. Пресс-формы 319
10.3.1. Классификация 319
10.3.2. Основные детали пресс-форм 321
10.3.3. Расчет гнездности 323
10.3.4. Правила эксплуатации пресс-форм 324
10.3.5. Тепловой расчет 325
10.4. Параметры прессования 326
l(i.5. Технологический процесс прессования 329
10.5.1. Основные операции процесса прессования 329
10.5.2. Прессование декорированных и двухцветных изделий . . 335
10.5.3. Дефекты пресс-изделий и способы их устранения . . . 336
1A.6. Литье под давлением реактопластов 338
10.6.1. Обшие сведения о процессе 338
10.6.2. Литьевые машины для реактопластов 341
10.6.3. Технологические режимы литья под давлением
реактопластов 343
10.7. Основные направления совершенствования переработки
реактопластов методами прессования и литья под давлением 344
Контрольные вопросы 347
Глава 11. Изготовление изделий из полимерных композиционных
материалов с волокнистым наполнителем 348
11.1. Обшие сведения об армированных полимерных материалах . . 348
11.2. Компоненты композитов 350
11.2.1. Связующие 350
11.2.2. Наполнители 352
11.3. Методы изготовления конструкций из армированных полимерных
материалов 357
11.4. Технология изготовления слоистых пластиков 36/
11.5. Свойства и области применения армированных полимерных
материалов 372
Контрольные вопросы 374
Глава 12. Формование пеноизделий 374
12.1. Общие сведения о пенопластах 374
12.2. Методы создания в полимере газовой фазы ..••¦¦ 377
12.2.1. Получение пенопластов с помощью вспенивания . 377
12.2.2. Получение пенопластов без вспенивания 379
12.3. Методы получения пенопластов с помощью вспенивания . . 380

12.3.1. Прессовый метод получения пенопластов 384
12.3.2. Беспрессовый метод получения пенопластов .... 389
12.3.3. Литье пеноизделий под давлением 395
12.3.4. Экструзия пеноизделий 404
12.3.5. Получение пеноизделий методом заливки 407
12.4. Применение пеноизделии 411
Контрольные вопросы 413
Глава 13. Механическая обработка пластмасс 414
13.1. Классификация процессов механической обработки по назначению 414
13.2. Зачистка пластмассовых изделии 415
13.3. Токарная обработка пластмасс 417
13.3.1. Основные операции и технологические параметры токарной
обработки 417
13.3.2. Токарные станки и приспособления 418
13.3.3. Режущий инструмент 420
13.3.4. Режимы резания 422
13.4 Фрезерование пластмасс 423
13.4.1. Общие понятия 423
13.4.2. Типы фрез 424
13.4.3. Режимы резания 426
13.5. Сверление, зенкерование, развертывание 427
13.5.1. Общие сведения 427
13.5.2. Сверление 428
13.6. Резка пластмасс 431
13.6.1. Общие сведения 431
13.6.2. Методы резки пластмасс 431
13.6.3. Режимы резания 432
Контрольные вопросы 432
Глава 14. Сварка и склеивание изделий из пластмасс 433
14.1. Сварка деталей из пластмасс 434
14.1.1. Классификация методов сварки 434
14.1.2. Контактно-тепловая сварка 434
14.1.3. Сварка нагретым газом ¦ 438
14.1.4. Сварка экструдируемой присадкой 441
14.1.5. Сварка токами высокой частоты и ультразвуком . . . 442
14.2. Склеивание деталей из пластмасс 446
14.2.1. Общие сведения 446
14.2.2. Полимерные клеи 447
14.2.3. Технология склеивания 448
Контрольные вопросы 451
Глава 15. Напыление и металлизация пластмасс 451
15.1. Напыление пластмасс 451
15.2. Металлизация пластмасс 454
Контрольные вопросы 456
Глава 16. Материально-технические расчеты 457
1С.1. Расходные нормы. Основные понятия и определения .... 457
16.2. Определение расходных норм в производстве изделий литьем под
давлением и прессованием 459
16.2.1. Группы сложности изделий 459
16.2.2. Нормы расхода при производстве изделий литьем под
давлением 459
7

16.2.3. Нормы расхода при производстве изделий методом
прессования 461
16.3 Определение расходных норм в .экструзпонном производстве . . 462
16.4. Расчеты по выбору оборудования п его технико-экономической
оценке 463
16.4.1. Выбор литьевой машины 463
16.4.2. Выбор гидравлического пресса 464
16.5. Задачи 465
Глава 17. Техника безопасности при переработке пластмасс . . . 467
17.1. Общие положения 467
17.2. Характер травматизма на предприятиях по переработке пластмасс 470
17.3. Безопасность технологических процессов и оборудования в
производствах по переработке пластмасс 472
17.3.1 Подготовка сырья и материалов 473
17.3.2. Приготовление композиции 473
17.3.3. Изготовление полуфабрикатов и получение изделий . . 475
17.3.4. Обработка изделии 485
Контрольные вопросы 486
Глава 18. Охрана окружающей среды при переработке пластмасс 487
18.1. Общие положения . 487
18.2. Защита атмосферы от вредных выбросов 488
18.2.1 Очистка воздуха от пыли 490
18.2.2. Очистка воздуха от газообразных примесей .... 494
18.3. Защита водоемов от вредных примесей 500'
15.4. Утилизация и обезвреживание твердых отходов 504
Контрольные вопросы 507
Рекомендательный библиографический список 507

ПРЕДИСЛОВИЕ
Прогресс в области науки и техники в настоящее время
невозможен без интенсивного применения пластических масс.
Трудно назвать хотя бы одну отрасль народного хозяйства, в которой
бы не использовались полимерные материалы. Из года в год их
производство неуклонно возрастает. «Основными направлениями
экономического и социального развития СССР на 1986—1990
годы и на период до 2000 г.» предусмотрено довести выпуск
синтетических смол и пластических масс до 6,8—7,1 млн. т в
год. Все эти пластмассы должны быть переработаны в
разнообразные изделия. Если в 60-х гг. пластические массы
рассматривались как доступные и дешевые заменители других
материалов, то по мере дальнейшего развития науки и техники они,
благодаря уникальному комплексу свойств, стали во многих
случаях единственно возможными, незаменимыми
материалами. Например, работы по освоению космоса не могут
продвигаться без использования оболочек ракет из стеклопластика,
развитие медицины немыслимо без искусственного сердца из
пластмасс, искусственных кровеносных сосудов и т. д.;
пластмассовые трубы, пленки для сельского хозяйства, изделия
электротехнического назначения, детали для радиоэлектроники —
все это лишь частные примеры незаменимого использования
пластмасс в народном хозяйстве. В связи с этим все больше
возрастает число специалистов, соприкасающихся в своей
деятельности с полимерными материалами. Поэтому наряду с
выпуском учебников для высших учебных заведений возникла
острая необходимость в создании учебника для подготовки
специалистов среднего звена — техников-технологов.
Расположение материала в книге соответствует требованиям
учебной программы. В основу ее построения положен принцип
деления полимеров на термопласты и реактопласты. Этим
определяется и порядок изложения материала.
Вначале приведены основные сведения о химии и технологии
полимеров, описаны эксплуатационные свойства пластических
масс.
Далее рассмотрены теоретические основы переработки
термопластов, их технологические свойства и наиболее важные
типы термопластичных материалов, выпускаемых
промышленностью. После этого подробно описаны методы переработки
термопластов (экструзия, литье под давлением, вакуум- и пневмофор-
мование и др.)
Затем изложены теоретические основы переработки реак-
топластов, описаны их технологические свойства, главные
представители и методы переработки (прессование, изготовление
изделий из композиционных материалов).

Для большинства методов переработки даны перспективы их
развития. Отдельная глава посвящена формованию пеноизде-
лий — одному из передовых направлений технологии
переработки пластмасс.
Логическим завершением описания технологии изготовления
изделий различными методами является рассмотрение
заключительных операций обработки изделий, служащих для доводки
их по размерам и придания им необходимого внешнего вида
(удаление литников, облоя, механическая обработка резанием,
шлифование и др.), способов склеивания деталей из пластмасс,
нанесения на них покрытий (в частности, металлизации
поверхностей изделий).
В книге показаны также подходы к проведению
материально-технических расчетов при организации того или иного
производства.
Большое внимание уделено вопросам переработки и
утилизации отходов, технике безопасности при переработке пластмасс
и охране окружающей среды.
Практически все главы заканчиваются контрольными
вопросами, призванными помочь учащимся в проверке усвоения ими
материала учебника.
Предисловие гл. 3, 4, 6, 8, 12—15 написаны Г. А. Швецовым,
гл. 5, 10, 16 — Д. У. Алимовой, введение, гл. 1, 9, 11, 17,
18 — М. Д. Барышниковой, гл. 2 — Г. А. Швецовым и М. Д.
Барышниковой, гл. 7 — М. Д. Барышниковой и Д. У. Алимовой.
Авторы выражают глубокую благодарность доценту
кафедры полимерного машиностроения Московского института
химического машиностроения М. А. Шерышеву и преподавателю
Новосибирского химико-технологического техникума Г. Л.
Образцовой за ряд ценных замечаний, сделанных ими при
рецензировании книги.

ВВЕДЕНИЕ
Переработка пластмасс представляет собой совокупность
различных технологических процессов, с помощью которых
исходный полимер превращается в изделие с заданными
эксплуатационными свойствами.
По назначению методы переработки пластмасс разделяются
на подготовительные, основные и завершающие.
Методы предварительной подготовки используются для
улучшения технологических свойств перерабатываемого сырья, а
также для получения полуфабрикатов и заготовок (гранул,
таблеток, листов), применяемых в качестве исходных
материалов в основных методах переработки. К подготовительным
методам относятся смешение, вальцевание, таблетирование, сушка
и предварительный подогрев, гранулирование.
Смешение — один из важнейших методов приготовления
полимерных композиций, служащий для получения смеси из
основного полимера и различных компонентов и существенно
улучшающий свойства материала и изделий из него. При этом
полученная смесь должна быть однородной по физическим и
химическим свойствам и должна обладать равномерным
распределением компонентов по всему объему смеси.
Вальцевание — процесс механической и тепловой
обработки полимерных материалов с целью повышения их
пластичности и однородности или перевода их в состояние,
облегчающее дальнейшую переработку (подогрев, пластикация).
Таблетирование—процесс подготовки материала для
дальнейшей переработки методом прессования. При этом
получаются стабильные по массе прочные таблетки заданной
формы. Применение таблетированного сырья повышает точность
дозировки; сокращает потери сырья, время предварительного
подогрева и цикла прессования, улучшает условия труда.
Сушка и предварительный подогрев
материалов проводятся для повышения нх сыпучести и удаления из них
лишней влаги и летучих веществ. Использование высушенного
и предварительно подогретого полимерного сырья позволяет
получать изделия с высокими физико-механическими
показателями и хорошим качеством поверхности.
Гранулирование применяется д.-я получения из
расплава полимера гранулированного материала, наиболее
удобного для переработки. Гранулят — это сыпучий материал,
состоящий из однородных по размеру и форме частиц.
Использование гранул стабилизирует режим работы перерабатывающего
оборудования, облегчает дозировку сырья, повышает
производительность машин и качество готовых изделий; улучшает
условия труда. Гранулирование часто совмещают с процессами
пластикации, стабилизации, наполнения, окрашивания.
11

Основные методы переработки представляют собой процессы
получения из исходного полимерного материала готового
изделия заданной формы. Изготовление изделий осуществляется н
основном экструзией, литьем под давлением, пневмо- и вакуум-
формованием, прессованием, каландрованием. Особую группу
составляют методы получения изделий из стеклопластиков. При
выборе метода переработки исходят главным образом из
природы полимера (термопласт или реактопласт), так как этим
определяется его поведение в условиях переработки.
Экструзия — процесс форагования изделий продавлива-
нием полимера, находящегося в вязкотекучем состоянии через
формующий канал.
Литье под д а в л е н и е м — процесс формования
изделий путем нагрева материала до вязкотекучего состояния,
заполнения им формы (впрыска), выдержки под давлением и
отверждения.
Пневмо- и вакуумформование — процесс
переработки листовых и пленочных материалов путем
предварительного нагрева заготовки до высокоэластического состояния,
придания ей определенной формы с помощью сжатого воздуха или
вакуума и охлаждения. *
Прессование заключается р нагревании под давлением
находящегося в пресс-форме материала. Оформление и
отверждение изделия происходит в горячей форме.
Каландрование заключается в непрерывном продав-
ливании полимерного материала через зазор между двумя
вращающимися навстречу друг другу валками.
Завершающие методы придают готовым изделиям
определенный внешний вид, создают неразъемное соединение элементов
изделия. Важнейшими из этих методов являются механическая
обработка изделий, сварка, склеивание и нанесение покрытий.
Из перечисленных методов переработки пластмасс наиболее
высокопроизводительными являются литье под давлением, прес
сование при высоком и низком давлении, экструзия. Эти методы
связаны с изготовлением дорогостоящей оснастки (пресс-форм,
экструзионных головок) и целесообразны только для массового,
крупносерийного и среднесерийного производства. При
мелкосерийном производстве в зависимости от вида изделия и
материала применяют методы переработки, не требующие
значительных затрат на оснастку (механическая обработка, сварка,
склеивание, штампование, все виды формования).
Единичные изделия рекомендуется изготавливать
механической обработкой из заготовок (монолитные мелких и средних
размеров) или из листов сваркой, склеиванием и др.
Помимо основных применяются и некоторые
специализированные способы переработки: литье без давления, прокатка,
намотка, протягивание, ориентация, пропитка и др.
12

ГЛАВА 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРАХ
И ПЛАСТИЧЕСКИХ МАССАХ
1.1. ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И СТРУКТУРА ПОЛИМЕРОВ
Полимеры представляют собой высокомолекулярные
соединения, молекулы которых состоят из одинаковых многократно
повторяющихся структурных группировок (звеньев). В состав
молекул полимеров может входить от нескольких десятков до
нескольких десятков тысяч звеньев, соединенных между собой
химическими связями. Из-за большой молекулярной массы
молекулы полимеров называют макромолекулами. Звенья
макромолекул по своему составу и строению сходны с
низкомолекулярными соединениями, из которых они получены
(мономерами). Вещества, которые по молекулярной массе и свойствам
занимают промежуточное положение между полимерами и
мономерами, называются олигомерами.
По способу синтеза и происхождению все полимеры делятся
на природные и синтетические.
В структуре полимера обычно выделяют основную цепь и в
зависимости от ее состава различают карбоцепные, гетероцеп-
иые и элементоорганические полимеры. Полимеры, основная
цепь которых построена только из атомов углерода, называют
карбоцепными. Полимеры, в основную цепь которых, кроме
атомов углерода, входят и другие атомы (чаще всего атомы
кислорода, азота, серы), называют гетероцепными. Основные
непи элементоорганических полимеров содержат атомы
кремния, алюминия, титана и др.
Молекулы полимеров могут содержать звенья одинакового
или различного химического состава. Полимеры, построенные из
одинаковых звеньев, называются гомополимерами. Полимеры,
полученные из нескольких мономеров, содержат в цепи
неодинаковые звенья; такие соединения называются сополимерами.
По форме макромолекул полимеры делятся на линейные,
разветвленные и сетчатые (пространственные).
Линейные полимеры представляют собой длинные цепи,
поперечный размер которых соответствует поперечному размеру
молекул мономера, а длина цепи в сотни и тысячи раз
превышает этот размер.
Разветвленные полимеры представляют собой также длинные
цепи, но с боковыми ответвлениями. Число, длина и взаимное
расположение боковых ответвлений могут быть различными,
что оказывает существенное влияние на растворимость,
плавление, механические и другие свойства полимеров.
Разветвленные полимеры в зависимости от пространственного расположе-
13

ния боковых ответвлений (групп) делятся на стереорегуляр-
ные— с определенным порядком расположения звеньев и атак-
тические — с беспорядочным (случайным) расположением
звеньев.
Сетчатые полимеры построены из макромолекул, связанных
между собой поперечными химическими связями (мостиками),
образующими единую пространственную сетку. Сетчатые
полимеры могут образовываться при непосредственном
взаимодействии макромолекул друг с другом или при введении другого
вещества {сшивающего агента). Частота поперечных связей
может быть разной, поэтому различают редкосетчатыв и густо-
сетчатые полимеры. От частоты поперечных связей зависят
свойства сетчатых полимеров: с увеличением их числа
возрастает жесткость, повышается упругость и уменьшается способность
к деформированию. В конечном итоге полимер теряет
способность растворяться в растворителях и плавиться при
нагревании.
Свойства полимеров зависят не только от их химического
состава и строения, но и от взаимного расположения
макромолекул, т. е. от надмолекулярной (физической) структуры
вещества.
Макромолекулы способны свертываться в клубки —
глобулы, каждая из которых состоит из одной макромолекулы, или
ориентироваться более или менее параллельно друг другу,
образуя первичные простейшие структуры, являющиеся в свою
очередь элементами более сложных надмолекулярных структур.
Известны также пластинчатые структуры, фибриллярные и
сферические. Пластинчатые структуры представляют собой
многослойную систему из плоских очень тонких пластин.
Вследствие малой толщины макромолекулы в каждой пластине
многократно сложены. Фибриллы, состоящие из выпрямленных
цепей, имеют форму ленты или нити. Сферолиты — более
сложные структуры, построенные из фибриллярных или
пластинчатых структур, растущих радиально из одного центра.
В зависимости от степени упорядоченности расположения
макромолекул различают аморфное и кристаллическое
состояние полимеров. Существенное отличие кристаллического
состояния от аморфного заключается в наличии в кристаллическом
полимере строго определенного пространственного
(ориентированного) расположения одновременно и цепей, и звеньев
макромолекул. Аморфные и кристаллические полимеры значительно
различаются по своим свойствам.

1.2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
Наиболее распространенными методами получения
синтетических полимеров являются полимеризация и поликонденсация.
1.2.1. Полимеризация
Полимеризация — химическая реакция образования полимера
за счет соединения молекул мономера в результате раскрытия
ненасыщенных связей, не сопровождающаяся выделением
побочных продуктов. При полимеризации звенья образующегося
полимера не отличаются по составу от исходных мономеров.
В общем виде реакция полимеризации может быть
представлена уравнением
лМ —*¦ (—М—) „
мономер полимер
Если в реакцию вступают одинаковые молекулы мономеров,,
то она называется гомополимеризацией. Примером гомополиме-
рнзации может служить реакция образования полиэтилена:
лСН2=СН21—v (—СН2—СН2—)„
Реакция взаимодействия различных мономеров называется
сополимеризацией. Примером сополимеризации может служить,
реакция образования сополимера этилена с пропиленом
i—w (_CH2-CH2-),,-(-CH2—СН-),„.
сн;,
По механизму процесса полимеризация делится на цепную-.
и ступенчатую.
Основной особенностью цепной полимеризации является
образование активных частиц, которые начинают полимерную
цепь. Первичными активными частицами (активными центрами)
могут быть свободные радикалы или ионы. Поэтому в
зависимости от характера активных центров, начинающих цепной
процесс, различают радикальную и ионную полимеризацию.
В реакции цепной полимеризации могут вступать мономеры,
содержащие в молекуле одну или несколько двойных связей
(например, этилен, пропилен, стирол, винилхлорид, бутадиен).
Процесс полимеризации протекает с огромной скоростью.
Молекулярная масса, или конечная степень полимеризации, дости-
15

гается почти мгновенно и длина образующихся макромолекул
обычно очень велика. Образующиеся в процессе полимеризации
промежуточные продукты нестабильны.
Реакция цепной полимеризации состоит из трех
элементарных стадий: образования активного центра (активации), роста
цепи и обрыва цепи. Схематически процесс можно представить
следующим образом:
I -+2R.
R.+M —*- R—М- активация или инициирование
R—М-+лМ—*¦ R—(М)„—М« рост цепи
R— (М)„—M-+R'. —* R— (М)„+|—R' обрыв цепи
Чем больше скорость роста цепи и меньше скорость ее
обрыва, тем выше молекулярная масса образующегося полимера.
Возникновение свободных радикалов всегда связано с
затратой значительного количества энергии. Эта энергия может
сообщаться молекуле под влиянием тепла, света, радиации,
химических веществ (инициаторов). В зависимости от способа
образования радикалов, начинающих реакционную цепь,
различают термическую, фотохимическую, радиационную и
химически инициированную полимеризацию.
Ионная полимеризация протекает в присутствии
катализаторов, которые в отличие от инициаторов не расходуются в
процессе полимеризации и не входят в состав полимера. Поэтому
ионную полимеризацию называют также каталитической.
При ионной полимеризации активным центром является ион.
В зависимости от заряда образующихся ионов различают кати-
онную и анионную полимеризацию.
При катионной полимеризации активным центром является
нон, содержащий положительно заряженный трехвалентный
углерод (карбкатион): К—(М)«—М+. При анионной
полимеризации активным центром является ион, содержащий отрицательно
заряженный трехвалентный углерод (карбанион): А—(М)„—
—Mr.
Скорость ионной полимеризации обычно больше, чем
радикальной и получаемые полимеры имеют более высокую
молекулярную массу.
Разновидностью ионной полимеризации является
координационно-ионная полимеризация, протекающая путем координации
мономера на поверхности твердого металлорганического
катализатора. Поверхность катализатора в этом случае играет роль
матрицы, которая задает определенный порядок вхождения
мономера в растущую цепь с упорядоченным пространственным
расположением мономерных звеньев, что способствует получе-
16

нию полимеров со стереорегулярнои структурой, а
следовательно, с лучшими эксплуатационными свойствами.
Ступенчатая полимеризация протекает путем миграции
атома водорода от одной молекулы мономера к другой. При этом
происходит постепенное последовательное присоединение
молекул друг к другу. По ходу полимеризации образуются
устойчивые промежуточные продукты, которые можно выделить в
свободном виде (димер, тример, тетрамер и т. д.).
В промышленности получение полимера проводят
различными способами: полимеризацией в массе (в блоке), эмульсии,
суспензии, растворе, твердой фазе и в газовой среде.
Полимеризация в массе (блочная полимеризация) протекает
в массе мономера в отсутствие растворителя или разбавителя.
Полимеризацию проводят при нагревании в присутствии
инициаторов. В результате происходит быстрое нарастание
вязкости реакционной массы. Недостатком этого способа
полимеризации является получение в ряде случаев неоднородного по
молекулярной массе материала из-за местных перегревов
вследствие плохого отвода тепла, выделяющегося при реакции.
Для устранения этого недостатка процесс проводят с малой
скоростью. В настоящее время разработаны процессы блочной
полимеризации с неполной конверсией мономера (например, в
производстве блочного полистирола).
Блочной полимеризацией обычно получают органические
стекла, полистирольные пластики, поливинилхлорид и др.
Полученные полимеры отличаются чистотой, высокой
прозрачностью, имеют хорошие диэлектрические и оптические
свойства, что дает возможность применять их в электротехнике ,и
оптике.
Эмульсионная полимеризация проводится в жидкости, в
которой практически не растворяется ни мономер, ни полимер
(обычно в воде). Мономер предварительно диспергируют в воде
в виде мельчайших капелек диаметром в несколько сотых
микрона.
Для повышения устойчивости эмульсии в систему вводят
эмульгаторы, которые, обволакивая капли мономера, препятст
вуют слипанию частиц. В качестве эмульгаторов используют
мыла (олеаты, пальмитаты и другие), которые состоят из
углеводородных цепей и полярных групп.
При проведении эмульсионной полимеризации в присутствии
водорастворимого инициатора (пероксид водорода,
персульфаты) эмульсия мономера превращается в мельчайшие частицы
полимера, не выпадающие в осадок — латекс. Поэтому часто
эмульсионная полимеризация называется латексной.
Процесс эмульсионной полимеризации протекает с большой
скоростью и при умеренных температурах, что позволяет
получать более однородные полимеры с высокой молекулярной мае-
-81 ]?

'сой. Однако при этом способе проведения полимеризации
происходит загрязнение полимера остатками эмульгатора, что
ухудшает некоторые его свойства.
Эмульсионной полимеризацией получают полистирол, поли-
винилхлорид и другие полимеры.
Суспензионная полимеризация отличается от эмульсионной
тем, что при ее проведении образуется более грубая эмульсия
мономера в воде @,1—5 мм). Необходимая степень
диспергирования и устойчивость эмульсии достигаются в результате
применения эмульгаторов типа поливинилового спирта, поли-
акрилатов и других. Используемые при этом инициаторы не
растворяются в воде.
Инициатор растворяется в мономере и полимеризация
протекает внутри отдельной капли мономера, что приближает
суспензионную полимеризацию к блочной. Образующиеся крупные
частицы полимера выпадают в осадок в виде гранул — бисера.
Такую полимеризацию иногда называют бисерной (или
гранульной).
Суспензионной полимеризацией получают сополимеры
стирола, полиакрилаты и др.
Полимеры, полученные в суспензии, менее загрязнены
различными примесями, имеют высокие диэлектрические
характеристики, более оптически прозрачны, чем полимеры,
получаемые эмульсионной полимеризацией.
Полимеризация в растворе проводится в среде
растворителя двумя способами. По первому—растворитель растворяет и
мономер, и полимер (лаковый способ), а по
второму—растворитель растворяет только мономер, а образующийся полимер
осаждается по мере его образования.
При лаковом способе получается лак полимера, а для
получения полимера в твердом виде растворитель отгоняют. При
втором варианте полимер отделяют от жидкости
фильтрованием, центрифугированием, отгонкой.
Полимеризацией в растворе получают поливипилацетат,
полиэтилен и другие полимеры.
При газофазной полимеризации используются газообразные
мономеры (например, этилен). Процесс проводится в
присутствии газообразных инициаторов (кислород, пероксиды) или
под действием ионизирующего излучения при высоком давлении.
При твердофазной полимеризации мономеры охлаждаются
ниже температуры их плавления и полимеризуются под
действием ионизирующего излучения. Образующиеся полимеры имеют
более регулярную структуру и более высокую молекулярную
мас-.'у.
Полимеризацией в твердой фазе получены полимеры
акриловой и мет акриловой кислот, формальдегида и других
мономеров.
18

1.2.2. Поликонденсация
Поликонденсация, так же как и полимеризация, является
широко распространенным методом синтеза полимеров.
Поликонденсация — химическая реакция образования
полимера за счет взаимодействия функциональных групп мономеров,
сопровождающаяся выделением побочного продукта (воды,
хлористого водорода, аммиака и др.).
В общем виде реакция поликонденсации может быть
представлена уравнением
па—М—b —к (—М—)„+(п— l)ab
мономер с полимер побочный
функциональными продукт
группами а и b
Процесс протекает ступенчато путем последовательного
присоединения молекул мономера с образованием устойчивых
промежуточных продуктов — димеров, тримеров и т. д., которые
могут быть выделены в свободном виде.
Поликонденсация, в которой участвуют одинаковые
молекулы мономера с двумя различными функциональными группами,
называется гомополиконденсацией.
Примером такого процесса является реакция получения
полиамидов:
пПН2—R—COOH —» (—NH—R—СО—)„+ (п— 1)Н2О
Поликонденсация, в которой участвуют различные молекулы
мономеров, называется гетерополиконденсацией. Примером
может служить реакция получения сложных полиэфиров:
л НО—R—ОН + яНООС—R'—СООН —*
—*- (—О—R—ООС—R'—СО—)п+Bл—1)Н2О
Реакция поликонденсации является обратимой. Ее
направление, строение образующегося полимера, молекулярная масса
зависят от многих факторов: природы мономеров, числа
функциональных групп, соотношения исходных компонентов, типа
катализатора, скорости удаления образующегося
низкомолекулярного продукта реакции и др.
В промышленности поликонденсацию проводят в расплаве,
в растворе, на границе раздела двух фаз (межфазная
поликонденсация), в газовой и твердой фазах.
Выбор способа определяется особенностями процесса,
свойствами мономеров и полимеров. Наибольшее распространение
получила поликонденсация в расплаве и растворе.
Поликонденсация в расплаве проводится при высоких
температурах B00—300°С), т. е. при температурах, превышающих
2* 19

температуры плавления образующегося полимера. Реакцию
начинают в атмосфере инертного газа, а заканчивают под
вакуумом для более полного удаления побочных продуктов из сферы
реакции.
Достоинством данного способа является получение
полимеров высокого качества, а также сравнительная простота
технологической схемы, состоящей из стадий поликонденсации,
охлаждения и измельчения полимера. Поликонденсацией в
расплаве получают полиэфиры, полиамиды, полиуретаны и
другие полимеры.
Поликонденсация в растворе проводится в растворителе при
относительно низких температурах B0—50СС), что
обеспечивает более мягкие условиях процесса, исключающие местные
перегревы, и сравнительно простое аппаратурное оформление.
Недостатком процесса является его многостадийность.
Поликонденсацию в растворе применяют при получении
высокоплавких полимеров, например при поликонденсации хлорангид-
ридов карбоновых кислот с аминами, спиртами (фенолами),
а также фенолоформальдегидных олигомеров.
Межфазная поликонденсация протекает на границе раздела
двух несмешивающихся фаз. При этом исходные мономеры
растворяют раздельно в двух несмешивающихся жидкостях.
Обычно одной из них является вода, другой — несмешивающий-
ся с водой растворитель, инертный к мономерам.
Достоинствами процесса являются большие скорости при
низких температурах и атмосферном давлении и возможность
получения высокоплавких полимеров. Однако применение этого
способа ограничивается необходимостью использования
мономеров с высокой реакционной способностью, а также большие
объемы растворов исходных реагентов вследствие применения
довольно разбавленных растворов. Межфазной
поликонденсацией получают полиамиды, поликарбонаты и другие полимеры.
При твердофазной поликонденсации первая стадия
протекает в растворе или в расплаве. Образовавшийся олигомер или
полимер подвергается термической обработке, которая
протекает в твердой фазе. При этом полимер приобретает трехмерную
сетчатую структуру. Твердофазной поликонденсацией получают
фенолоальдегидные олигомеры; глифталевые полимеры и
другие.
При газофазной поликонденсации один из мономеров
находится в газообразном виде, а другой обычно растворен в
жидкой фазе. Этим способом могут быть получены полиамиды из
газообразных дихлорангидридов и водных растворов диаминов.
Использование газофазной поликондеисации целесообразно в
том случае, когда мономеры легко гидролизуются.

1.3. СОСТАВ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
Пластические массы, или пластмассы, представляют собой
многокомпонентные системы, основой которых является
полимер или смесь полимеров*. Полимер связывает в единое целое
другие компоненты системы и придает материалу определенные
свойства. Таким образом, полимерное вещество является
связующим. Кроме полимера в состав пластмасс входят
наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители,
смазывающие вещества, отвердители и другие. Введение этих добавок
способствует улучшению эксплуатационных свойств, а также
облегчает перерабатываемость полимерных материалов в
изделия. В настоящее время добавки вводятся практически во
все полимеры. К ним предъявляются определенные требования:
они должны хорошо диспергироваться в полимере с
образованием достаточно однородных композиций, иметь стабильные
свойства при .хранении, переработке и эксплуатации
пластмассы, быть нетоксичными, иметь достаточно низкую стоимость,
Таким образом, пластмассы представляют собой сложные
композиции различных веществ, важнейшим из которых
является полимер.
В зависимости от поведения при повышенных температурах
полимеры делятся на термопластичные (термопласты) и
термореактивные (реактопласты). Термопласты способны к
многократному нагреванию и охлаждению без каких-либо химических
изменений. Реактопласты при нагревании образуют сетчатые
структуры и в результате теряют способность плавиться и
растворяться.
1.3.1. Наполнители
Наполнители вводят для улучшения механических свойств
пластмасс, уменьшения усадки во время отверждения
полимера, повышения стойкости к действию различных сред, а также
для снижения стоимости полимерных материалов. В качестве
наполнителей могут использоваться практически любые
материалы, в том числе и сами полимеры, если придать им
определенную форму и размеры. Содержание наполнителя в
пластмассах может изменяться в широких пределах. В зависимости от
характера взаимодействия с полимером наполнители условно
делятся на инертные и активные. Инертные наполнители
практически не изменяют свойства полимера, но являясь более
доступными и дешевыми, снижают стоимость пластмассы.
Активные наполнители существенно улучшают эксплуатационные
* В промышленности наряду с названием «полимеры» часто пользуются
устаревшим термином «смолы».
21

свойства полимерных материалов. Активные волокнистые
наполнители называют также армирующими.
Наполнители могут находиться в твердом, жидком или
газообразном состоянии. Они должны относительно равномерно
распределяться в объеме образующейся композиции и иметь четко
выраженную границу раздела с непрерывной полимерной фазой
(матрицей). Кроме того к наполнителям предъявляются
следующие требования:
способность смешиваться с полимером с образованием
системы заданной степени однородности;
способность смачиваться раствором или расплавом
полимера;
стабильность свойств в процессах переработки, при
хранении и эксплуатации пластмасс;
доступность и низкая стоимость;
возможно более низкая абразивность.
Различный характер процессов, протекающих при получении
изделий из термо- и реактопластов обусловливает некоторые
различия и в требованиях к наполнителям для этих
материалов.
Наполнители для реактопластов могут быть более грубодис-
персными и менее однородными по размеру частиц, чем
наполнители для термопластов. Это связано с тем, что реактопласты
перерабатываются в виде расплавов или растворов с
относительно невысокой вязкостью, и следовательно, хорошо пропитывают
наполнитель. Наполнители не должны оказывать
каталитического действия на отверждение полимера и желательно, чтобы они
содержали функциональные группы, способные участвовать в
образовании химических связей полимер — наполнитель.
Наполнители для термопластов должны иметь шероховатую
поверхность, так как это обеспечивает прочное механическое
сцепление наполнителя с поверхностью полимера. В некоторых
случаях наполнители для термопластов должны обладать
минимальной пористостью, чтобы не поглощать содержащиеся в
пластмассе другие добавки.
Все наполнители по физическому состоянию можно
разделить на порошкообразные, волокнистые, зернистые и
листовые. По своей природе наполнители делятся на органические и
неорганические.
Порошкообразные (дисперсные) наполнители должны иметь
развитую удельную поверхность, т. е. наименьший размер
частиц. Введение тонкодисперсных наполнителей связано с
некоторыми технологическими трудностями, так как возможно за-
густевание композиции и снижение текучести материала. При
выборе оптимальных размеров частиц, особенно для
реактопластов, необходимо учитывать склонность частиц к агломерации
и седиментации, повышению плотности наполненных пластмасс
22

и снижению вязкости полимера. Поэтому, как правило, размер
частиц, не превышает 40 мкм и чаще всего составляет 1 —15 мкм.
Для улучшения технологических свойств высоконаполненных
композиций в отдельных случаях применяют наполнители с
размером частиц до 200—300 мкм.
Из органических наполнителей наибольшее распространение
получила древесная мука, содержащая в основном целлюлозу
и лигнин. Она имеет низкую стоимость и широко используется в
производстве реактопластов. Недостатками древесной муки
являются ее невысокие тепло-, влаго- и химическая стойкость.
Для повышения тепло- и химической стойкости используют
технический углерод (сажу), измельченный кокс и графит.
Из неорганических наполнителей используются мел, каолин,
тальк, слюда. Мел с размером частиц 5—20 мкм является
одним из важнейших наполнителей для полиэтилена и поливи-
нилхлорида. Каолин с размером частиц около 2 мкм
используют для наполнения полиэтилена и поливинилхлорида и других
пластмасс. Тальк с размером частиц 3—5 мкм и слюду
применяют в качестве наполнителя термо- и реактопластов с целью
улучшения их электроизоляционных свойств. Дешевые
природные диоксиды кремния (песок, кварц) и силикаты (асбест,
нефелин и другие) применяют для наполнения полиолефинов,
поливинилхлорида, полиамидов, полиуретанов, эпоксидных,
фенольных олигомеров и других. Фториды и сульфаты бария,
кальция повышают тепло- и химическую стойкость полимеров.
Порошки металлов и стружка (опилки) железа, меди,
алюминия, свинца и т. д. резко повышают тепло- и
электропроводность пластмасс. Кроме того они придают им стойкость к
действию электромагнитного и проникающего излучений. Такие
пластмассы могут применяться для изготовления различного
инструмента и оснастки, заделки дефектов в металлическом
литье и т. д.
Волокнистые наполнители применяются в виде непрерывного
и рубленого волокна (штапельное) длиной от нескольких
десятков миллимикронов (коротковолокнистые) до нескольких
десятков миллиметров (длинноволокнистые).
Пластмассы, наполненные (армированные) волокнистыми
наполнителями, позволяют значительно улучшить
физико-механические свойства, тепло-, износо- и химическую стойкость
и другие показатели пластмасс. При использовании волокон в
виде непрерывных нитей получают изделия с исключительно
высокими прочностными характеристиками.
Волокна могут проявлять свойства как обычных дисперсных,
так и армирующих наполнителей. Это зависит от размера
волокон, соотношения механических показателей полимера и
наполнителя и характера взаимодействия на поверхности раздела
полимерная матрица — волокно.
23

Для эффективного армирования термопластов длина
волокна должна быть не менее 200 мкм, при наполнении реактопластов
она может варьироваться.
Из органических волокнистых наполнителей наиболее
широкое распространение получил хлопок (коротковолокнистый
ли-нт, очесы — отходы текстильного производства). Хлопок
легко окрашивается, обладает хорошими физико-химическими и
электроизоляционными свойствами. Существенным
достоинством хлопка является его низкая стоимость и доступность.
К его недостаткам относятся значительное водопоглощение
и низкая химическая стойкость. Хлопок используют в
производстве реактопластов.
В последние годы все большее применение находят
синтетические волокна (полиамидные, полиэфирные, полиакрилони-
трильные). Пластмассы, наполненные этими волокнами,
характеризуются высокой коррозионной и химической стойкостью,
малым коэффициентом трения и высокой износостойкостью.
Недостаток этих наполнителей — невысокая теплостойкость и
ограниченный выбор полимеров для наполнения, так как многие
из них могут влиять на структуру и механические свойства
волокна. Для повышения теплостойкости можно использовать
углеродные (графитизированные) нити, которые выдерживают
температуру выше 2000°С. Их получают нагреванием
полимерных волокон в среде инертного газа до тех пор, пока в
результате отщепления атомных группировок от основных цепей не
образуются волокна, состоящие из графита. Такие волокна
обладают высокими гибкостью и прочностью при низкой
плотности, что позволяет получать при их использовании прочные
и нехрупкие полимерные материалы.
Из неорганических волокон важнейшее значение имеют
асбестовое и стеклянное.
Применяются две модификации асбестового волокна: змееви-
ковая (хризотил) и рогообманковая (крокидолит). Хризотил
имеет длинноволокнистую структуру и характеризуется
повышенной прочностью. Крокидолит — значительно короче, но
имеет повышенную кислотостойкость.
Применение асбестовых волокон в качестве наполнителя для
термо- и реактопластов способствует повышению тепло-, огне-,
атмосферо- и химической стойкости пластмасс.
Стеклянные волокна резко улучшают диэлектрические
свойства, тепло-, нзиосо- и химическую стойкость пластмасс, многие
физико-химические показатели, понижают коэффициент трения.
Недостаток стекловолокна — низкая адгезия к некоторым
полимерам.
Термопласты обычно содержат 15—40%, а реактопласты
30—80% волокнистых наполнителей от массы полимерного
материала.
24

Зернистые наполнители относятся к новым видам
наполнителей и представляют собой полые сферы, чешуйки и гранулы
различной формы из стекла, углерода, полимеров. Размеры
частиц колеблются от 2 до 500 мкм, а размер гранул достигает
нескольких миллиметров. Такие наполнители придают
пластмассам коррозионную стойкость и благодаря наличию граней
изменяют их оптические свойства, регулируют коэффициент
трения (устраняют проскальзывание). В случае использования
полых сфер уменьшается плотность, улучшаются
теплоизоляционные свойства композиций.
Листовые наполнители используются в виде бумаги, шпона,
тканых и нетканых материалов (тканей, холстов, сеток, пленок,
матов и др.), пористой или волокнистой структуры. Они служат
основой для получения слоистых пластиков.
Полимерные материалы с такими наполнителями обладают
значительной анизотропией свойств, повышенными
физико-механическими характеристиками, химической стойкостью,
высокими электроизоляционными показателями. Они применяются
как конструкционные, электроизоляционные и поделочные
материалы.
Листовые наполнители используют, главным образом, для
наполнения термореактивных полимеров.
Влияние наполнителей на свойства пластмасс весьма велико
(табл. 1.1).
Из других типов наполнителей используют также
газообразные и жидкие.
В качестве газообразных наполнителей используют
различные газы (азот, водород, аммиак, диоксид углерода и др.),
низкокипящие углеводороды (пентан, изопентан и др.), а также
твердые вещества органического и неорганического
происхождения (карбонаты аммония, натрия, порофоры и др.), которые
вспенивают полимерные материалы.
Пористая структура может создаваться и при протекании
физических процессов, приводящих к возникновению в массе
полимера парогазовой фазы, или химических процессов,
сопровождающихся выделением газообразных продуктов.
Содержание порообразователей в композиции составляет обычно 1 —
10% от массы полимера.
Газонаполненные пластмассы (пенопласты)
характеризуются малой плотностью, хорошими тепло- и звукоизоляционными
свойствами.
В качестве жидких наполнителей применяют воду и
минеральные масла.
Воду используют при получении жестких материалов на
основе полиэфирных смол; минеральные масла — для сохранения
слоя смазки на поверхности трения. Пластмассы с жидким на-

Таблица 1.1. Влияние некоторых
наполнителей не
(Р — реактопласт. Т — термопласт)
Наполнитель
Древесная мука
Целлюлоза
(хлопковое волокно)
Полиакрилони-
трильное волокно
Полиамидное
волокно
Графит
Технический
углерод (газовый)
Асбест
Каолин
Слюда
Стеклянное волок-
ио
Тальк
СП
Н
С
р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
Т, Р
свойства
пластмасс
Свойства, придаваемые материалу ( + )
Л
s - *
о 1- S
ess
"Г
+
+
-(-
4-
-f-
I
4-
+
и
+
-)¦-
-f-
~т
-f-
-f-
+
о
воде
кост
1
-f-
+
-f-
4-
111
-|-
-р
4-
-(-
удар
ВЯЗК'
+
-)-
-f-
и
-f-
-j-
-j-
-f-
-j-
-)-
-)-
-f-
4-
+
СТЬ
s
твер.
-J-
+
-f-
-)-
_|_
-f-
+
+
g
3 о
+
-)-
-f-
-j-
-}-
+
6 л
о. (-
С <J
о о
si
-f-
-j-
—- iJ2 rj
¦&= u
= =42
(- О О
15 55
-f-
+
-f-
+
С У
III
-4
—
4-
1
-j-
4_
+
полнителем получают отверждением стабильных эмульсий, в
которых наполнитель является дисперсной фазой, а полимер —
дисперсионной средой.
1.3.2. Пластификаторы
Пластификаторы вводят в пластмассы для повышения
пластичности материала при его переработке и эластичности при
эксплуатации. Для проведения пластификации необходимо, чтобы
пластификатор термодинамически совмещался с полимером,
т. е. чтобы образовывался истинный раствор пластификатора
в полимере.
Совместимость зависит от природы как полимера, так и
пластификатора. Количество добавляемого пластификатора
ограничивается взаимной растворимостью этих веществ.
На практике широко применяют хорошо совместимые и
ограниченно совместимые с полимером пластификаторы или их
смеси. При неограниченной растворимости образуется
термодинамически устойчивая система. Если же количество введенного
пластификатора превышает концентрацию, соответствующую
равновесному пределу его совместимости с полимером, то
избыток пластификатора может выделиться из системы при пере-
26

работке, хранении или эксплуатации материала («выпотева-
ние»).
Если же растворимость мала или пластификатор не
совмещается с полимером, то образуется коллоидная система,
способная разрушаться. В табл. 1.2 приводятся данные о
совместимости некоторых пластификаторов с полимерами.
Пластификацию можно проводить различными способами,
от чего зависят свойства системы полимер—пластификатор:
растворением полимера в растворе пластификатора
(производство полимерных пленок, изготовление искусственной кожи
и лакокрасочных материалов);
сорбцией пластификатора полимером из эмульсий или
растворов пластификатора (пластификация поливинилхлорида,
полиамидов, производных целлюлозы и др.);
добавлением пластификатора к мономерам перед их
полимеризацией или поликонденсацией (пластификация фенолоформ-
альдегидных, карбамидоформальдегидных олигомеров,
полиэфиров, полиметилметакрилата и др.);
введением пластификатора в эмульсию полимера перед его
переработкой (пластификация ПВХ и др.);
непосредственной переработкой полимера с
пластификатором (производство пластизолей, изделий из нитрата
целлюлозы и др.).
Пластификаторы облегчают диспергирование в полимерах
сыпучих добавок, снижают температуру переработки
полимерных материалов. Некоторые пластификаторы придают
полимерам такие ценные свойства, как негорючесть, термо- и
светостойкость.
В качестве пластификаторов наиболее часто используют
сложные эфиры различных кислот и низкомолекулярные
полиэфиры.
В табл. 1.3 приведены некоторые наиболее широко
используемые в промышленности пластификаторы.
Таблица 1.2. Совместимость некоторых пластификаторов с полимерами
(в масс. ч. на 100 масс. ч. полимера)
Пластификатор
Дибутилфталат
Ди B-этилгексил) адипинат
Трифенилфосфат
Трикрезилфосфат
Эпоксидированное соевое
масло
Полн-
винил-
хлорнд
100
100
20
100
100

Полистирол
100
100
20
15
—

Полиамид
25
25
10
25
—


ксидные
олиго-
меры
25
1
10
25
—


уретаны
25
15
10
25
—

Полиэфиры
20
1
10
20
—
Алкиц-
ные
полимеры
70
50
50
70
—
27

Таблица 1.3. Свойства некоторых пластификаторов
для полимерных материалов
Пластификатор
Диметилфталат
Дибутилфталат
Диоктилфталат
Ди B-этилгексил) адипи-
нат
Дибутилсебацинат
Трифеиилфосфат
Трикрезилфосфат
Эпоксидированное соевое
масло

Молекулярная масса
194
278
390
370
314
326
368
—
ткт. °с
282
315
—
214
344
407
425
—
0
—40
—70
—70
— 12
43
—60
—
Плшность
при 20 °С.
кг/ч'
1190
1045
982
927
934
1208
990
995
Применяемые пластификаторы должны отвечать
определенным требованиям:
совмещаться с полимерами;
быть нелетучими (или малолетучими);
не иметь запаха;
проявлять пластифицирующее действие;
обладать химической стойкостью;
не экстрагироваться из полимера моющими средствами,
растворителями, маслами;
быть нетоксичными;
быть доступными и иметь низкую стоимость.
1.3.3. Стабилизаторы
В процессе переработки полимеров и эксплуатации изделий
происходит ухудшение их физико-механических свойств, т. е.
протекает процесс старения.
Старение обусловлено воздействием на полимер
многочисленных факторов (тепла,"света, кислорода воздуха, влаги,
агрессивных химических агентов, механических нагрузок и т. д.),
которые создают условия для инициирования и развития
нежелательных химических реакций. По типу основного агента,
вызывающего разрушение (деструкцию) полимеров различают
следующие виды старения: тепловое, термоокислительное,
световое, озонное (атмосферное), радиационное, утомление (под
действием механических нагрузок).
Обычно при старении наряду с деструкцией, которая
протекает по цепному механизму, происходит структурирование —
поперечное сшивание цепей макромолекул. Такое изменение
структуры приводит к ухудшению эксплуатационных свойств:
снижается механическая прочность, теряется эластичность,
повышается жесткость и хрупкость.
28

Старение полимеров вызывается их окислением кислородом
воздуха под влиянием световой, тепловой или иного вида
энергии. Особенно быстро окисление протекает при повышенных
температурах (например, при переработке термопластов).
Скорость окисления увеличивается в присутствии примесей
металлов переменной валентности, которые могут присутствовать в
полимере из-за коррозии аппаратуры или неполного удаления
катализатора при синтезе полимера.
Для защиты полимеров от старения применяют специальные
вещества — стабилизаторы (противостарители). Стабилизаторы
подразделяются на следующие группы:
антиоксиданты — соединения, предотвращающие
термическую и термоокислительную деструкцию;
антиозонанты — вещества, предотвращающие озонное
старение;
светостабилизаторы — вещества, предотвращающие
фотоокислительную деструкцию;
антирады — вещества, предотвращающие радиационную
деструкцию.
Стабилизаторы обычно вводят в полимер на стадии
переработки в небольших количествах (до 5%).
Стабилизаторы, подавляющие развитие реакций деструкции,
называются также ингибиторами. Ингибиторы способны
распадаться на радикалы и обрывать цепную реакцию.
Антиоксиданты по механизму действия делятся на две
группы: блокирующие стабилизаторы — вещества (ингибиторы),
которые реагируют со свободными полимерными радикалами на
стадии их образования (к ним относятся ароматические амины
и фенолы с разветвленными алкильными заместителями) и
превентивные антиоксиданты—вещества, способные вызывать
разложение образующихся в полимере первичных продуктов
окисления — гидропероксидов (к ним относятся сульфиды,
меркаптаны, тиофосфаты и др.).
Эффективную защиту от термоокислительного старения
обеспечивает применение двух антиоксидантов, действующих по
разным механизмам. Взаимное усиление действия двух и более
стабилизаторов называется синергическим эффектом. Синерги-
ческим действием обладает, например, смесь дилаурилтиоди-
пропионата (первичное действие) и ионола (вторичное
действие), применяемая для стабилизации полиолефинов.
Многие антиоксиданты проявляют активность при
повышенных температурах, например оксиды и соли металлов
переменной валентности, которые способны поглощать кислород и тем
самым ослаблять термоокислительную деструкцию.
Светостабилизаторы применяют для защиты полимеров от
светового старения. Их действие основано на поглощении
солнечного света. Светостабилизаторы называют также УФ-абсор-
29

берами или экранирующими стабилизаторами. Защитное
действие УФ-абсорберов (УФА) заключается в том, что вся
поглощенная ими энергия расходуется на перестройку их молекул.
Антирады способствуют повышению стойкости полимеров к
действию ионизирующих излучений. К ним относятся
различные ароматические углеводороды (антрацен, нафталин и т. д.),
амины, фенолы с алкильными заместителями и другие.
Антирады действуют как «энергетические губки»: они
принимают на себя энергию, поглощенную полимером, и
рассеивают ее в виде тепла или флуоресценции, не претерпевая при этом
существенных изменений.
При выборе стабилизаторов необходимо учитывать
возможность взаимного влияния различных компонентов. Например,
некоторые эффективные светостабилизаторы (титановые-
белила, сульфид цинка, технический углерод, производные
резорцина и др.) обладают также красящей способностью, а некоторые
наполнители подавляют окисление полимеров.
Многие пластификаторы могут взаимодействовать со
стабилизатором и ограничивать его действие. Ряд стабилизаторов
вызывает изменение цвета белых и светлоокрашенных
полимерных материалов при их эксплуатации в условиях светового
воздействия (например, производные вторичных ароматических
аминов и л-фенилендиамин). Многие стабилизаторы способны
совмещаться с полимерами. При выборе стабилизаторов
следует принимать во внимание их доступность, стоимость и
токсичность.
Из крупнотоннажных полимеров наиболее склонен к
старению поливинилхлорид, который способен выделять при
разложении хлористый водород. Для его защиты в момент
переработки применяют смесь стабилизаторов: стеараты кальция,
свинца — для поглощения хлористого водорода; бензофеноны —
для световой защиты от УФ-лучей; фосфиты — для разложения
полимерных гидропероксидов при термоокислении.
В настоящее время разработан целый ряд стабилизаторов,
применяемых в промышленности для таких полимеров как по-
лиолефины, поливинилхлорид, полистирол, полиформальдегид,
полиамиды, поликарбонаты (табл. 1.4).
1.3.4. Смазывающие вещества
Смазывающие вещества (смазки) являются важной составной
частью композиции и применяются для снижения липкости и
предотвращения прилипания полимеров к рабочим
поверхностям оборудования. Смазывающие вещества вводятся в
небольших количествах (до 1% от массы полимера). В качестве
смазок используют парафины, воски, жирные кислоты (олеиновая,
стеариновая), их соли (стеараты кальция, цинка и др.).
30

Таблица 1.4. Некоторые стабилизаторы для полимерных материалов
Назоаиле
Алкофеи БП (иоиол)
Беназол П (тииувин П)
Диафен ФФ (ДФФД)
Карбамат БНИ
Неозон Д
Химическое соединение
2,6-Ди-трег-бутил-4-ме-
тилфенол
2 B'-Гидрокси-5'-метил-
фенил)бензотриазол
14,№-дифенил-л-феннлен-
диамин
Дибутнлдитиокарбамат
никеля
N-Фенил-Р-нафтиламин
Формула
ОН
(СН3KС.
У
т
СН3
он
Q-NH-Q-NH-Q
N-C-S
с4н/ |
1 Х
¦у^Ч,—NH—/¦
Ni
2
На значение
Антиоксидант
Светостабнлизатор,
антиоксидант
Антиоксидант, антиозо-
нант
Тсрмостабилиэатор.
антиоксидант, свстостаби-
лизатор
Антиоксидант

Смазывающее действие этих веществ основано на их
миграции к поверхности полимера. Они облегчают также
диспергирование сыпучих добавок в полимере и способствуют повышению
озоностойкости полимерных материалов. Кроме того,
смазывающие вещества оказывают, по-видимому, внутреннее действие,
уменьшая трение между частицами материала, вследствие чего
повышается пластичность и текучесть композиций, т. е.
улучшаются их технологические свойства.
Положительный эффект от введения внутренней смазки
возрастает по мере увеличения ее полярности и растворимости в
полимере.
Для снижения адгезии материала к металлам применяют
наружные смазки, которые улучшают «загрузочные свойства»
и действуют в качестве смазки для оснастки (литьевых и пресс-
форм). Для этих целей используют неполярные соединения,
например парафиновые углеводороды, воски, силиконы.
1.3.5. Красители
Красители применяют для получения окрашенных полимерных
материалов. Для этой цели используют органические красители
(пигменты, лаки, жиро-, спирто-, водорастворимые красители
и др.) и неорганические пигменты. Красители для пластмасс
должны отвечать определенным требованиям:
высокая дисперсность (размер частиц 1—2 мкм);
отсутствие склонности к миграции на поверхность изделий;
свето-, термо-, атмосферостойкость;
стойкость к действию кислот, щелочей и другим агрессивным
средам;
физиологическая инертность.
Красители можно вводить в полимерную композицию в виде
порошка, паст или гранул, которые обычно содержат 30—70%
красителя, диспергированного в полимере.
Органические красители позволяют окрашивать полимерные
материалы в различные цвета, обладающие яркостью и чистотой
тона. Высокая красящая способность этих красителей
позволяет вводить их в полимеры в небольшом количестве @,01 — 1%);
при этом не происходит изменения механических и
электрических свойств готовых изделий. В табл. 1.5 приведены некоторые,
наиболее широко используемые в промышленности
органические красители.
Неорганические пигменты по цвету делятся на группы:
белые, желтые, оранжевые, красные и коричневые; синие,
фиолетовые, зеленые; черные.
Эти пигменты не растворимы в органических растворителях
и полимерах, что исключает их миграцию. Они превосходят
органические красители по термо-, свето- и атмосферостойкости,
32

Таблица 1.5. Некоторые органические красители
для пластических масс
Красители
Желтый антрахиноновый
Ярко-оранжевый
антрахиноновый
Синий антрахиноновый
Розовый хинакридоновый С
Голубой фталоцианиновый
Розовый Ж
Ярко-красный 4Ж
Глубоко-черный
Рубиновый СК
Полистирол
и его
сополимеры
_
—
-г-
-f-
~г
—
—
4-
+
Полиолефи-
ны
4-
-\-
-,-
4-
—
—
-J-
ПОЛИВИНИЧ-
хлорид
_
-•-
—
—
—
—
Амнно-
пласты
—
—
—
4-
-j-
4-
—
—

Полиэфирные смолы
для
стеклопластиков
__ _
-;-
—
—-
—
—-
'—¦
Примечание: + рекомендуется. - - не рекомендуется.
но уступают по красящей способности. Поэтому неорганических
пигментов требуется в среднем в 10 раз больше, чем
органических. Кроющая способность (укрывистость), т. е. способность
перекрывать цвет закрашиваемой поверхности, неорганических
красителей больше, чем органических. В табл. 1.6 приведены
некоторые наиболее широко используемые в промышленности
неорганические пигменты.
При использовании неорганических красителей получают
непрозрачные окрашенные материалы.
1.3.6. Прочие добавки
Из других добавок, используемых для придания пластмассам
определенных свойств, применяют сшивающие агенты (отверди-
тели), структурообразователи, антипирены, антистатики,
антимикробные агенты и др.
Сшивающие агенты (итвердители) вводят в полимеры для
создания в них на определенной стадии переработки
трехмерной сетки, которая обеспечивает повышение прочностных и
других технических свойств материала.
В качестве отвердителей могут применяться как различные
полифункциональные соединения (диамины, кислоты, их
ангидриды и др.), так и инициаторы полимеризации в сочетании со
специальными веществами — ускорителями и активаторами.
Все отвердители должны удовлетворять определенным
технологическим требованиям: растворяться в исходном олигомере,
обеспечивать оптимальное сочетание жизнеспособности отверж-
чаемого материала, скорости и глубины отверждения, быть
нетоксичными.
3—81
3.4

Таблица 1.6, Некоторые неорганические пигменты
для пластических масс
Пигменты
Титановые белила
Литопон
Цинковые белила
Кадмиевые
Железооксидные
Ультрамари»
Кобальт
Оксид \рома
Техническим углерод
ПО.1КСТИ|Х|Л
vi его
сополимеры
-i
J
¦г
-f
1
1.
Полнолсфи-
ны
j
r
i
ПОЛИНИНИЛ-
хлорнд
.,
-I-
>:_
!
—
—
1
Дминоп.час-
ТЫ
+
4_
-}-
+
+
¦ I-
-I-
¦1"

Полиэфирные смолы
для
стеклопластиков
I-.
-}-
j_
'Г
-!-
-f ¦
—
—¦
Примечание: +- рекомендуется, не рекомендуется
Отверждение происходит в результате взаимодействия реак-
цибнноспособных групп олигомеров между собой или с отверди-
телями под действием тепла, УФ-света, излучений или в
присутствии катализаторов.
Структурообразователи вводят в полимер для создания
определенных структур и получения материалов с необходимыми
свойствами. Такими добавками могут служить различные
оксиды, карбиды, нитриды и другие соединения, а также некоторые
соли органических кислот, поверхностно-активные вещества.
Играя роль искусственных центров кристаллизации или
снижая поверхностное натяжение на границе кристалл — расплав,
эти вещества способствуют возникновению в полимере мелко
кристаллической структуры с улучшенными
физико-механическими свойствами. Структурообразователи добавляют в
количестве 0,1 —1,0% от массы полимера.
Антипирены снижают горючесть полимерных материалов.
Они не должны ухудшать основные физико-механические
свойства материала, должны быть атмосферостойкими,
нетоксичными, не взаимодействовать с другими компонентами в условиях
переработки. В качестве антипиренов используют главным
образом галогеносодержащие соединения, производные фосфора,
изоцианаты, соединения сурьмы и др.
Антипирены в одних случаях препятствуют пиролизу
полимера и замедляют выделение горючих газов пиролиза, а в
других— образуют слаболетучие негорючие газы, препятствующие
воспламенению газов пиролиза.
Антистатики препятствуют возникновению и накоплению
статического электричества в конструкциях и изделиях из поли
мерных материалов. В качестве антистатиков используют раз
личные поверхностно-активные вещества — амины,
четвертичные аммониевые основания и другие электропроводящие мате

риалы (порошки металлов, их оксиды, графит, технический
углерод).
Действие антистатиков основано, главным образом, на
повышении электропроводности полимерных материалов,
обусловливающих утечку зарядов.
Антимикробные агенты препятствуют зарождению и
размножению микроорганизмов в полимерных материалах. В качестве
таких агентов используют органические соединения олова,
мышьяка, ртути, меркаптаны и др. Они должны быть
эффективны при применении в малых концентрациях (доли процента в
расчете на полимер).
Особенно важно использование антимикробных агентов в
полимерных материалах, применяемых в пищевой
промышленности, медицине.
1.4. СВОЙСТВА ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
Качество изделий из пластмасс определяется их внешним видом
и техническими (эксплуатационными) характеристиками.
Согласно требованиям к внешнему виду изделия не должны
иметь трещин, пузырей, утяжек, сколов и других дефектов
поверхности. Внешний вид изделий, как правило, оценивается
визуально путем сравнения с контрольными образцами или
эталоном.
Эксплуатационные свойства пластмасс зависят от природы
полимера и его структуры, наличия в нем добавок, методов
переработки и других факторов. Их можно разделить на
следующие группы: механические, теплофизические, электрические,
оптические и др.
1.4.1. Механические свойства
Механические свойства представляют собой комплекс
показателей, определяющих поведение пластмасс под действием
механических усилий. Под действием механических сил полимерные
материалы деформируются, а при достаточно сильных или
длительных воздействиях разрушаются. В соответствии с этим
различают деформационные и прочностные свойства. В
отдельную группу выделяют фрикционные свойства, проявляющиеся
при движении твердого полимерного тела по поверхности
другого тела.
Механические испытания пластмасс различаются типом де
формации (растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, кручение и т. д.)
и режимом нагружения (динамический или статический).
Механические показатели необходимы при инженерной
оценке работы изделий, при выборе материала для создания новых
изделий, для различных конструкторских расчетов.

Под механической прочностью понимают способность тела
противостоять разрушению под действием внешних сил.
Прочность при растяжении (разрушающее напряжение при
растяжении) характеризуется нагрузкой, при которой
разрушается образец, отнесенной к площади начального поперечного
сечения образца.
Метод испытания пластмасс на растяжение заключается в
¦следующем. Образцы в виде лопаток нли прямоугольной
полоски закрепляются в зажимах или специальных захватах
разрывной машины, после чего прикладывается растягивающее усилие
при постоянной скорости. В момент разрушения образца
фиксируется удлинение (в мм) и разрушающая нагрузка. Разру
шающее напряжение при растяжении в (МПа) рассчитывают
по формуле
ap=p/S0, A-1;
где Р— нагрузка, при которой образец разрушился, Н; 5о — площадь
начального поперечного сечения образна, мм2.
Прочность при сжатии (разрушающее напряжение при сжа-
:тии) характеризуется напряжением при сжатии, соответствую
щем нагрузке, вызывающей разрушение образца.
Метод испытания пластмасс на сжатие заключается в
следующем. Образец в форме прямоугольной призмы, прямого
цилиндра или прямой трубки стандартных размеров помещается
между двумя плитами, которые сближаются при постоянной
скорости. В момент разрушения фиксируется нагрузка, при
которой это разрушение произошло.
Разрушающее напряжение при сжатии (в МПа)
рассчитывают по формуле
A.2)
где Р -- нагрузка, при которой произошло разрушение образца, Н; So — лло
щадь начального поперечного сечения ofipajua. мм2.
Прочность при изгибе (разрушающее напряжение при
изгибе) характеризуется изгибающим напряжением, возникающим
в момент разрушения образца.
Метод испытания пластмасс на изгиб заключается в
следующем. Образец свободно кладется на опоры и к его середине
под прямым углом прикладывается изгибающая нагрузка. В
момент разрушения образца по шкале фиксируется величина
прогиба (в мм) и изгибающая нагрузка. Определение
проводится па испытательной машине (типа РПУ-1) в статических
условиях с точностью ±1%. Испытательная машина должна
иметь устройство с нагружающим наконечником и опорами. И\
сближение должно проходить равномерно с постоянной
скоростью.

Изгибающее напряжение при разрушении (в МПа)
рассчитывают по формуле
A.3)
где р—нагрузка, Н; / — расстояние между опорами, мм; b. h —
соответственно ширина и толщина образца, мм.
Прочность при ударе (ударная вязкость) характеризуется
энергией, затрачиваемой при ударе на разрушение образца без
надреза или с надрезом.
Метод испытания пластмасс заключается в следующем.
Образец в форме бруска стандартной формы и размеров с
надрезом или без надреза свободно кладется на опоры прибора
так, чтобы удар пришелся на середину широкой стороны образ
на. Прибором для испытания служит маятниковый копер. В
момент испытания под действием свободно падающего маятника
происходит разрушение образца. По шкале прибора отмечают
энергию удара, затраченную маятником на его разрушение.
Ударную вязкость образцов без надреза (в кДж/м2)
рассчитывают по формуле
a = A/(bh), A.4)
iue A — энергия удара, затраченная на разрушение образца без надреза, Дж;
Ь. h —соответственно ширина и толщина образца по его середине, мм.
Ударная прочность образцов с надрезом меньше, чем
образцов без надреза, особенно для термопластов (например, для
полистирола, полиамидов в 8—12 раз, для целлулоида, этролов
в 3—4 раза).
Твердость (поверхностная прочность) характеризуется
способностью материала сопротивляться внедрению инородного те
ла. Твердость оценивают как отношение силы, под действием
которой внедряется инородное тело, к размеру отпечатка,
образовавшегося при его внедрении. Существует несколько
методов определения твердости, которые различаются по
значениям нагрузок, глубины внедрения, времени приложения нагрузки
и по форме инородного тела, внедряемого в образец.
В СССР и большинстве европейских стран твердость
определяют по методу Бринелля, в США — по методу Роквелла, а
при экспресс-испытаниях — по методу Шора.
Метод испытания полимерного материала на твердость
заключается во вдавливании в материал стального шарика под
заданной нагрузкой и измерении глубины его вдавливания в
поверхность образца через определенное время действия на
|рузки при испытании, приложенной после предварительного
нагружения. Испытание проводят на приборе ТП-1.
3",

Твердость (в МПа) для глубины вдавливания шарика п,,,
равной 0,25 мм, рассчитывают по формуле
Р-0,21
.*tdO,25(/i —0,25 f 0,21) ' (l-5)
где Р — нагрузка прн испытании, Н; d — диаметр шарика, мм; Л — глубина
ндавливаиия шарика, мм; 0,21—коэффициент приведения нагрузки к
глубине пдавливания ha.
Фрикционные свойства пластмасс характеризуются
коэффициентом трения и показателями износа. При малых значениях
этих величин говорят об антифрикционных свойствах
пластмасс.
Коэффициент трения ц представляет собой отношение силы
трения скольжения F (тангенциальной силы) к нормальной
нагрузке Р:
» = FIP. A.6)
Коэффициент трения характеризует сопротивление двух тел
взаимному перемещению под действием тангенциальной силы.
Это сопротивление связано с преодолением адгезионных связей
н с деформацией микровыступов на поверхностях трущихся тел
(число их зависит от степени обработки поверхностей, т. е. от
их шероховатости). У фрикционных пластмасс (фенопласты с
асбестовым наполнителем) коэффициент трения составляет
0,3—0,8, у антифрикционных (фторопласты, полиамиды,
полиформальдегид и др.)—0,14 без смазки и 0,01 при наличии
смазки (воды или масла).
Коэффициент трения пластмасс определяют при их скольже-
иии по стали со скоростью 30 см/с. Тормозные материалы
испытывают также на фрикционную теплостойкость, при которой
коэффициент трения определяют при вариации скоростей и
нагрузок в интервале, характерном для работы тормозов.
Износ (истирание) характеризует интенсивность разрушения
поверхностного слоя пластмасс при трении.
Износостойкость фторопластов в 40 раз выше, чем бронзы и
п 10 раз выше, чем баббита, а износостойкость капрона,
наполненного графитом, в 160 раз выше, чем бронзы и в 40 раз выше,
чем баббита.
Износостойкость пластмасс оценивают по их истиранию прн
грепии по поверхности с острыми (абразивные зерна) и тупыми
(металлическая сетка) выступами. Испытание пластмасс на
истирание проводят при их скольжении по стали и чугуну при
разных скоростях н нагрузках, а также при качении с 25%-ным
нлн 12%-ным проскальзыванием.
Показателем износа может служить, например, потеря
массы образца за определенное время при данных условиях
испытания.
¦w

Таблица 1.7. Фрикционные свойства некоторых
промышленных материалов
Чнтернал
Баббит
Вронза
11о.1иамиды менаполнеп-
ные
! Толиаммды наполненные
1'рафиточ
Фторонласт-4
Поликарбонат
Полиформальдегид
Коэффициент гренич
бе.| см а.) к и
0.18
0,2
0.24
0,14
0,049
—
—
смазка
маслом
0,08
0,01
0,08
0.009
0.027
0,034
0,1
К) .[ 1ЛИ
сма.(ha
Ho.luii
- -
0.095
0.02
С.рс-лниП
II 1HUC
0.6
—
0.022
0.054
—
0.15
Фрикционные свойства пластмасс позволяют решать вопрос
A целесообразности их применения для изготовления деталей
подшипников, элементов зубчатых передач, транспортирующих
механизмов т. д.
Фрикционные свойства некоторых материалов приведены в
i-абл. 1.7.
1.4.2. Теплофизические свойства
К теплофизическим свойствам относятся теплопроводность,,
температуропроводность, теплоемкость, тепловое расширение.
Эти показатели используются при определении
термодинамических характеристик полимеров (энтальпии, свободной энергии,
энтропии), при изучении физических процессов (плавления,
кристаллизации, стеклования и других структурных
превращений), а также при тепловых расчетах в процессе переработки
пластмасс в изделия.
Для оценки поведения полимерного материала при
повышенных или пониженных температурах в условиях эксплуатации
определяют их теплостойкость н морозостойкость. Эти теплофи-
жческие показатели позволяют ориентировочно определить
нерхнип и нижний допустимые пределы температур применения
материала.
Теплостойкость характеризует способность материала не
размягчаться при повышении температуры при действии
постоянной нагрузки. Количественной характеристикой
теплостойкости является температура, при которой в условиях действия
постоянной нагрузки деформация образца не превышает неко-
горого значения.
Геплостомкость определяю! по методу Мартепса и методу
Вика на воздухе и в жидкой среде, а также по температуре
изгиба образца полимерного материала под нагрузкой.
30

Метод Мартенса заключается в определении температуры,
при которой консольно закрепленный образец под действием
изгибающей нагрузки при повышении температуры с
определенной скоростью деформируется на 6 мм. Метод Мартенса обычно
применяют для испытания реактопластов, а также пластмасс
с теплостойкостью не ниже 40 °С.
Метод Вика заключается в определении температуры, при
которой игла наконечника вдавливается в образец на глубину
I мм под действием постоянной нагрузки и нагревании с
определенной скоростью. Испытание можно проводить на воздухе и
в жидкой среде. Испытание на воздухе предназначается для
пластмасс с температурой размягчения выше 200°С, а также
для пластмасс, нестойких к действию жидких сред.
Метод определения температуры изгиба под нагрузкой
(стандарт ИСО) заключается в определении температуры, при
которой образец изгибается на определенную величину при
принятых режимах нагружения и скорости нагревания.
Значения теплостойкости (в °С) для некоторых
промышленных термопластов приведены ниже:
Поливинилхлорид непластифнци-
рованный
Полиметилметакрилат
Поликарбонат
Полистирол
По Вика
90—95
105—115
150—160
—
По Маргениу
65—70
60—80
115—125
80
В условиях эксплуатации теплостойкость зависит от
приложенной нагрузки и длительности ее воздействия. Ее можно
повысить путем усиления меж- и внутримолекулярного
взаимодействия за счет насыщения макромолекулы полярными группами,
ароматическими ядрами, конденсированными циклами,
упорядочением структуры, созданием поперечных химических связей
и увеличением степени сшивания, введением активных
наполнителей и другими способами.
Морозостойкость характеризует способность полимеров
сохранять свои эксплуатационные свойства при пониженных
температурах.
В зависимости от условий работы материала и его свойств
критерием морозостойкости могут служить различные
характеристики. Обычно в качестве такого критерия используют
температуру хрупкости полимера. Температура
хрупкости—показатель, характеризующий способность материала разрушаться
под действием нагрузки при пониженных температурах.
Для практических целей важна не только температурная
граница морозостойкости, но и степень сохранения тех или иных
свойств при данном низкой температуре по сравнению с этими
же свойствами при комнатной температуре — коэффициент
морозостойкости.
40

Полиэтилен
Полипропилен
Полиформальдегид
Полиамиды
—80
—20
—40
—30
Температуру хрупкости определяют на приборе ПХП-1, и
котором предусмотрено различное расположение образцов:
сложение образца петлей и его сжатие; консольный изгиб
образца, а также смятие цилиндра из пленки вдоль продольной
оси или обматывание вокруг стержня по винтовой линии. При
этом за температуру хрупкости принимают температуру, при
которой разрушается 50% образцов, взятых для испытания.
На практике морозостойкость выражают также
способностью материала выдерживать без растрескивания разовое
охлаждение до заданной температуры в течение определенного
времени.
Значение температуры хрупкости существенно влияет на
нижнюю границу температурной области практического
использования твердых полимеров. Температуры хрупкости (в °С)
некоторых промышленных полимеров приведены ниже:
Фторопласт-4 —269
Поликарбонат —190
Полистирол —90
1.4.3. Электрические свойства
Электрические свойства представляют собой совокупность
показателей, определяющих поведение пластмасс в электрическом
поле. К этим показателям относятся электрическая прочность,
удельное электрическое сопротивление (объемное и
поверхностное), диэлектрическая проницаемость и тангенс угла
диэлектрических потерь.
Электрические характеристики определяют выбор полимера
для его применения в качестве конденсаторного диэлектрика
или электроизоляционного материала. Кроме того, поскольку
электрические свойства связаны с строением полимера, то они
могут служить методом исследования молекулярной структуры
и теплового движения в полимерах.
По своим электрическим свойствам полимеры являются
типичными диэлектриками.
Электрическая прочность Е характеризуется значением
напряженности электрического поля, при которой происходит
пробой полимерного диэлектрика, и выражается отношением
пробивного напряжения к толщине образца (в В/м).
Электрическая прочность зависит от структуры полимера, его чистоты
(содержания в нем примесей), температуры и др. факторов.
Удельное объемное электрическое сопротивление pv
характеризуется отношением напряженности электрического поля
к плотности тока, проходящего через объем образца
полимерного диэлектрика. В стационарном электрическом поле величина
pv определяется количеством свободных заряженных частиц
41

в единице объема, строением полимера и температурон и
выражается в Ом • м.
Удельное поверхностное электрическое сопротивление |к
представляет собой отношение напряженности электрическом!
поля к плотности тока, проходящего по поверхности образца и
выражается в Ом. Величина р.., зависит от состояния
поверхности диэлектрика, наличия на пей примесей.
Диэлектрическая проницаемость тесно связана с полярно
стью веществ. В отсутствие внешнего электрического поля ди-
польные моменты молекул полимерного диэлектрика равны
нулю (неполярные молекулы) или распределены в
пространстве совершенно хаотически (полярные молекулы). Под действием
внешнего электрического поля происходит поляризация диэлект
рика. Отношение зарядов электродов конденсатора, межд\
которыми помещен полимерный диэлектрик, к зарядам электро
дов, находящихся в вакууме, характеризует относительную
диэлектрическую проницаемость t\
Тангенс угла диэлектрических потерь представляют собой ту
часть энергии электрического ноля, которая рассеивается в
полимерном диэлектрике в виде теплоты, и характеризуется
углом диэлектрических потерь'ft (в векторной диаграмме) или
его тангенсом tgfi, численно равным отношению активной н
реактивной составляющей тока. Чем больше tgfi, тем при про
чих равных условиях больше диэлектрические потери.
1.4.4. Оптические свойства
Оптические свойства полимеров характеризуют взаимодействие
полимера с электромагнитным излучением оптического
диапазона.
К оптическим свойствам полимеров относятся прозрачноем,,
преломление, отражение, поглощение, рассеяние, цветность и др.
Прозрачность показывает, какая доля падающего на поверх
ность полимера светового потока проходит без изменения иа
правления через слон определенной толщины. Прозрачность
одновременно характеризует как поглощение, так и рассеяние
света. Следует отличать прозрачность от пропускания света
вообще, так как вещество может быть непрозрачным, но в ю
же время пропускать свет. Максимальная прозрачность пол им с
ров в видимом диапазоне спектра составляет 92—94%
Полимеры в аморфном состоянии чаше всего прозрачны и
бесцветны, однако при кристаллизации происходит их iionh i ¦
нение и появление молочно-белого оттенка.
Уменьшение прозрачности связано с появлением оптическом
неоднородности как на поверхности, так и в объеме полимерных
материалов.
Количественной характеристикой прозрачности является ко-
42

эффициент светопропускания — отношение потока излучения,
вышедшего из слоя полимера, к потоку, падающему на его
поверхность.
Прозрачность органических полимеров сравнима с
прозрачностью лучших сортов силикатных (неорганических) стекол. ;j
в УФ-диапазопе она превышает ее.
Преломление света. Луч света, проходя из одной прозрачной
среды в другую наклонно к поверхности раздела фаз, меняет
свое первоначальное направление, т. е. преломляется. Это
преломление света (рефракция), обусловленное различной
скоростью распространения света в разных средах, характеризуется
показателем преломления. Показатель преломления
определяется на рефрактометре.
Знание показателя преломления полимеров важно в пленом
ной электронике (печатные схемы) н оптической электронике;
при автоматизации химических процессов (контроль процесс;|
по непрерывному изменению коэффициента преломления), при
конструировании двумерных плоских оптических схем (в
оптических ЭВМ), в волоконной оптике (особенно в оптических
преобразователях).
Отражение света. Если свет падает из среды Ли
отражается от оптически менее плотной среды В, то отношение пока
зателей преломления пв/пА<1. Определенному значению
предельного угла отражения соответствует полное внутреннее
отражение, когда практически весь световой поток
возвращается в среду А.
Полное внутреннее отражение в полимерах используется
при конструировании отражателей на автомашинах, дорожных
знаках.
В оптических волокнах световой поток после многократных
отражений выходит через торец волокна практически без
попри энергии. Поэтому, например, полистирольные волокна перо
менного сечения применяют при изготовлении фокусирующих
(фоконы) и увеличивающих апертуру (афоконы) гибких
волоконных кабелей.
Поглощение света и цветность. Поглощение — потеря энер
гни потоком света, проходящим через среду, вследствие превра
щения этой энергии в различные формы внутренней энергии или
в энергию вторичного излучения. Направление потока вторично
го излучения и его спектральный состав (совокупность частот)
отличаются от падающего излучения. Для объяснения
поглощения света и цветности в квантово-механической теории
рассматривается строение электронных оболочек атомов и мо
лекул в нормальных и возбужденных состояниях. Основными
представлениями являются понятие о гибридизации электрон
ных орбит с образованием атомов углерода л-связей (сопряжем
ных двойных связей) и о-связей, различающихся по прострап
АЛ

ственной конфигурации. Органические полимеры, не
содержащие сопряженных связей, прозрачны и неокрашены.
В полимерах с сопряженными связями л-электроны имеки
высокую подвижность в пределах цепи сопряжения и
сравнительно небольшую энергию возбуждения. Это объясняет цве1
полимеров с сопряженными связями (черный или коричневый).
Часть энергии световой волны, проходящей через такие
полимеры, теряется, что вызывает сильное поглощение света. Цвет
может быть обусловлен также входящими в состав
макромолекулы хромофорными группами, содержащими л-электроны и
неподеленные электронные пары гетероатомов. Стабильность
цвета зависит от химической стабильности хромофорных групп,
условий переработки и светостойкости полимера.
1.4.5. Химическая стойкость
Химическая стойкость пластмасс характеризуется их отношени
ем к различным агрессивным средам (воде, кислотам, щелочам,
бензину и т. д.), а также к плесени, грибам и др. При этом
важнейшим показателем материала, определяющим его
пригодность для эксплуатации, является стойкость к действию води
и водяных паров.
Водостойкость — это способность материала сохранять свои
свойства при длительном воздействии воды. При контакте с
водой пластмасса может поглощать ее в небольших количествах.
Водопоглошение определяют весовым методом, заключающимся
в определении массы воды, поглощенной образцом при его
пребывании в воде, при определенных температуре и времени.
Стойкость пластмасс к агрессивным средам оценивается
путем сравнения внешнего вида, массы, линейных размеров,
механических и электрических свойств образцов до и после
испытания. Для этого образцы выдерживают строго определенное
время в агрессивном среде определенной концентрации при
установленной температуре. Параметры испытания выбирают для
каждой конкретной пластмассы, руководствуясь условиями
эксплуатации изделий. При этом продолжительность испытания
в зависимости от эксплуатационных условий может быть ра.<
-личной: часы, месяцы и даже годы. Наблюдения за поведением
образцов и определение его механических и электрических
показателен проводят неоднократно, через заданные промежутки
времени с постоянным ил увеличением к концу испытаний.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.1. Что такое полимер?
1.2. На какие большие группы делятся полимеры по
строению основной цени?
44

1.3. Чем различаются между собой линейные, разветвленные
и пространственные полимеры?
1.4. Какие существуют реакции получения полимеров?
1.5. В чем сходство и различие реакций полимеризации и
поликоиденсации?
1.6. Какие существуют технологические способы проведения
реакций полимеризации и поликонденсации?
.7. Что такое пластмасса?
.8. Чем отличаются термопласты от реактопластов?
.9. Чем отличаются пластические массы от полимеров?
.10. Какие компоненты входят в состав пластмасс?
.11. Как влияет наполнитель на свойства пластмасс?
.12. С какой целью в пластмассы вводят стабилизаторы и
пластификаторы?
1.13. Как зависят свойства пластмасс от типа и природы на
полнителя?
1.14. С какой целью в пластмассы вводят смазки, красители
и другие добавки?
1.15. По каким основным показателям оценивается прочность
изделий из пластмасс?
1.16. Как определяют прочность пластмасс при растяжении,
сжатии и изгибе?
1.17. Как определяют ударную вязкость пластмасс?
1.18. Сравните ударную вязкость и твердость органического
и силикатного стекла.
1.19. Какими методами определяют теплостойкость пласт
масс?
1.20. Какими свойствами должны обладать пластмассы для
их использования в электротехнике?
1.21. Какие показатели .характеризуют оптические свойства
пластмасс?
1.22. Что такое химическая стойкость пластмасс?
глава 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ТЕРМОПЛАСТОВ
2.1. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕРМОПЛАСТОВ
Процесс переработки--эго пс только придание полимеру коп
кретпой формы изделия. \ю и создание определенной структуры
материала.
Большинство технологических процессов формой;! пни
изделий из расплавив нключасч несколько cwumV

нагревание и перевод полимера в вязкотекучее состояние,
покачу расплава в формующим инструмент, формование изделия,
фиксацию конфигурации изделия путем охлаждения полимера.
В связи с изменением состояния полимера на каждой стадии
технологического процесса особенно важное значение имеют те
его свойства, которые определяют поведение полимера на
данной стадии и, следовательно, учитываются при выборе
параметров переработки. Так, на стадии нагревания полимера
определяющая роль принадлежит теплофизическим свойствам —
температуре перехода полимера в вязкотекучее состояние, его
теплоемкости и теплопроводности. На стадии подачи расплава
и формующий инструмент большое значение имеют вязкостные,
или как их называют реологические свойства расплава. При
охлаждении отформованного изделия снова важную роль
играют теплофизическис свойства, а также процессы
кристаллизации и усадка.
Таким образом, поведение полимера при переработке
определяется целым комплексом свойств, на основе которых
выбираются параметры переработки. Эти свойства связаны с
физическим состоянием полимера — стеклообразным, высокоэласти-
чески.м и вязкотекучим. В процессе переработки полимер
последовательно находится в каждом из них и поэтому знание
.(акономерностеп перехода из одного состояния в другое и
структурных особенностей полимера необходимо для
управления процессом переработки.
2.1.1. Физические состояния полимеров
Полимеры могут либо кристаллизоваться, либо оставаться при
всех температурах аморфными. Аморфные полимеры (поливи-
ннлхлорид, полистирол и его сополимеры, полнметнлметакрила-
iы и др.) характеризуются определенной степенью
упорядоченности, которая соблюдается на относительно небольших
расстояниях, соизмеримых с размером молекулы. Кристаллические
полимеры (полиэтилен, полипропилен, многие полиамиды и
полиэфиры и др.) характеризуются высокой степенью
упорядоченности структуры, в которой порядок распространяется на
расстояния, превышающие размеры молекул в сотни и тысячи
раз. Количество кристаллической фазы в них может достигать
80—90% от всего объема полимера.
Полимеры могут находиться в трех физических состояниях:
стеклообразном, высокоэластическом и вязкотскучем. Эти
состояния и границы их существования изучают с помощью
различных структурных методов, но чаще всего их определяют по
изменению механических свойств полимеров, например
деформационных. Зависимость деформации полимера от температуры
определяют термомеханическим методом. При постоянном па-

1
"¦ 1
1
I 1
1
п
Г
¦
6
А
Б
В .
1
У
1
1 /
Темпера т урн
Рис. 2.1. Термомеханические крикые аморфного (а) и кристал.щческого (о)
пплимероп (пояснения см. в тексте)
пряжении эту зависимость называют термомеханической кривой.
Для снятия термомеханических кривых используют весы Кар-
гина, приборы типа ПТП, приборы для опрет,еления
теплостойкости методом пепетрации (например Вика) и др. На рис. 2.1
приведены типичные термомеханические кривые аморфного и
кристаллического полимеров. На термомеханическоп кривой
аморфного полимера можно выделить три области: область
стеклообразного состояния (/), область нысокоэластического
(П) и область вязкотекучего (///) состояния.
В стеклообразном состоянии участки макромолекул связаны
настолько прочно, что энергия межмолекулярного взапмодепст-
ния оказывается больше энергии и.\ теплового движения и оно
не в состоянии изменять их расположение; реализуются лишь,
колебательные движения групп атомов. Фиксированное
положение участков макромолекул приводит к повышению жесткости
молекулярных цепей. В стеклообразном состоянии развиваются
только упругие деформации, связанные с изменением межатом-
пых и межмолекулярных расстояний в полимере. Деформации
малы и практически не зависят от температурь!. В
стеклообразном состоянии полимерный материал имеем наибольшую
механическую прочность. В этом состоянии полимеры не
перерабатываются. Область стеклообразного состояния
представляет интерес при конструировании изделий из пластмасс и их
эксплуатации.
При нагревании полимера интенсивность теплового
движения групп атомов и звеньев молекул увеличивается н цепь
приобретает способность изгибаться. Полимер переходит в высоко-
ч.шетическое состояние. Так как энергия межмолскулярпого
взаимодействия несколько различается для различных трупп
цепи, то и переход из стеклообразного в высокоэласч пческое
состояние происходит не при определенной температуре, а в
некотором температурном интервале (на рисунке отмечен пупк-
шром). Средняя температура этого интервала называется тем-

пературой стеклования. Температура стеклования Т,- зависит от
строения и полярности полимера, влияющих на гибкость
молекулярной цепи и энергию межмолекулярного взаимодействия.
В неполярных полимерах энергия межмолекулярного
взаимодействия невелика и они имеют низкие температуры
стеклования. Например, температуры стеклования натурального каучука,
полиизобутилена, полиизопрена составляют примерно —70°С.
Появление в цепи даже редко расположенных полярных групп
увеличивает межмолекулярное взаимодействие и повышает
температуру стеклования. Так, температура стеклования поли-
хлоропрена, содержащего полярные атомы хлора, повышается
до —40СС. Увеличение числа полярных групп в молекулярной
цепи, а также наличие больших боковых групп, как, например,
у полистирола, вызывает дальнейшее повышение температуры
стеклования. Так, температуры стеклования поливинилацетата,
гюливинилхлорида, полиметилметакрилата соответственно
равны 28, 80 и 100°С.
Высокоэластическое состояние обусловлено гибкостью
больших молекул и присуще только полимерам. Как только
температура полимера превышает температуру стеклования, энергия
теплового движения превышает энергию меж молекулярного
взаимодействия. В ненагруженном, недеформированном
образце макромолекулы имеют скрученные формы. Под влиянием
внешней силы изогнутые макромолекулы стремятся
распрямиться. После прекращения действия силы молекулы вновь
возвращаются к естественному состоянию ¦— изогнутой, скрученной
форме.
Таким образом, высокоэластические деформации носят
обратимый характер. Полимеры, способные к развитию больших
высокоэластических деформаций при комнатных температурах,
называют эластомерами. Типичными эластомерами являются
каучуки. Так, каучук может обратимо растягиваться на 700%.
т. е. в 8 раз по отношению к первоначальной длине.
Другой особенностью высокоэластнческой деформации
является то, что ее развитие происходит не мгновенно, а но времени.
Для объяснения этого представим, что образец полимерного
материала был растянут, т. с. выведен из равновесного сосчоя-
ния. Согласно законам физики во всякой системе, выведенной
ил равновесия, возникают процессы, стремящиеся ослабить
эффект действия внешней силы. В данном примере, в растяпу-
том полимере развивается процесс ослабления возникшего
напряжения. Механизм этого процесса связан с тем. что гибкие
участки молекул — сегменты — ориентируются в направлении
приложения силы, вызывающей деформацию образца, н гем
самым уменьшают напряжение. Так как гибкость сегментов
различна, некоторые сегменты испытывают большее влияние
межмолекулярных сил, чем другие, п время их ориентации, л. <:,
48

перехода в новое равновесное положение различно. Таким
образом, высокоэластическая деформация протекает во времени
или, как принято говорить, имеет релаксационный характер.
Релаксационными называют процессы, в которых равновесие
устанавливается во времени.
В силу релаксационного характера развитие
высокоэластической деформации зависит от времени действия силы на
полимер. При малом времени воздействия релаксационные процессы
не успевают пройти, высокоэластические деформации не
развиваются и полимер кажется твердым. И наоборот, если время
воздействия силы на полимер достаточно велико,
высокоэластическая деформация может развиваться до некоторого предела —
полной высокоэластическом деформации.
Высокоэластическое состояние в кристаллических и
аморфных полимерах возникает неодинаково. На рис. 2.1, б показаны
термомеханические кривые кристаллических полимеров. До
температуры плавления деформации полимера малы (участок
АБ). После достижения температуры плавления полимер
переходит в высокоэластическое состояние (участок ВГ).
Плавление кристаллических полимеров происходит в определенном
температурном интервале, что объясняется наличием в
полимере кристаллов различных размеров: маленькие кристаллы
плавятся при более низких температурах, чем большие.
При дальнейшем нагревании полимер переходит в вязкоте-
кучее состояние. Однако кристаллический полимер может
сразу перейти в вязкотекучее состояние (кривая 2 на рис. 2.1, б).
Температура плавления кристаллического полимера так же, как
и низкомолекулярных веществ, зависит от энергии
межмолекулярного взаимодействия, возрастая с ее увеличением. Наличие
в молекуле двойных связей, ароматических колец, больших
боковых групп затрудняет подвижность молекулы и вызывает
повышение температуры плавления. Например, температура
плавления полипропилена с неполярными СН3-группами
равна 160—170°С, для полиамидов с полярными CONH-группами
220—250°С, а полиэтилентерефталата — 255°С.
Область высокоэластического состояния является очень
важной для переработки термопластов в связи с возможностью
получения больших деформаций при небольших напряжениях.
Это позволяет использовать простые методы переработки, при
которых развиваются небольшие усилия (вакуумное
формование листов, раздувание цилиндрических заготовок при
получении пленки или полых изделии). В то же время сопротивление
деформации в высокоэластическом состоянии достаточно
высоко, материал хорошо сохраняет форму, поэтому при
переработке не требуется применения внешних опор, за исключением тех
мест, где деформация должна быть исключена с целью
ограничения размеров изделия.
4—81 49

При вязкотекучем состоянии межмолекуляриое
взаимодействие в полимере ослабевает настолько, что молекулы
приобретают возможность перемещаться друг относительно друга как
единое целое. Развивающаяся под действием внешних сил
деформация носит необратимый характер. Переход аморфных
полимеров в вязкотекучее состояние происходит также в
определенном температурном интервале, средняя температура
которого называется температурой текучести Тт. Для большинства
термопластов температура текучести лежит в интервале 150—
250°С В области вязкотекучего состояния термопласты об-та-
дают малым сопротивлением деформации, происходит
скольжение макромолекул друг относительно друга, т. е. течение
полимера.
Для переработки пластмасс область вязкотекучего состояния
играет большую роль. Формование изделий литьем под
давлением и экструзией, вальцевание и каландрование происходят
из вязкотекучего состояния. Поэтому знание основных
закономерностей течения расплавов термопластов приобретает особое
значение для правильного выбора параметров переработки
полимерных материалов.
2.1.2. Реология в процессах переработки термопластов
Реология изучает законы течения расплавов полимеров.
Главной реологической особенностью расплавов термопластов явля
ется зависимость их вязкости от скорости течения.
Из практики хорошо известно, что при перемешивании
загустевших материалов и.х вязкость уменьшается. Чем больше
скорость перемешивания, т. е. чем выше интенсивность
механического воздействия, тем в большей степени они разжижаются,
тем меньше их вязкость. На рис. 2.2 сравниваются зависимости
вязкости от скорости сдвига расплавов полимеров и
низкомолекулярных жидкостей.
В то время как вязкость низкомолекулярнон жидкости
остается постоянной, вязкость расплава уменьшается с увеличением
скорости сдвига f-
Вязкость низкомолекулярны.х жидкостей опнсыпается законом вязкою
течения Ньютона:
где I] — вязкость жидкости. Па-с; т — напряжение сдвига. Па: у— скорость
сдвига с '.
Смысл данного соотношения устанавливается из рассмотрении скольже
ния плоской пластннкн со скоростью //. имеющей плошадь 5, по слою смазки
толщиной у с вя.чкостью i|. Чем выше скорость сдвига пластинки и/у и чем
больше площадь 5 и вязкость г), тем больше должна быть сила F,
вызывающая скольжение пластинки:
F=i\Su/y.
50

Скорость сдВига.
Скорость сдвига. У
Рис. 2.2. Зависимость вязкости расплава полимера (/) и низкомолекулярной
жидкости B) от скорости сдвига при постоянной температуре'
Рис 2.3. Кривые течения идеальных жидкостей (/, 2) и расплава
термопласта (,'i) в арифметических координатах
Это уравнение можно написать в виде
FiS=\\ujy.
Отношение FjS = x напряжение сдвига,
1. е. T = t|f («кои вязкого течения Ньютона).
скорость сдвига.
В силу такого поведения расплавов термопластов их
называют в реологии неньютоновскими жидкостями, или
неньютоновскими системами (т. е. для них не выполняется формула,
связывающая скорость сдвига с напряжением сдвига).
Неньютоновское поведение расплавов полимеров при их течении
объясняется особенностями молекулярной структуры:
длинные молекулы полимера ориентируются при течении
вдоль потока, ослабляя сопротивление течению;
при увеличении напряжения сдвига разрушаются
структурные агрегаты молекул, уменьшая тем самым сопротивление
течению, или вязкость системы.
Отношение данного напряжения сдвига т к создаваемой им
скорости сдвига f называется эффективной вязкостью и
выражается в Па -с:
ЛаФ=т7ч. B.1)
Определение аффективной вязкости производится на
вискозиметрах различных конструкций, из которых наибольшее
применение получили капиллярные, ротационные, червячные.
При определении эффективной вязкости на капиллярных
вискозиметрах напряжение сдвига и скорость сдвига
рассчитывают по следующим формулам:
pR .„ . 4.50
(с), B.3)
где Р — давление на расплав. Па; R — радиус трубы, м; L — участок двн-
51

жушеися жидкости, м; Q —- расход жидкости, м'/с; т — поправка па пходо
вый эффект, учитывающая потерю давления на формование профиля скоро
стей в капилляре.
Давление на расплав Р создается грузом g:
Объемный расход Q измеряется с помощью индикатора чаш
вого типа по скорости опускания поршня при выдавливании
расплава из капилляра.
Кривые течения ньютоновских и неньютоновских жидкостей.
Степенной закон течения. Для установления степени отклонения
от закона Ньютона — характера течения реальных —
неньютоновских жидкостей от идеальных — ньютоновских и для
практических расчетов пользуются методом анализа кривых течения
На рис. 2.3 приведены зависимости напряжения сдвига от
скорости сдвига для некоторых полимерных систем, называемые
кривыми течения. Кривые / и 2 описывают поведение идеальных
жидкостей, кривая 3—расплавы полимера. Графические зави
симости / и 2 описываются уравнением прямой линии:
y = kx; т= пТ-
Следовательно, вязкость идеальных жидкостей, описываемых
кривыми течения / и 2 в координатах у—т, определяется угло
выми коэффициентами этих кривых:
Вязкость расплава полимера, описываемого кривой течения
3, может определяться угловым коэффициентом касательном,
проведенной в любой точке а кривой. Из характера кривой
течения 3 следует, что чем выше у, тем более отлоги касательные,
тем меньше их tg «f н тем меньше \\. В реологии часто
пользуются изображением кривых течения в логарифмических коордн
ната.х. Уравнение Ньютона в логарифмической форме в
координатах Ig^—lg т изображается прямыми линиями / и 2 с накло
ном в 45е к оси абсцисс (&=1). отсекающими на оси ордипа!
отрезок, равный lg i) (рис. 2.4). Кривые течения расплавов пи
лимеров в логарифмических координатах «спрямляются» и
изображаются прямыми линиями с углом наклона ф<45° (пря
мая 3).
Для математического описания кривых течения расплавон
полимеров используется так называемое степенное уравнение
т=пу. B.4)
где л •—показатель течении pacn.iana. n<L Чем меньше п. тем дначителыкч'
отличается попечение pacn.iaiia npi: !ечс-пнп от ньютоновского.
Показатель п увеличивается с повышением температуры: чем
выше температура, тем слабее межмолекулярное взанмодейс:
52

Рис. 2.4. Кривые течения идеальных жидкостей {1,2) и расплава
термопласта C> п логарифмических к<к>рдината\
Рнс. 2.5. Зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига непластпфи-
нироцанного ПВХ при различных темпера i у pax:
' -20л "С: 2 200 "С. .4 - 1»0"С: 4 — 1Н0Х
вне и тем ближе характер течения расплава к ньютоновскому.
Наряду с кривыми течения реологические свойства расплавов
1ермоп.пастов характеризуются зависимостью эффективной
вязкости от скорости сдвига. На рис. 2.5 приведены зависимости
эффективной вязкости от скорости сдвига пепластнфпцировап-
иого ПВХ при 180 X в логарифмических координатах. Из
рисунка видно, что при увеличении скорости сдвига oi 50 (lgv =
--1.7) до 1250 с ' (Ig f = 3.1) вязкость уменьшается от 65 000 до
(M00 Па-с, т. е. в 10 раз. Из этого следует, что не всегда можно
переносить результаты определения вязкости расплавов в
лаборатории в производственные условия. Например, при
определении вязкости на капиллярных вискозиметрах типа ИИРТ
скорости сдвига не превышают 100- 150 d ', тогда как при литье
под давлением ¦'=1000—3000 с ' и значения вязкостен при
таких скоростях сдвига намного меньше.
Зависимость вязкости от скорости сдвига характеризуют
показателем чувствительности к сдвигу.
Показатель чувствительности расплава к сдвигу — это
отношение вязкости расплава при скорости сдвига -f=102 с ' к
вязкости при f=103 с '. В табл. 2.1 приведены значения
показателен чувствительности к сдвигу расплавов некоторых
термопластов. Чем выше показатель чувствительности к сдвигу, тем
более значительными могут быть колебания давления расплава
и тем точнее должна осуществляться регулировка давления при
переработке материала.

Влияние температуры на вязкость. Энергия активации
вязкого течения. Хорошо известно, что вязкость жидкости зависит
от температуры: чем выше температура жидкости, тем меньше
вязкость.
Уравнение температурной зависимости вязкости сходно с
уравнением Арреннуса:
Ч^Ле':"т, B.5)
еде ц — вязкость жидкое*! и: /-."--энергия актииаими пя.жого течения: Г —
абсолютная температура; .4 — константа; R - упниерсальиая га.юпая
постоянная.
Физический смысл энергии активации вязкого течения
объясняет современная теория течения жидкостей.
Согласно этой теории, течение ннзкомолекулярных
жидкостей осуществляется за счет перебросов молекул под действием
приложенной силы. Такие перебросы возможны и в спокойной
жидкости за счет теплового движения молекул вследствие того,
что молекулы упакованы неплотно и в жидкости имеется
свободный объем, незанятый молекулами При приложении к жидкости
давления число перебросов в направлении действующей силы
становится больше и начинается течение жидкости. Чем выше
межмолекулярпое взаимодействие в жидкостях, тем больше
сближены молекулы и тем большую энергию должна иметь
молекула, чтобы совершить переброс.
Избыточная энергия молекулы, необходимая для перевода
ее в новое положение, называется энергией активации вязкого
течения.
Перемещение больших молекул полимера происходит
частями наподобие укладки тяжелой цепи в ящик; цепь затаскивают
Таблица 2.1. Пикампели
термопластов
чувствительности к
различных
Термопласт
Полнформ альдег нд
Полиамид 6
Чолиэтилеп ныспкон
плотности (литьевой)
Полиэтилен низкой
плотности (литьевой)
Полипропилен
Полистирол
ударопрочный
Пол ив мнил хлорид
пластифицированным
Темпера*! \-
,.а. 'С '
180
240
150
150
190
200
150
при у 10' 1 -
800
290
1100
580
2100
900
6200
1.. Па .-
,1|>н у 10- с-1
300
175
310
200
380
180
900
Показатель

чувствительности к
сдвигу
2,4
1.6
3.5
2,9
5,5
5.0
6,8
54

Таблица 2.2, Энергия активации внжого течении термопластов
1 грмиплао
ilo.1НЫ1 плен нысо-
Ь(Ш П.1ОГЦ1ЧТМ
In.mil плен MM.fKoi'i
н.шгностн
1 Ьмппршшлек
гурмып НН-
юрвал, 1.
190-220
220—250
190-220
220-250
190-220
•22 0-250
/¦:
52
59
45,
¦44
7,4.
Kti
5
6
4
5
0
Термоплан I
1 1оЛ1К-1М[)ОЛ П.Ю'Г-
11 Ы М
lo.'iMCTiipn.'i \'даро-
прочный
! 1о.]1|Ка[)Г)()нат
Полиамид 12
11олмфо[)малы1'1 мл
[урнып пп-
K-pi!,
190-
220-
190-
220
250
210
1*5-
¦i. (.
-220
-250
220
- 250
-.400
-23b
200
'¦•
1 18
118
100
РЗ
101
ho
¦40
!ОЛЬ
;>
5
0
о
0
о
постепенно, звеньями. Ссгметы полимерном молекулы,
имеющие достаточную энергию активации, переходят в новое
положение в направлении действия силы. Гак. сегмент за сегментом
молекула перемешается — расплав течет. Очевидно, что
перемещение в расплаве происходит намного медленнее, чем в мнз-
комолекулярноп жидкости: вязкости расплавов полимеров на
несколько порядков выше, чем пизкомолекулярны.ч жидкостей.
Для расчета Е запишем уравнение B.5) для дву\ гемпера-
ivp ( Г, н Т2) и прологарифмируем их:
Ig i)i = \n Л+E/RT,: Is i|2 = In Л +/:',-/?/',.
При совместном решении утих уравнении получим
AT,Г., 1пAЬ '|Л 2,.Ч/<Т|Г, !й(>|, ч,)
Е
г, т,
т.,
7",
B.6)
где /? = 8,3 кДж/.моль.
Для практического определения энергии активации вязкого
|ечепия необходимо измерить вязкость расплава при двух
температурах Т] и 7 (обычно Т-2= Г| -t- 10е) при постоянной
скорости сдвига. Чем больше энергия активации вязкого течения
расплава термопласта, тем чувствительнее его вязкость к
колебаниям температуры и тем более точным должно быть
регулирование температуры в процессе переработки.
Энергии активации вязкого течения некоторых термопластов
приведены в табл. 2.2.
Зависимость вязкости от молекулярной массы. Вязкость
расплавов полимеров быстро увеличивается с возрастанием
молекулярной массы. Чем больше степень полимеризации, тем более
за i руднеппым становится перемем1снис макромолекулы.
Вязкость расплавов и молекулярная масса полимера связаны меж-
.\у собой математической зависимостью. Например, вязкость
расплавов полиэфиров i| связана со степенью полимеризации
уравнением
,1 Н г_ С
1й'1=---7Г4-17 \ " +~^F> B./)

где n — степень полимеризации; Т — абсолютная температура; к —
универсальная газовая постоянная; А, В, С — постоянные для данного полимергомо-
логического ряда.
Высокоэластические свойства расплавов полимеров.
Расплавы полимеров при течении наряду с обычными необратимыми
деформациями проявляют еще и высокоэластические
деформации. Этим они отличаются от ньютоновских жидкостей, в
которых проявляются только необратимые деформации. Жидкости,
проявляющие высокоэластические свойства, называются
эластическими или упругими.
Высокоэластичность расплавов и растворов полимеров
наглядно проявляется в следующих опытах: при вращении
вертикального вала в концентрированном растворе полимера
последний поднимается по поверхности вала и тем выше, чем больше
скорость вращения вала (ньютоновская жидкость в этом случае
отбрасывалась бы под действием центробежной силы к стенкам
сосуда); при помещении упругой жидкости между двумя
параллельными дисками и приведении одного из них во вращение
жидкость стремится раздвинуть диски.
Такое проявление высокоэластичности обычно называют
эффектом Вайссенберга. Наиболее простое объяснение эффекта
Вайссенберга заключается в том, что слои полимерной
жидкости расплава или раствора как бы «наматываются» на
вращающийся вал, испытывая при этом сжатие. Стремясь перейти в
ненапряженное состояние, жидкость поднимается вверх по валу.
Эластические свойства проявляются при экструзии
высокомолекулярных полимеров. Например, при выдавливании расплава
через головку с круглым сечением наблюдается увеличение
диаметра экструдата по сравнению с диаметром формующего
канала. Такое разбухание экструдата тем значительнее, чем больше
молекулярная масса полимера. При конструировании головок
это свойство расплавов принимается во внимание.
2.1.3. Теплофизика в процессах переработки термопластов
Теплофизические свойства термопластов имеют важное
значение в определении технологических параметров переработки, а
также при конструировании формующего инструмента и
тепловых расчетах машин.
Основными теплофизическими характеристиками полимеров
являются удельная теплоемкость, коэффициенты
теплопроводности и температуропроводности.
Удельной теплоемкостью вещества называют количество
тепла SH, необходимое для изменения температуры единицы
массы на один градус:
B.8)

Для полимеров удельную теплоемкость обычно относят к
1 кг и выражают в кДж/(кг-град).
Теплоемкость полимеров существенно зависит от особенностей
их структуры и от температуры.
При нагревании кристаллических полимеров тепло
расходуется не только на повышение температуры, но и на изменение
их агрегатного состояния. Поэтому при нагревании полимеров
с высокой степенью кристалличности в области температур
плавления кристаллической фазы наблюдается резкий скачок
теплоемкости, обусловленный фазовым переходом.
Теплоемкость аморфных полимеров незначительно
изменяется при повышении температуры, лишь при переходе полимера
из стеклообразного состояния в высокоэластическое
наблюдается положительный скачок теплоемкости.
Расчет теплоемкостей производится по следующим
эмпирическим зависимостям:
для термопластов с высокой степенью кристалличности
при /</п-,
Ср= A,48+5,6-10-3)фкр+A,25 + 2,8-Ю-3) A—ф1ф), B.9)
при />/,,.,
Ср= 1,25+12Мо + 2,8-Ю-3/ B.10)
(где t — температура, °С; ф,;р — степень кристалличности; Мо —
молекулярная масса мономерного звена);
для аморфных термопластов
С„ = 1,25 + 4-10-3+ 12/vMo. B.11)
Теплоемкость измеряется в кДж/(кг-К).
Коэффициент теплопроводности характеризует перенос
теплоты в веществе за счет колебательной энергии атомов и
измеряется в Вт/(м-К). В интервале 0—200°С теплопроводность
большинства полимеров отличается от средней на ±15%.
Коэффициент теплопроводности большинства аморфных
полимеров можно определить по следующим формулам:
при />/с
Хс = 0,19±0,03 B.12)
при t<tc
К = К—0,02 (fP—t) B.13)
(где /,. — температура стеклования).
Коэффициент теплопроводности кристаллических полимеров
можно рассчитать по следующим формулам:
при t>tnn
Хш, = 0,2 ±0,02. B.14)
57

при t<tlul
,-/). B.15)
Коэффициент температуропроводности характеризует
скорость распространения температуры в материале и определи
ется количеством тепла, необходимым для повышения
температуры единицы массы материала па один градус (удельная
теплоемкость) и скоростью, с которой материал может
воспринимать тепло (теплопроводность).
Коэффициент температуропроводности определяется по
формуле
), B.16)
где Я-—коэффициент теплопроводности; С,, — удельная теплоемкость: /> —
плотность.
Коэффициент температуропроводности выражается в м2/с
Коэффициент температуропроводности также зависит от
температуры. Для аморфных полимеров а уменьшается с
повышением температуры, для кристаллических термопластов зависимость
а от температуры более сложная.
2.1.4. Термическая стабильность расплавов термопластов
При выборе параметров переработки необходимо учитывать
возможность протекания в полимере реакций деструкции, при
которых уменьшается длина основном цепи и которые в
конечном счете приводят к изменению структуры и свойств
термопласта.
Реакции деструкции протекают в полимере под действием
тепла, света, кислорода, механических напряжений и других
воздействий.
При переработке термопластов наибольшее значение имеют
термическая и окислительная деструкции, а так как полимер
подвергается одновременному действию тепла и кислорода, то
такую деструкцию рассматривают как термоокислительную.
Термоокислительиая деструкция в той или иной степени всегда
протекает при переработке.
С большой долей вероятности при переработке протекает и
деструкция под влиянием высоких напряжений сдвига — меха-
нодеструкция.
И, наконец, некоторые полимеры подвергаются
термогидролизу, т. е. разложению под действием тепла и влаги.
Следует отметить, что по отношению к термоокисличельной
деструкции все термопласты можно разделить па две группы,
нетермочуветвительньге и термочувствительные.
К нетермочувствительпым термопластам относятся по.'итн
лен, полипропилен, полистирол, полиметилметакрилат. полнкар
58

бонат. Они практически не подвергаются термоокислительнон
деструкции при температурах переработки. Так, показатель
текучести расплава (см. с 63) после термического воздействия
увеличивается для ПММА от 1,45 до 2.04 г/мин, для ПС от 1,65
до 2,37 г/10 мин, для поликарбоната от 0,76 до 0,71 г/10 мин,
т. е. весьма незначительно. Другими словами, текучесть этил
термопластов в результате термического воздействия почти не
изменяется. Увеличение же текучести объясняется уменьшением
молекулярной массы полимера. Если текучесть изменяется мало,
то, очевидно, и молекулярная масса в результате термического
воздействия на полимер уменьшается незначительно. Это
свидетельствует о термической стабильности расплавов данных
термопластов.
К термочувствительным термопластам относятся поливинил-
хлорид, полиамиды, ацетилцеллюлозные этролы. Рассмотрим в
качестве примера процесс термоокислительного разложения
поливинилхлорида.
Термоокислительная деструкция поливинилхлорида
протекает по схеме:
1) отщепление хлористого водорода—дегидрохлорирование
CHCI—СН2-СНС1—СН2 —¦*¦
-а-
СНС1—СН2—СН—СН2
•¦• -СНС1 -СН2—СН—СН2 —-
—н-
—*• CHCI—СН = СН—СН2 +НС1
2) участие образовавшихся свободных радикалов в реакциях
окисления и деструкции макромолекул
R- + —сна—сн2—сна—сн2
—wrh + —сна—сн2- -са—сн2—
—сна—сн2—са—сн2—+о, —^
—>j —сна—сн2—са -сн2—
00-
СНС1-СН2-СС1—СН2— - + RH —>¦
00-
—^ —сна—сн2—са—сн2— + r.
ООН
59

3) распад образовавшихся нестоиких гидропероксидных групп
и разрыв молекулярной цепи
СНС1—СН2—СС1—СН2 —¦*-
I
ООН
—>¦ CHCI—СН2—СС1—СН2 + -ОН
I
6-
СНС1—СН2—СС1—СН2—СНС1—СН2 —¦
!
6-
—.- CHCI—СН2—СС1 + СН2—СНС1~СНо
II
о
СН—CHCI—СН2 —*¦ СН2 = СН—СН2 +С1-
Выделяющийся в результате дегндрохлорирования
хлористый водород служит катализатором этой реакции, т. е. деструк
ция является автокаталитической реакцией. Поэтому при пере
работке поливпнилхлорида в состав рецептур всегда вводят
стабилизаторы—акцепторы хлористого водорода. Например,
стабилизатор стеарат бария связывает НС1 по схеме.
(С17Н;MСООJВа + 2НС1 —- ВаС12 + 2С17Н35СООН
Для торможения окислительных процессов в состав рецептур
включают антиоксиданты.
Термоокислительный гидролиз может протекать в гетероцеп-
ных полимерах, имеющих в составе макромолекул амидные,
сложноэфирные и другие связи. Например, термогидролиз
полиамида протекает по схеме:
СН,--СН2—С—NH—СНо—СН2 + Н2О —*-
II
О
—*» СН2—СН2—С—OH + H2N—СН,—СН,
II
о
Термогндролнз соединений, содержащей сложноэфирные сня
зи. протекает по схеме:
¦•¦ --CH-v-CHo О -С—СНо—СНо- + Н2О -
II
о
— СНа—СН2—ОН + НО—С—СНа—СНа
II
О
GO

Для предотвращения термодеструкции таких полимеров их
перед переработкой подвергают сушке. Так, полиэтилентереф-
галат, поступающий на переработку, содержит влаги не более
0,05%, полиамид 6—0.1%, ацетилцеллюлозный этрол—0.1%,
юрмопластичные полиуретаны — 0.05% ¦
Механическая деструкция является одним из наиболее
практически важных видов деструкции. Она протекает в результате
воздействия механических усилий, которые возникают при
механической обработке полимеров (вальцевание. измельчение,
прессование, каландрирование и т. д.). Растепление отдельных
снязей в макромолекулах, оказавшихся в зоне случайной
концентрации механических усилий, происходит вследствие того,
что энергия, необходимая для перемещения макромолекул,
становится больше энергии химических связей. Разрыв
химических связей происходит из-за неравномерности распределения
напряжений по отдельным связям и существования
«перенапряженных» участков цепей, на которых истинные нагрузки близки
к предельной прочности химических связей на разрыв.
Перенапряжения возникают вследствие различий в напряжении и
силах внутреннего трения, действующих на отдельные сегменты
макромолекулы.
Разрыв связей при механической деструкции большинства
полимеров происходит по свободнорадикальному механизму.
Первичные радикалы в момент своего образования обладают
избыточной энергией, которая выделяется в результате
сокращения участков упруго напряженной цепи после разрыва.
Избыточной энергии достаточно, чтобы вызвать распад активных
радикалов с образованием низко.молекулярных соединений,
главным образом, мономеров, а также летучих продуктов. При
механической деструкции могут протекать и радикальные
реакции передачи атома водорода и распада вторичных радикалов.
Первичные и вторичные радикалы могут легко присоединять
молекулу кислорода и переходить в пероксидиую форму.
Таким образом, первичные радикалы всегда инициируют
химические превращения, направление которых определяется
свойствами полимера, среды и добавленных мономерных
соединений. В линейных и сетчатых полимерах появляются новые
концевые группы, изменяется количество разветвлений и
сшивок; в смесях полимеров образуются блок-сополимеры; в
системах полимер — мономер возникают новые функциональные
группы или инициируется полимеризация и т. д.
На этих реакциях основаны механохимические процессы
модификации полимеров, регенерации сетчатых полимеров,
синтез полимеров с заранее заданными свойствами. В некоторых
случаях реакции деструкции используют для снижения
молекулярной массы полимера с целью облегчения переработки его в
изделия.
61

2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОПЛАСТОВ
Технологические свойства характеризуют перерабатываемость
пластмасс в изделия, а эксплуатационные — поведение изделий
в процессе их применения (см. гл. 1).
Выбор метода переработки полимеров и расчет оптимальны*
технологических параметров проводится с учетом таких
технологических характеристик, как показатель текучести расплава,
рлажность, термостабильность, гранулометрический состав,
усадка и др. Знание этих характеристик дает возможность
правильно выбрать температуру и давление переработки,
рассчитать размеры формы, загрузочных камер, материального
цилиндра. Все это обеспечивает необходимое качество готовых
изделий, а следовательно, их эксплуатационные свойства.
Текучесть является важнейшей технологической
характеристикой полимерных материалов.
Текучесть — способность полимерных материалов к вязкому
течению под действием тепла и давления. Текучесть численно
равна обратной величине вязкости. Наиболее полная оценка
текучести может быть дана с использованием реологических
уравнений, но на практике для оценки меры текучести
термопластов пользуются показателем текучести расплава (ПТР),
измеряемым методом капиллярной вискозиметрии при
стандартных условиях.
Рис. 2.6. Экструзионный пластомер для определения показателя текучести
расплава термопластов:
/ — чкгтручиоииан камера; '2 колый поршень, .7 — намранляющаи голопка: -/ кппнллн]*

Показатель текучести расплава определяют в экструзионном
пластомере (рис. 2.6), измерительный узел которого состоит из
обогреваемой экструзионной камеры /, полого поршня 2 с
направляющей головкой 3, капилляра 4 и дополнительного груза.
Дополнительный груз укладывается на втулку, находящуюся
в верхней части штока поршня, что создает необходимое
давление при испытании. Определенная температура обеспечивается
электронагревателем с автоматическим бесконтактным
регулятором. Определение показателя текучести расплава проводят
следующим образом.
Перед началом испытания экструзионную камеру и поршень
выдерживают в течение 15 мин при температуре испытания.
После этого в цилиндр загружают навеску испытуемого
термопласта и уплотняют ее. Опускают поршень с грузом. После
наложения груза материал начинает выдавливаться через
капилляр. Первую порцию материала срезают и отбрасывают, а
последующие порции срезают, замеряя время течения расплава.
Срезанный пруток материала взвешивают.
За показатель текучести расплава принимается масса
полимера, выдавленная в течение 10 мин через стандартное сопло
под определенным давлением груза и при заданной температуре.
Показатель текучести расплава (ПТР) рассчитывают по
формуле
= ш//т, B.17)
не т масса экструдируемыч отрезков, г; т--интервал времени между
двумя последовательными отсечениями отрезков, с; '—стандартное время, с
(чаще всего стандартное время равно 600 с).
Показатель текучести расплава является сравнительной
характеристикой, по которой проводится предварительный выбор
метода переработки термопластов. Однако необходимо
отметить, что значения ПТР для различных термопластов не всегда
сравнимы между собой, так как определение проводится при
различных температурах и давлениях. Например, литьем под
давлением можно перерабатывать полимеры с ПТР от 1,2 до
3 г/10 мин, экструзией от 0,3 до 1,2 г/10 .мин, а для нанесения
покрытий пригодны полимеры с ПТР более 7 г/10 мин. Следует
иметь в виду, что по показателю ПТР вязкостные свойства
различных полимерных материалов непосредственно сравнивать
нельзя, потому что значения ПТР условны, н подбирая
определенный температурный режим, можно изменять вязкость
расплава в широких интервалах, что позволяет высоковязкие
полимеры перерабатывать литьем под давлением, а низковязкие —
экструзией. Для сравнительной оценки показателей ПТР и
вязкости предварительно по известным значениям ПТР
рассчитывают вязкость полимеров при требуемой скорости сдвига и
тогда по результатам расчета сравнивают данные показатели.
63

Содержание влаги и летучих веществ в материале оказывает
большое влияние на процесс переработки и качество готовых
изделий.
Содержание влаги и летучих веществ регламентируется
ГОСТ на данный полимер и для термопластов обычно
составляет сотые доли процента. Наличие влаги сверх нормы может
явиться причиной получения бракованных изделий. Так, при
экструзии и литье под давлением в изделиях могут
образовываться поры, пузыри, ухудшаться внешний вид, появляться на
поверхности серебристые полосы. При вальцевании или каланд-
ровании происходит проскальзывание полимера на поверхности
валков.
Кроме того, .могут снижаться физико-механические
показатели изделий, ухудшаться электроизоляционные свойства.
Например, при переработке влажного поликарбоната, полиэтиленте-
рефталата и других полимеров уменьшается их термостойкость.
Увеличение содержания влаги может происходить при
транспортировании материалов в открытой таре или при длительном
хранении в сырых помещениях, главным образом, за счет
гигроскопичности полимеров (адсорбционная влага) пли конденсации
се на поверхности материала (внешняя влага).
Содержание летучих веществ зависит от содержания в
полимерах остаточного мономера и низкокипящих пластификаторов,
которые при температуре переработки могут переходить в
газообразное состояние.
Существует несколько методов определения влаги, причем
для каждого конкретного полимера данный метод
регламентируется ГОСТ.
Наиболее простым методом определения содержания влаги
и летучих веществ является весовой метод, который
заключается в высушивании материала в термошкафу или под лампой
инфракрасного света до постоянной массы при определенной
температуре. Расчет власодержания (в %) проводят по
формуле
2 ^т B.18)
еде /но — масса напески полимера до просушки, г; /и,--масса навески поли
мера после просушки, г
Этот метод применяется для полимеров, стойких к
повышенной температуре. Для многих термопластов широко для
определения влаги используют метод Фишера, основанный ну
титровании свободной влаги реактивом Фишера (реактив Фишера
представляет собой раствор диоксида серы, иода и пиридина
в метаноле). Конец титрования определяю]
электрохимически— с помощью погенциомечрического титрования или визу
ально— по изменению окраски. Метод Фишера позволяет быст
64

ро и точно определить любое количество воды в полимерном
материале.
Содержание влаги и летучих веществ определяется перед
переработкой полимерных материалов, чтобы правильно
выбрать параметры изготовления изделий и определить
необходимость подсушки материала.
Под термостабильностью (термостойкостью)
подразумевается способность полимерного материала не разлагаться и не
изменять внешнего вида при повышенных температурах без
нагрузки.
Формование изделий проводят при заданной температуре в
течение определенного времени. Следовательно,
термостабильность дает возможность определить верхний температурный
предел переработки термопластов.
Термостабильность определяют методами термогравиметрии
и дифференциального термического анализа. При термограви-
метрни испытание проводят как в изотермических, так и в не-
изотермнческих условиях, т. е. при непрерывном повышении
температуры с определенной скоростью.
Количественной характеристикой термостабильности
является температура То, при которой начинается интенсивная потеря
массы образца, или температура Т{, при которой потеря массы
составляет определенную долю от исходной массы образца.
Термостабильность зависит также от продолжительности
выдержки полимера прн повышенной температуре. Поэтому более
полную характеристику термостабильности можно получить с
помощью изотермической термогравнметрии, при которой
определяют изменение массы во времени при постоянной
температуре. Такие измерения в широких интервалах температур и
различной продолжительности их действия позволяют оценить
термостойкость в любом температурно-временном режиме.
Дифференциальный термический анализ основан на том, что
химические превращения полимера сопровождаются тепловыми
эффектами, следовательно, он позволяет более точно определить
температуру начала интенсивных химических реакций,
протекающих в полимере. Прн определении термостойкости большое
значение имеет среда, в которой находится полимер (например,
присутствие кислорода ускоряет деструкцию).
Для определения временной термостойкости применяют
специальный прибор — дериватограф, который позволяет
фиксировать изменение массы образца и тепловой эффект химических
превращений во времени при заданной температуре.
Наименее термостабильным полимером является полнвипн.т
хлорид. На практике испытание поливинилхлорида на
термостойкость проводят следующим образом: поливинилхлорид
помещают в пробирку, нагревают до температуры 180°С и
отмечают время, за которое происходит изменение окраски
5-81 «.

индикаторной бумажки. Термостойкость характеризуется
временем при заданной температуре и должна составлять не менее
20 мин.
Для повышения термостойкости в полимеры вводят
стабилизаторы, которые замедляют термическую и термоокислительную
деструкцию.
Термостойкость некоторых полимеров приводится ниже:
Полпеннилхлорид
Полипропилеи
Полистирол
Полиэтилен
Политетрафторэтилен
Го .'С
170
300
310
320
400
г, ,°с
270
380
365
405
500
Прниечакне. Прн темггературе /\ потеря систанля*
ет '/з массы образца.
Гранулометрический состав характеризуется содержанием
частиц разных размеров в порошкообразных и гранулированных
материалах и оценивается по дисперсности и степени
дисперсности. Размер частицы измеряется в миллиметрах или
микронах, а степень дисперсности выражается в процентах и
показывает наличие частиц определенного размера в данном
количестве материала.
Гранулы могут иметь самую разнообразную форму: цилиндра,
шара, чечевицы, куба, прямоугольной пластинки. В одной
партии материала форма гранул должна быть одинаковой, а их
размеры максимально приближены, т. е. материал должен быть
однородным.
Однородность материала определяется разностью размеров
отдельных частиц. Чем меньше разность, тем однороднее
материал и, следовательно, наиболее пригоден для переработки в
изделия.
Оптимальный размер гранул зависит от вида материала и
метода его переработки: с повышением температуры плавления
полимера размер гранул рекомендуется уменьшить. Для
термопластов, перерабатываемых в изделия методом литья под
давлением и экструзией, размер гранул должен находиться в преде
лах 2—5 мм; для экструзии тонкостенных труб и профилей, а
также для литья под давлением на машинах малого размера —
1,5—3,0 мм; для формования изделий методом спекания 0,1 —
0,4 мм. Гранулометрический состав (форма и размеры гранул)
определяют насыпную массу, насыпную плотность, сыпучесть,
коэффициент теплопроводности, скорость плавления и другие
свойства,'а следовательно, и качество отформованных изделий.
Производительность оборудования возрастает
пропорционально увеличению насыпной массы гранулированного
материала.
66

Размер частиц можно определить микрометрическим
методом, а степень дисперсности — ситовым анализом. Ситовом
анализ является наиболее простым методом, который
заключается в рассеивании навески материала на фракции через набор
стандартных сит. Отдельные фракции взвешивают,
рассчитывают их выход в процентах и по полученным данным строят
график, характеризующий гранулометрический состав полимерного
материала.
Для характеристики размеров частиц ряда промышленных
термопластов (поливинилхлорида, полистирола) нормируется
остаток на сите с определенным размером отверстии. Остаток
материала на сите (в %) рассчитывается по формуле
Х~- -^--100, B.19)
где и — остаток материала на сите, г; я/л - навеска материала, взятого для
анализа, г
Предварительное гранулирование термопластов позволяе!
получать полимерные материалы с узким гранулометрическим
составом, что значительно облегчает их переработку в изделия
и дает возможность получать изделия с высокими техническими
показателями.
Таким образом, применение гранулированных полимеров
имеет ряд преимуществ: повышение производительности
процессов переработки в результате повышения плотности материала
и улучшения процессов теплопередачи; упрощение дозировки,
повышение ее точности и равномерности подачи материала;
повышение качества и стабильности показателей готовой
продукции; сохранение материалами сыпучести в условиях
длительного хранения, облегчение их транспортирования; устранение
запыленности в производственных помещениях и улучшение
условий труда; снижение потерь материала; уменьшение объема
складских хранилищ и промежуточных емкостей; возможность
полной автоматизации процессов некоторых методов
переработки.
Усадка полимерных материалов характеризует уменьшение
размеров отформованного изделия при его охлаждении. Усадка
происходит в результате изменения структуры, разупорядочива-
ния ориентированного полимера, т. е. обусловливается, главным
образом, релаксационными явлениями в материале.
Усадка термопластов зависит, в основном, от технологии
их переработки. Например, при получении изделий методом
литья под давлением она связана с интенсивным охлаждением
расплава в литьевой форме, а затем изделия вне формы.
Усадка в форме проходит в две стадии: на первой — объем
материала уменьшается вследствие понижения его температуры и
увеличения плотности; на второй — усадка кристаллизующихся

полимеров определяется скоростью и полнотой кристаллизации,
а аморфных полимеров — уменьшением объема только в
результате понижения температуры.
При решении практических задач пользуются
технологической усадкой (расчетной), которая необходима при
конструировании изделий и формующего инструмента. Технологической
усадкой называют абсолютное или относительное уменьшение
размеров изделия по сравнению с соответствующими размерами
оформляющей полости формы. Усадку определяют путем
сравнения размеров отформованного образца с размерами формы
при температуре 23±2°С. Режим формования образцов и тре
бования к их качеству регламентируются соответствующим
ГОСТ на определенный материал. Образцы испытывают не
ранее, чем через 16 ч и не позднее 24 ч с момента их
изготовления.
Усадку в (%) рассчитывают по формуле
У= -^у^-.ЮО, B.20)
где / -- ра.чмер оформляющей части фирмы, мм; Л — размер отформованко
го обралка, мм
Для испытания применяют образцы в виде диска или бруска
стандартных размеров. Технологическая усадка (в %)
некоторых термопластов приведена ниже:
Материал Материал
Полиэтилен ВД 1,5—3.0 Полистирол 0,4—0.(>
Полиэтилен НД 2.5—5.0 Полиметилметакрилат 0,5—1,0
Полипропилен 1,3—3.5 Поликарбонат 0,6—0,Я
Лолнннннлллорнд ненла- 0.1—0,6 Полиформальдегид 2,1—3,0
стнфнцнронминын Полиамиды 1,0—2,0
Технологическую усадку определяют также с целью
сравнительной оценки технологических свойств разных типов, марок
и партий полимерных материалов при контрольных, приемочных
(маркировочных) и арбитражных испытаниях.
2.3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕРМОПЛАСТЫ
К основным промышленным термопластам, относятся пол иоле-
фины (полиэтилен, полипропилен), поливинилхлорнд,
полистирол, акриловые полимеры (полиакрилаты, полиметакрилаты
и др.), фторопласты, простые и сложные полиэфиры
(полиформальдегид, полпэтилентерефталат, поликарбонат), полиамиды
и другие полимеры.
68

2.3.1. Полиолефины
Полиэтилены (—СНг—СНг—)п получаются полимеризацией
этилена при высоком, низком и среднем давлении. В
зависимости от этого различают полиэтилен высокого давления (ПЭВД)
или низкой плотности, полиэтилен низкого давления (ПЭНД)
или высокой плотности и полиэтилен среднего давления
(ПЭСД).
Полиэтилен легко перерабатывается экструзией и литьем
под давлением, так как он имеет относительно низкие темпера
туру плавления и вязкость расплава при рабочей температуре.
Вязкость расплава характеризуется показателем текучести
расплава.
Промышленность выпускает большое количество базовых
марок полиэтилена высшего, 1-го и 2-го сортов (более 100
марок).
При обозначении марок первая цифра указывает процесс полимеризации
чтилена; вторая и третья цифры — порядковый номер базовой марки;
четвертая цифра — степень гомогенизации; пятая цифра соответствует плотности
полиэтилена; остальные три цифры, написанные через дефис --
десятикратному значению ПТР. Например, в обозначении марки 10204-003 цифра 1 соот
иетстнует полимеризации этилена при высоком давлении; 02--номеру
базовой марки; 0—без гомогенизации в расплаве; 4— плотность полиэтилена
it пределах 922—926 кг/м3; 003— ПТР равен 0.3 г/10 мин.
Полиэтилен легко формуется и сваривается в изделия
сложных форм, он стоек к ударным и вибрационным нагрузкам,
химически стоек, отличается высокими электроизоляционными
показателями, имеет низкую плотность. При наполнении
полиэтилена коротким стеклянным волокном его свойства
значительно улучшаются. При степени наполнения 20% возрастает
прочность при растяжении в 2,5 раза, при изгибе в 2 раза,
ударная вязкость — в 4 раза и теплостойкость — 2,2 раза.
Полиэтилен применяется для изоляции проводов и кабелей,
как диэлектрик в высокочастотных и телевизионных установках.
Из него изготавливают емкости для хранения агрессивных
веществ, трубы, конструкционные детали, арматуру и т. д., а
также пленки технического и бытового назначения.
На основе полиэтилена высокого и низкого давления
изготавливают композиции для изоляции, оболочек и защитных
покровов проводов, кабелей методом экструзии.
Можно изготавливать композиции с разнообразными
свойствами: самозатухающие, стойкие к растрескиванию, с высоким
электрическим сопротивлением, электропроводящие,
антистатические, для производства труб, пленки, технических изделий,
детских игрушек и г. д.
На основе полиэтилена с полинзобутиленом выпускаются
композиции, обладающие повышенными диэлектрическими
показателями.

Полипропилеи ( СН2—СН -)„ получается полимеризацией
i
СН.Л
пропилена. Это бесцветный полимер, отличающийся
относительно высокой износостойкостью, хорошими
электроизоляционными свойствами, которые практически мс изменяются во
влажной среде. Он применяется в электротехнике, для изготовления
деталей машин, бытовых изделий, контейнеров, синтетических
волокон, пленок.
На основе полипропилена выпускаются различные
композиции: с добавкой каучука — повышенной морозостойкости; с
добавкой асбеста — повышенной теплостойкости; с добавкой
диоксида титана—светотехнические композиции для изготовления
рассеивателей светильников, отражателей и других изделий.
Поли-4-метилпентен-1 (—СН2—СН — )„ получается полнме-
СН2-СН—СН.,
!
сн3
ризацней 4-метилпеитена-1. Полимер характеризуется низкой
плотностью, высокой прозрачностью, высокой теплостойкостью
и хорошими диэлектрическими свойствами. Он может
перерабатываться в изделия литьем под давлением, экструзией и
другими способами.
2.3.2. Поливинилхлорид
Поливинилхлорид (—СН2—СН—) „ получается полимеризацией
С!
вмнилхлорида в эмульсии, суспензии, а также в массе (блоке).
Промышленность выпускает большое количество базовых
марок поливипилхлорида.
При обозначении марок первая буква показывает способ проведения
полимеризации (С — суспензионный, Е — эмульсионный, М — массовый),
цифры, показывают нижний предел значения константы Фикентчера;
буква Т означает термостнбилизированный, букна П -- применяется для шготов-
ления паст. Например, ПВХ-С74, ПВХ-С70Т; ПВХ-Е74Н; ПВХ-М.
На основе поливииилхлорида выпускаются жесткие и мягкие
материалы.
Жесткий материал — винипласт получается путем
пластикации смеси поливинилхлорида со стабилизаторами,
смазывающими веществами, красителями. Винипласт имеет более высокую
прочность к статическим нагрузкам по сравнению с
полиэтиленом, большую твердость и незначительную ползучесть. Он
.химически стоек, хорошо склеивается, сваривается, но формуется
труднее, чем полиэтилен.
70

Винипласт применяется в качестве конструкционного
зионностойкого материала в химической промышленности для
изготовления трубопроводов, ванн, емкостей, футеровки
аппаратов и т. д. Широко используется в системах водоснабжения,
мелиорации, канализации, как отделочный материал в
строительстве, в качестве упаковочного материала в пищевой
промышленности, для бытовых товаров.
Мягкий материал — пластикат получается на основе
пластифицированного полнвинилхлорида. В зависимости от
назначения он может содержать стабилизаторы, смазывающие
вещества, пигменты, наполнители. Пластикат легко формуется и
сваривается, обладает высокими электроизоляционными
показателями, стойкостью к истиранию, что обеспечивает его широкое
применение в качестве изоляции, уплотняющих прокладок,
мягкой тары, трубок, шлангов, пленок, профильных и
погонажных изделий и т. д.
Винипласт и пластикаты выпускаются в виде гранул,
пленок, лент, труб, листов. Их марки различаются рецептурой и
количеством вводимых добавок
Винипласт листовой выпускается различных типов: ВН —
непрозрачный, получаемый прессованием; ВНЭ—непрозрачный,
получаемый экструзией; ВП — прозрачный; ВД — листы
декоративные. Гранулированный винипласт применяется для
изготовления тары, используемой для упаковки технических продуктов
(бензина, скипидара, машинного масла к т. д.).
Широко используются трубы из винипласта различных
марок.
Пластикаты для изоляции и защитных оболочек проводов и
кабелей выпускаются различных типов; И — изоляционный,
!1Т — изоляционный термостойкий, ИО — изоляционный и для
оболочек, О — для оболочек. Гранулированным пластикат
применяется для получения изделий различного назначения
метолом литья под давлением и экструзией. Из него изготовляют
гибкие трубки, шланги, пленки для упаковки различных
продуктов, в сельском хозяйстве и т. д.
2.3.3. Полистирол
Полистирол (—СН2—СН—)„ получается полимеризацией стнро-
,та блочным, эмульсионным и суспензионным способами.
Промышленность выпускает более 20 марок полистирола
различного назначения, а также широкий ассортимент полнетн-
рольных пластмасс (пластиков)
Полистирол легко формуется, он оптически прозрачен,
отличается химической стойкостью, его диэлектрические свойства
71

близки к свойствам полиэтилена. По прочности к статическим
нагрузкам полистирол мало уступает винипласту, но более
хрупок, горюч.
Полистирол применяется как конструкционным и
декоративный материал для изготовления предметов народного
потребления. Полистирольные пленки и нити применяют в
электротехнике.
Полистирольная упаковка широко используется для пищевой
и медицинской промышленности.
К недостаткам полистирола следует отнести его небольшую
механическую прочность (ударную вязкость), склонность к
старению и сравнительно низкую теплостойкость. Для устранения
этих недостатков полистирол модифицируют каучуком, в
результате чего получают ударопрочный полистирол, сополимеризуют
с другими мономерами и наполняют различными
наполнителями.
Сополимеризацией стирола с метилметакрилатом получают
сополимер (МС), обладающий высокой прозрачностью,
хорошими оптическими свойствами.
Сополимеризацией стирола с метилметакрилатом и акрило-
питрилом получают сополимер (МСН) окрашенный и
наполненный, который обладает хорошей рассеивающей способностью,
улучшенными прочностными свойствами.
Сополимеризацией стирола с акрилонитрилом получают
сополимер (САН), который обладает более высокой
теплостойкостью, прочностью при растяжении, сопротивлением к
растрескиванию и агрессивных средах.
Наиболее перспективным является АБС-пластик — тройной
сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола. АБС-пластик
характеризуется значительно более высокими прочностными
показателями, жесткостью, стойкостью к действию
динамических нагрузок.
Ударопрочный полистирол применяют для изготовления
корпусов и деталей бытовых и промышленных холодильников,
электроприборов, емкостей.
Сополимеры стирола используют в производстве труб,
крупногабаритных деталей автомобилей, приборов теле- и
радиоаппаратуры, телефонов, подфарников и т. д.
Композиции на основе полистирола, наполнителей и других
добавок служат для получения прессматериалов для
изготовления армированных и неармированных изделий сложной
конфигурации, работающих в поле токов высокой частоты.
Композиции на основе полистирола и фторопластов с
добавком каучука, наполнителей и других добавок выпускаются в
пиле прессматериалов различных марок. Они предназначены
для изготовления высокочастотных деталей любой сложности:
материал, изготовленный на основе сополимера САН с до-
72

бавкой диоксида титана, алюминиевой пудры и других вешесш.
применяется в производстве типографского шрифта и
пробельного материала, пригодных для многократной переработки
B0 раз);
литьевая масса на основе полистирола и ннтрнлыюго
каучука используется для изготовления армированных деталей
высокочастотной аппаратуры и других изделии;
листовой материал на основе модифицированного
наполненного полистирола, облицованного медной электролитической
оксидированной фольгой, применяется для изготовления высо
кочастотного диэлектрика (стиролинк); он отличается
повышенной теплостойкостью и механической прочностью.
Листовые материалы на основе сополимера САН. каучука.
ПВХ и других добавок применяются в качестве
конструкционно-облицовочных материалов.
Композиции на основе АБС-пластика и ПВХ используются
как изоляционный материал для высоковольтной аппаратуры и
других целей.
Рассмотренные термопласты относятся к многотоннажным
полимерам, выпуск которых в мире составляет миллионы тонн.
2.3.4. Политетрафторэтилен
Из фторсодержащнх полимеров наибольшее значение имеют
политетрафторэтилен, политрнфторхлорэтилен, поливинилфто-
рид и поливиннлиденфторнд.
Политетрафторэтилен, или фторопласт-4, (— CF2—CF2—)„
обычно получается полимеризацией тетрафторэтплена в
суспензии и в эмульсин.
Политетрафторэтилен по химической стойкости превосходи!
стойкость всех других полимеров, не горит, биологически
безвреден.
Политетрафторэтилен — один из лучших диэлектриков, его
электроизоляционные свойства мало зависят от частоты тока и
сохраняются во всем интервале температур эксплуатации от
—260СС до 260СС. Он имеет низкий коэффициент трепня.
Все эти свойства обеспечивают его применение в радио- и
электротехнике в качестве изоляционного материала для
проводов, кабелей, конденсаторов, трансформаторов и устройств,
работающих в коррозионных средах, а также при низких и
высоких температурах.
В химической промышленности его применяют для
изготовления труб, прокладок, мембран, вентилей и т. д. Он
используется в космической, авиационном, автомобильной технике, в
машиностроении для изготовления подшипников, работающих
без смазки, а также в пищевой, текстильной, бумажном
промышленности, в медицине.

Перспективно применение в машиностроении различных
композиций фторопластов с бронзой, графитом, стеклянным
волокном, коксом, которые по износостойкости в 500—600 раз выше.
В промышленности выпускают фторопласт-4 и фторо-
пласт-4Д (дисперсионный).
2.3.5. Полиакрилаты
Полиакрилаты получают полимеризацией эфиров акриловой и
метакриловой кислот.
СН3
I
(—СН2—СН—)„ и (—СН2—С—)„
COOR COOR
В промышленности полимеризацию проводят в массе
суспензии или эмульсии и в растворе. Выбор способа
полимеризации определяется требованиями, предъявляемыми к
полимеру, и методом его переработки. Наибольшее практическое
значение имеет полиметилметакрилат.
Полиакрилаты отличаются прозрачностью, прочностью,
химической стойкостью и высоким сопротивлением старению. Они
применяются для производства листовых и пленочных
материалов. Широко используются в медицине, особенно стоматологии,
в оптике.
Полиметилметакрилат, или органическое стекло, широко
применяется как конструкционный материал в приборо- и аг-
регатостроении, для изготовления изделий технического и
бытового назначения, для остекления самолетов, в производстве
светильников. Органическое стекло легко поддается обработке
иа механических станках, вакуум- и пневмоформованию,
склепке, сварке и т. д.
Органическое стекло выпускается различных марок:
конструкционное, техническое, для остекления и светотехническое.
Полиметилметакрилат входит в состав композиций
холодного отверждения, применяемых в литейном производстве,
машиностроении, архитектуре, строительстве и г. д. Герметики на
основе полиметилметакрилата используются для герметизации,
контровки, фиксации резьбовых, гладких и фланцевых
соединений. Компаунды, содержащие метилметакрилат, используются
для заливки и пропитки электрических машин и аппаратов п
герметизации блоков электронной аппаратуры.
К недостаткам полиакрилатов относится их недостаточные
теплостойкость, поверхностная твердость и малая текучесть в
размягченном состоянии. Для устранения этих недостатков
метилметакрилат сополимернзуют с другими мономерами.
74

Сополимеры мегилметакрнлата со стиролом и тронные
сополимеры метилметакрилата со стиролом и акрплопитрнлом
рассмотрены в разд. 2.3.3.
Сополимерпзацней метилметакрнлата с бутплакрилатом
получают сополимер, кото|)ьн"| отличается высоком адгезией и
применяется в медицине.
Сополимерпзацней метилметакрнлата с метнлакрилатом
получают сополимер, который отличается высоком прозрачностью,
устойчивостью к действию повышенных и пониженных
температур
Сополимеры метилметакрнлата применяются для
изготовления технических и бытовых изделий (линзы, футляры, шкалы
и др.) деталей различного назначения в авиа- н автомобильной
промышленности, для изготовления электро- и радиодеталей,
корпусов приборов, частей телефонных аппаратов и др.
2.3.6. Простые и сложные полиэфиры
Полиформальдегид (полиметиленоксид) (—СН2 -О—)„ полу
чается полимеризацией формальдегида (гомополимер) или со-
полимеризацнеп триоксана с диоксоланом (сополимер).
Полиформальдегид — высокомолекулярный полимер белого
цвета, легко окрашивается, теплостоек н ударопрочен, изделия
характеризуются стабильностью размеров даже при
нагревании. Он является одним из наиболее жестких материалов,
обладает высокой стойкостью к истиранию и сжатию, низким
коэффициентом трения, имеет незначительную усадку.
Полиформальдегид применяется в машиностроении для изготовления втулок,
шестерен, труб и других изделии, а также в приборостроении,
электронике.
Большой интерес представляют сополимеры формальдегида
с диоксоланом (СФД) и триоксана с диоксоланом (СТД),
которые отличаются более высокой теплостойкостью.
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) общей формулы (—ОСН2
—ООС—# ^—СО—)„ представляет собой сложный
полиэфир этнлепгликоля и терефталевоп кислоты. В
промышленности ПЭТФ получают по реакции переэтернфикации длметнл-
терефталата этиленглпколем.
ПЭТФ — твердое вещество белого или светло-кремового
цвета с высокими тепло-, морозостойкостью и
физико-механическими характеристиками. Он обладает хорошими
диэлектрическими свойствами, которые сохраняются как в сухом, так и в
мокром состоянии. Полиэтилентерефталат является
.малогидрофильным соединением: при выдерживании в воде при 25°С в
течение педели он поглощает менее 0,5% воды. При этом его

механические свойства практически не изменяются. ПЭТФ
устойчив к действию моли и микроорганизмов.
ПЭТФ применяется в основном в виде пленок и волокон.
Механические свойства пленок мало изменяются в
температурном интервале от —20 до 80сС. .Морозостойкость пленки
достигает — 155СС. Полиэтилентерефталатная пленка способна
выдерживать длительное нагревание при 150°С, не изменяя
существенно своей прочности. Пленки из ПЭТФ почти непроницаемы
для водяных паров и паров органических растворителей, для
кислорода и азота.
Пленки широко используются в производстве конденсаторов
и в качестве пазовой изоляции электрических машин; ее
применяют для звукозаписи, в фото- и кинотехнике, как упаковочный
материал, для теплоизоляции трубопроводов.
Синтетические волокна из ПЭТФ выпускаются в СССР под
названием лавсан. Лавсановые волокна обладают большой
теплостойкостью. Они применяются для изготовления рыболовных
сетей, морских канатов и тканей различного назначения, а
также для изготовления транспортерных лент, ремней, пожарных
рукавов, фильтровальных тканей, брезента.
Поликарбонаты общей формулы [—О—R—ОСО—]„
представляют собой сложные полиэфиры угольной кислоты и
ароматических дигидроксисоединенип. В промышленности
поликарбонаты получают по реакции поликопденсации (переэтерифика-
ция, или фосгенирование).
Поликарбонаты — высокоплавкие, термостойкие полимеры
белого цвета. Они обладают высокими прочностными
характеристиками; изделия из них отличаются высокой стабильностью
размеров. Диэлектрические показатели не изменяются даже
при повышенной температуре. Некоторые поликарбонаты
оптически прозрачны, устойчивы к действию УФ-лучей,
микроорганизмов. Поликарбонат применяется в электротехнике в качестве
ограничителей, защитных экранов, из него изготавливают
телефонные аппараты, плиты для печатных схем, чертежного
оборудования, защитных шлемов, шахтерских касок, детали
вычислительной техники, вентиляторы, детали холодильников, кухонную
утварь, посуду и т. д. В медицине он используется для
изготовления фильтров для крови, корпусов бормашин. В СССР
поликарбонат выпускается под названием дифлон. Особый
интерес представляют поликарбонатные пленки, которые
отличаются большой гибкостью, прочностью и стабильностью
размеров. Пленки имеют высокую электрическую п ючность.

2.3.7. Полиамиды
Полиамиды представляют собой гетероцепные полимеры, содер
жащие в основной цепи макромолекулы повторяющиеся амид
ные группы —CONH—. В промышленности полиамиды
получают по реакциям поликонденсации из диаминов и дикарбоиовых
кислот, поликонденсацией ш-аминокислот, и ступенчатой
полимеризацией из лактамов.
Наибольшее практическое значение имеют полиамид 6
(капрон), полиамид 6.6 (анид), полиамид 6,10 и полиамид 12.
Полиамид 6( П-6) получается полимеризацией е-капролактама.
Полиамид 6,6 (П-6,6) получается поликонденсацией гексамети-
лендиамина и адипиновой кислоты (соль АГ). Полиамид 6,10
(П-6,10) получается поликонденсациеп гексаметилендиамина и
себациновой кислоты (соль СГ). Полиамид 12 (П-12)
получается полимеризацией ы-додекалактама.
Это твердые рогообразные продукты беловатого цвета с
высокой температурой плавления. Они обладают хорошими
физико-механическими свойствами, весьма стойки к истиранию,
имеют низкий коэффициент трения, устойчивы к солнечной
радиации, гнилостным бактериям, щелочам, маслам, бензину.
Применяются для изготовления детален машин (шестерен,
подшипников, втулок и др.), в производстве электрической аппаратуры,
проводов и кабелей. Полиамиды можно подвергать холодной
нытяжке, что обусловливает их применение в производстве
синтетических волокон и пленок.
Для повышения стабильности свойств в условиях
повышенных температур и водостойкости в полиамиды вводят различные
наполнители. Так, при введении до 30—33% от массы
полимеров стеклянного волокна механическая прочность и
теплостойкость возрастают в 2—3 раза; значительно уменьшается
ползучесть и повышается износостойкость. Промышленностью
выпускаются также высокопрочные полиамиды, армированные
стеклянной тканью E0—70% по массе). В качестве дисперсных
наполнителей применяют графит, тальк, кварц (от 1,5 до 60%)-
При этом улучшаются антифрикционные, электроизоляционные
свойства, уменьшается деформация под нагрузкой.
Композиции на основе полиамнда-6, наполненного графитом,
применяются для изготовления изделий антифрикционного и
конструкционного назначения, работающих в узлах трения с
ограниченной смазкой или без смазки.
Полиамиды, наполненные стеклянным волокном,
используются как электроизоляционные и конструкционные материалы.
Выпускаются также композиционные материалы на основе
полиамидов с органическими и неорганическими наполнителями
различных марок, применяемые для производства изделий
технического назначения.

2.3.8. Полиуретаны
Полиуретаны представляют собой гетероцепные полимеры,
содержащие в основном цепи макромолекулы повторяющиеся
уретаповые группы —NH—СОО—. В промышленности
полиуретаны получают ступенчатом полимеризацией из нзоцианатов и
многоатомных спиртов.
Полиуретаны стойки к воздействию агрессивных сред,
имеют низкое влагопоглощенне, достаточную морозостойкость,
хорошие адгезионные свойства н высокую износостойкость. Все
эти свойства обеспечивают широкое применение их в народном
хозяйстве; из них изготавливают устойчивые к старению
волокна и пленки. Для получения защитных покрытий и эмалирования
проводов используют полиуретановые клен и лаки, которые
обладают высокой теплостойкостью, водо- и атмосферостойко-
стью.
Полиуретаны отличаются высокой стойкостью к истиранию,
что очень важно при изготовлении из них таких изделий, как
шины, конвейерные ленты для горнодобывающей
промышленности, в производстве обуви и т. д.
Из полиуретанов изготавливают также изделия для радио-
и электротехники. Основное их применение в производстве
пенополиуретанов, которые выпускаются в виде эластичных,
полужестких и жестких материалов.
2.3.9. Этролы
Пластмассы на основе сложных и простых эфиров целлюлозы
называются этролами. Для изготовления этролов применяют
ацетаты, ацетобутираты, нитраты целлюлозы и этнлцеллюлозу.
Этролы имеют хорошие физико-механические свойства, долго
сохраняют глянец на полированной поверхности Они стойки к
действию воды, растворов солей, нефтепродуктов, минеральных
масел, разбавленных кислот. Из этролов изготавливают
штурвалы, подлокотники, приборные щитки, кнопки и другие детали
для автомобилей, самолетов, кораблей и т. д. Их применяют в
производстве деталей телефонных аппаратов, в радио- и
электротехнике, телевизорах, для канцелярских изделий, оправ для
очков и различных галантерейных нчделий
В промышленности в зависимости от рецептуры и
назначения выпускаются этролы различных марок, например: для
автомобильной промышленности; для изготовления деталей
методом экструзии; для автомобильной промышленности с
повышенной морозостойкостью.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
2.1. Что такое термопласты? Чем они отличаются от реакто-
пластов?
2.2. Что такое физическое состояние полимера?
2.3. Чем различаются термоме.ханические кривые
кристаллического и аморфного полимеров?
2.4. Объясните физический смысл закона вязкого течения
Ньютона.
2.5. В чем заключается неньютоновский характер течения
расплавов полимеров?
2.6. Объясните физический смысл эффективной вязкости
расплава полимера.
2.7. Объясните физический смысл энергии активации
вязкого течения расплавов термопластов. Какое практическое
значение имеет этот показатель для их переработки?
2.8. Как зависит вязкость расплава от молекулярной массы
полимера?
2.9. В чем проявляются высокоэластические свойства
расплавов полимеров?
2Л0. Назовите основные теплофизические свойства
полимеров.
2.11. Какие виды деструкции являются преобладающими при
переработке термопластов? Каков механизм деструкции
поливинил хлорида?
2.12. Какими показателями характеризуются технологические
свойства термопластов?
2.13. Как определяется ПТР?
2.14. Каким образом влияет ПТР на выбор режима
изготовления изделий из термопластов?
2.15. Какое значение имеет гранулометрический состав з
процессе переработки термопластов?
2.16. Каково значение показателя усадки?
2.17. Как влияет содержание влаги н летучих па
переработку термопластов в изделия?
2.18. Какие промышленные термопласты Вы знаете?
2.19. В каких отраслях промышленности можно применять
изделия из полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола?

ГЛАВА 3
ВАЛЬЦЕВАНИЕ И КАЛАНДРОВАНИЕ
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ВАЛЬЦЕВАНИЯ
И КАЛАНДРОВАНИЯ
Вальцевание и каландрование — одни из основных методов
переработки полимеров.
Валковое оборудование в первой половине прошлого
столетня было применено для переработки резиновых смесей. С
развитием производства пластических масс процессы вальцевания
и каландрования нашли широкое применение в переработке и
этих материалов. Валковые машины применяются при
получении листов и пленок на основе поливииплхлорида, поливинил-
хлоридного пластиката, в производстве ацетилцеллюлозных
этролов, фенольных пресс-материалов и г. д.
Схема вальцевания и калапдрованпя приведена на рис. 3.1.
При вальцевании (рис. 3.1, и) перерабатываемый материал
подается в область / над зазором вращающихся навстречу друг
другу разогретых до определенной температуры валков.
.Материал захватывается валками и увлекается в межвалковый зазор
2, где подвергается деформированию. Для увеличения
интенсивности деформирования валки вращаются с различными
скоростями, при этом скорость вращения заднего валка »2 выше
скорости вращения переднего валка ii\. Отношение Пг/''i
называется коэффициентом фрикции, или просто фрикцией.
Величина фрикции для вальцов различного назначения составляет or
1.11 до 1,35. После выхода из зазора материал обычно
переходит на медленно вращающийся передний валок. Передний валок
называют также рабочим, а задний валок — холостым.
Вальцы могут работать в периодическом или непрерывном
режиме.
При периодическом режиме работы вальцов порция материа-
ia загружается в область / и обрабатывается в течение времени
вальцевания. Далее слон материала на рабочем валке
подрезается ножом, перемещающимся вдоль его образующей, и готовый
материал снимается с поверхности валка в виде листа.
При непрерывном режиме работы вальцов материал
постоянно подается в один из концевых участков области /,
простирающейся вдоль всей длины валков. При вальцевании
материал непрерывно смещается вдоль оси валка и срезается
специальным ножом в виде ленты.
В технологии переработки пластмасс вальцевание
применяется для смешения отдельных ингредиентов с полимером и
гомогенизации смеси, для пластикации материала перед его
дальнейшей обработкой, например перед каландрованнем, д.тя

изготовления полуфабрикатов (пленок, листов), в производстве
пресс-порошков на основе фенолоальдегидных смол и др.
При каландровании материал в вязкотекучем состоянии
загружается в область / и последовательно проходит зазоры
2', 2" и 2'" между валками каландра (рис. 3.1, б), в
результате чего образуется бесконечный тонкий лист или пленка.
В отличие от вальцевания при каландровании полимерный
материал проходит через зазор только один раз, и для
получения листа или пленки с гладкой поверхностью он должен пройти
через несколько зазоров, образованных валками каландра.
Поэтому каландры состоят, как правило, из трех и более валков.
Каландрование производится на каландровых линиях или
агрегатах, главной частью которых является каландр.
Каландрование применяется при получении тонких листов и
пленок из непластифицированного и пластифицированного
ПВХ, полиэтилена, при изготовлении лннолеумов из высокому-
полненных композиций на основе ПВХ, для производства
дублированных материалов.
3.2. ВАЛКОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
3.2.1. Вальцы
Вальцы представляют собой машину, рабочим органом которой
являются два валка, оси которых расположены в
горизонтальной плоскости. На рис. 3.2 представлен общий вид вальцов.
Вальцы состоят из двух пластин 2, установленных на
фундаментной плите 4. Обе станины с подшипниками и валками
закрыты сверху траверсами 8. Станины имеют окна, на
горизонтальных полках которых установлены корпуса 5 и 7 с подшип-
Рис. 3.1. Схемы вальцевания (а) и каландрования (б). Пояснения в тексте
6-81 Ы

Рис. 3.2. Общий вид пальцоп:
/—валок: 2 -станина. -Ч petулнрующнп
виит: 4 — фундаментная плита. ,1 — кирп>с
переднего подшипника: h шестерня
привода валков: 7 — корпус заднего подшни
ннка: в — траверс!.!. 9 — трос .аварийном!
останова. 10 — ограничн ie.ii.n-.if стрелки
никами для валков. Корпуса
подшипников заднего валка
неподвижны, а корпуса
переднего могут перемещаться в
проемах станины с помошью
винтов 3, позволяющих
регулировать величину рабочего зазора между валками.
Регулировочные винты 3 приводятся в движение от индивидуальных
электродвигателей через двухступенчатые червячные
редукторы или вручную при помощи маховика. Механизмы
регулирования зазора снабжены указательными шкалами. Чтобы
исключить попадание вальцуемой массы в подшипники, па
концах валков установлены две профильные пластины 10,
называемые ограничительными стрелами. Для мгновенной
остановки вальцов служит «аварийный останов», который состоит из
коромысла, соединенного с аварийным выключателем, и
троса 9, протянутого вдоль переднего и заднего валков на такой
высоте, чтобы вальцовщик мог привести его в действие с
любого места.
Валки изготавливаются из высококачественного кокильного
чугуна. Рабочая поверхность валка — «бочка» имеет
цилиндрическую форму; исключение составляют валки рафинирующих
вальцов, имеющие бомбировку (см. рис. 3.6. а). Валки
выполняются полыми для подвода во внутреннюю полость теплоносителя.
Привод валков может быть индивидуальным, сдвоенным и
групповым.
Отечественной промышленностью выпускаются следующие
типы вальцов: лабораторные (Лб) — для проведения опытных
работ; подогревательные (Пд)—для подогрева материала
перед дальнейшей переработкой; смесительные (См) —для сме
шения полимерных материалов с различными ингредиентами;
смесительно-подогревательные (См-Пд)—для смешения
полимеров с ингредиентами, пластикации и разогрева смесей перед
их дальнейшей обработкой; дробильные (Др)—для дробления
и перетирания жестких частиц в пластичных смесях, для
измельчения старой резины в производстве регенерата; размалы
вающие (Рз)—для размола старых резиновых изделии,
отходов резины после дробильных вальцов; рафинирующие
(Рф) —для очистки регенерата и резиновых смесей от посторон
них включений.

Основными конструктивными параметрами вальцов являются
диаметр и длина валков, а также частота их вращения. В
соответствии с рекомендациями СЭВ, принят следующий размерный
ряд валков вальцов (диаметрХдлина, мм): 490x800, 550x800,
550X1500, 660x2100 — для переднего по отношению к рабочему
месту вальцовщика, тихоходного валка; 610X800, 550x800,
550x1500, 600x2100 —для заднего валка.
В условном обозначении вальцов указывают: тип вальцов:
длину рабочей части валков; диаметр переднего (в числителе)
и заднего (в знаменателе) валков и расположение привода.
Например, подогревательные вальцы, имеющие длину валком
800 мм и диаметры переднего и заднего валков 550 мм, с
приводом валков, расположенным справа от них, обозначаются так:
3.2.2. Каландры
Каландр представляет собой машину, главной рабочей частью
которой являются параллельно расположенные и вращающиеся
навстречу друг другу валкн. По числу валков каландры
подразделяются на двух-, трех-, четырех-, пяти- и шестивалковые.
На рис. 3.3 приведены основные типы двух-, трех-, и четырехвал-
ковых каландров, применяемых в производстве пленочных-
полимерных материалов: 1—двухвалковый каландр с верти-
Рис 3.3. Схемы расположения валков в каландрах различных типов.
Пояснении п тексте
К* 83

кальным расположением валков для изготовления толстыч
пленок, для тиснения рисунка на поверхности пленки; 2 — трех-
валковый каландр с вертикальным расположением валков для
изготовления поливинилхлоридных листовых и пленочных
материалов для полов, толстых пленок на основе эластомеров и др.;
3 — четырехвалковый калаидр с вертикальным расположением
валков для изготовления пленок из непластифицированного поли-
винилхлорида, листовой резины, одно- и двухстороннего
нанесения покрытий из этих материалов на тканевую основу; 4—
четырехвалковый каландр с Г-образным расположением валков для
производства пленок из пластифицированного ПВХ и
дублирования; 5—четырехвалковый калаидр с L-образным
расположением валков для изготовления пленок нз непластифнцированно-
го ПВХ; 6 и 7 — универсальные четырехвалковые каландры Z-
и S-образного типов для производства пленок нз ПВХ,
листовой резины, нанесения покрытий на различные основы.
Конструкцию каландра рассмотрим на примере четырехвал-
кового Г-образного каландра, принципиальная схема которого
приведена на рис. 3.4.
Каландр состоит из двух станин 7, установленных на
фундаментной плите 9 и соединенных траверсой 2. В станине имеются
пазы, в которых расположены корпуса подшипников валкой.
Подшипники среднего валка укреплены на станине неподвижно,
а верхнего и нижнего валков могут перемещаться в
вертикальном направлении с помощью специальных механизмов. Валки
каландра приводятся во вращение от индивидуальных
электродвигателей постоянного тока, обеспечивающих бесступенчатое
Рис. 3.4. Общий вид четырехпалкового Г-образного каландра.
' — валок: 2 — траверса; .У механн.].ч для перемещении модшнпннкин валка. V при
водная станция; 5 -- электродвигатель; >>'— карданный ни.т; 7 — станины. * ширитсль
нын валок
81

Рис. 3.5. Профили скоростей течения
материала между валками и развиваемого
давления II межвалкоиом зазоре. Пояснения
а, Ч
регулирование частоты вращения
налков. Каждый валок соединяется
карданным валом с выходным
валом редуктора. Система приводов
устанавливается па отдельной
станине и образует приводную
станцию каландра 4. Валки каландров
имеют каналы для термостатирую-
щем жидкости, расположенные на
расстоянии 25—40 мм от рабочей
поверхности валков. За счет
большой скорости циркуляции
теплоносителя достигается точность
обогрева поверхности валков до
±1°С. Подогрев циркулирующего
теплоносителя может быть
электрическим, паровым или газовым. Система теплоснабжения
каландра включает теплообменник, насосы, устройство для
подогрева, систему контроля и регулирования температуры.
В соответствии с рекомендациями СЭВ, установлены
следующие размеры валков каландра (диаметрХдлипа, мм): 500Х
Х1250; 710X1800; 950X2800. В обозначение каландров входят
данные о числе валков, их диаметре и длине и о расположении
привода. Например, трехвалковый каландр с диаметром валков
500 мм, их длиной 1250 мм и правым расположением привода
обозначается так: 3-500-1250 П.
3.3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА
НА ВАЛКОВЫХ МАШИНАХ
В поведении материала при вальцевании и каландровании
имеется много общего, поэтому ограничимся рассмотрением
основных закономерностей процесса каландрования.
В зазор первой пары валков каландра подается горячий
гомогенизированный и пластицированный материал. На рис. 3.5
показано распределение скоростей и давлений в зазоре между
валками при каландровании термопластичного материала. В
рабочей зоне, ограниченной дугами захвата АВ н А'В' с радиусом
R (радиус валка), наружные слои материала движутся со
скоростью, равной линейной скорости валков ii\ и и2. Внутренние
слои материала в начале движения подвергаются действию
сил выталкивания, но затем вовлекаются в зазор между вал-
85

K.i.vin каландра благодаря силам трения. Разность скоростей
отдельных слоев материала вызывает деформацию сдвига и
способствует пластикации материала. По мере приближения к
зазору скорость средних слоев увеличивается и в момент
прохождения зазора достигает максимального значения, а далее
уменьшается, становясь равной скорости валков (скорость нк).
Уменьшение скорости течения материала по выходе из
зазора является причиной увеличения толщины выходящего из
зазора полотна, чему способствует также и релаксация
высокоэластической деформации. Направленное течение полимерного
материала при прохождении по валкам каландра приводит к
ориентации макромолекул в направлении каландрования, что
является причиной анизотропии механических свойств готовой
пленки: прочность пленки в продольном направлении (по ходу
каландрования) выше, чем в поперечном. Это явление
называется каландровым эффектом и для пленок нежелательно.
Предварительная пластикация массы и повышение температуры
валков снижают каландровый эффект п уменьшают влияние
высокоэластической деформации при формовании пленки.
При движении материала в межвалковом зазоре
развивается давление р, стремящееся раздвинуть валки. Это так
называемое распорное усилие. Под действием распорного усилия
валки каландра прогибаются, и толщина изделия — листа или
пленки—получается неодинаковой по ширине. Так как прогиб
валков в центре максимален, толщина изделия в центре будет
больше, чем на краях, па величину прогиба. Для получения
изделия с высокой точностью поперечного сечения в каландрах
предусмотрена компенсации прогиба валков. Основными
способами компенсации прогиба валков являются бомбировка,
перекрещивание валков и контризгиб валков (рис. 3.6).
Бомбировка валков (рис. 3.6, а) заключается в придании
калибрующим валкам бочкообразной формы. Диаметр средней
части такого валка несколько больше, чем па его концах,
н профиль поверхности выполнен по параболе. Метод бомби-'
ровки пригоден лишь в узкоспециализированных каландрах
для одного вида изделия, так как изменение состава
композиции, параметров каландрования и толщины полотна влияет на
величину распорных усилий и ведет к изменению прогиба вал-
Рис. 3.6. Схемы компенсации прогиба нал кон:
и — бомбировка: 6 лгргкрещивнннр нялкон; в кинтршгнб
86

ка. Поэтому одна бомбировка не может обеспечить полной
компенсации прогиба валка при всех рабочих режимах.
Перекрещивание валков (рис. 3.6.6)—метод, при
котором внешний калибрующий валок поворачивается в
горизонтальной плоскости вокруг вертикальной осп, проходящей
через середину валка. В результате поворота зазор по краям
валка будет больше, чем в середине.
К о и т р и з г и б валков (рис. 3.6, в) состоит в том, что
валок кроме основных опорных подшипников оснащается
дополнительными подшипниками, к которым приложены силы F,
вызывающие изгибающий момент н прогиб валка,
противоположный прогибу от распорных усилий. Современные каландры
оснащаются как бомбированиымп валками, так и устройствами
для перекрещивания или контризгпба валков; сочетание этих
методов позволяет добиться максимальной компенсации
прогиба.
Основными параметрами процесса каландровання являются
температура валков, частота их вращения, величина зазора и
коэффициент фрикции. Чтобы обеспечить прохождение
материала от загрузочного до калибрующего зазора,
последовательно повышают температуру валков или (при постоянной
температуре) увеличивают частоту вращения валков по ходу
движения материала, создавая фрикцию в зазорах. Величина
фрнкцпп составляет 1,1 —1,3.
Температура поверхности валков каландра
устанавливается в зависимости от вида перерабатываемого
материала; например, при получении полпвпнплхлорндной пленки
температура верхнего валка (загрузочный зазор) 125 —135 °С,
?i нижнего 150—160 °С в зависимости от рецептуры. Большое
значение имеет точность поддержания температуры (обычно
±1°С). Температуру охлаждающих валков каландровой линии
устанавливают также в соответствии с типом формуемой
пленки. При получении пленок из высокопластпфпциповаииого по-
лнвинилхлорида допустима большая скорость охлаждения и
более низкая температура охлаждающих валков, чем для слабо
пластифицированных и непластнфпцнрЬваниых пленок.
Частота вращения п з л г о в определяет
производительность каландровой линии п влг.пет на качество продукта.
Обычно скорость калапдрования в зависимости от вида
материала, толщины пленки (ил:: листа), требований к качеству
поверхности устанавливают в пределах от 10 до 100 м/мин и
более. При получении глянцевых тонких и непдастифицпрован-
пых пленок п листов рабочую скорость калапдровахия
снижают.
Производительность каландра g (кг/ч)
рассчитывается по формуле
C.1)
87

где и — диаметр валка каландра, м; п — частота вращения валка, на
который переходит материал после выхода из калибрующего зазора, об/мин: /, _
толщина пленки или листа, м; L — длина рабочей части палка, м: |>—
плотность перерабатываемого материала, кг/м1.
Производительность вальцов, работающих в
периодическом режиме « (кг/ч), определяется по
формуле
? = 601/(>Л7/ц. C.2)
где V — объем единовременной загрузки, м3; V—рассчитывается по
эмпирической формуле V' = 0,06DL (здесь D — диаметр переднего валка в м, a L -
длина рабочей части валка в м); |> —плотность перерабатываемого
материала, кг/м'-; К — коэффициент использования оборудования (К = 0.К5 — 0.90);
1ц — продолжительность цикла вальцевания, мин.
Продолжительность цикла ^ц определяется как
сумма времен загрузки ![. обработки материала на вальцах /2
и выгрузки /3:
Производительность вальцов
непрерывного действия g (кг/ч) определяется по формуле,
аналогичной формуле для производительности каландра:
где Л и 6 — толщина и ширина ленты материала соответственно, м; толщину
ленты принимают в 1,5—2 раза больше минимального зазора.
3.4. ТЕХНОЛОГИЯ ВАЛЬЦЕВАНИЯ И КАЛАНДРОВАНИЯ
Технологию вальцевания и каландроваиия рассмотрим на
примере получения поливнпилхлоридкых пленок.
На основе поливинилхлорида выпускается значительный
ассортимент пленок для различных целей: упаковочные общего
назначения, упаковочные морозостойкие, для упаковки пищевых
продуктов, для скатертей, эластичные и др. Свойства пленок и
области их применения определяются -составом композиции,
или рецептурой.
Поливпнилхлорид, как известно, является жесткоцеппым
аморфным полимером с температурой стеклования около
85°С. Температура перехода его в вязкотекучее состояние
близка к температуре разложения Поэтому для снижения
температуры стеклования — улучшения эластических свойств,
морозостойкости— в полимер вводят пластификаторы, при этом
снижается и температура текучести, что улучшает условия
переработки. Вид и количество пластификаторов определяется
назначением пленки.
Для предотвращения термодеструкции в состав композиции
ннодят стабилизаторы—акцепторы хлороводорода, связываю-

щие выделяющийся при деструкции хлороводород. и антпокси-
данты, тормозящие окислительную деструкцию. Акцепторы
хлорида водорода — это обычно стеараты кальция, кадмия, магния
и др., а антиоксиданты — различные соединения свинца. В
состав композиций Для пленок для упаковки пищевых продуктов
свинцовые соединения ввиду их высокой токсичности не
вводятся; вместо них может, например, применяться эпокснднрован-
ное соевое масло. В состав рецептур могут входить красители
и наполнители. Ниже приведены рецептуры композиций,
используемых для получения поливпнилхлоридных пленок
разных назначений (в масс, ч.)*:
Для парннков Упаковочная .Морозостойкая
ПВХ 100 ПВХ 100 ПВХ 100
ДОФ 40 ДАФ 50 ДОС 30
Стеарат бария 1 Свинцовые белила 0.2 ДАФ 30
Стеарат кальция 1 Стеарат кальция 3 Силикат свпниа Ю
Полигард 1 Стеарин 1 Стеарат кальция 3
Дифеиилолпропан 0,03
Смешение ингредиентов является важной операцией в
технологическом процессе получения пленок из ПВХ. На этой
стадии процесса достигается равномерное распределение
ингредиентов во всей массе композиции. Кроме того, здесь происходит
капиллярное поглощение пластификатора зернами поливинил-
хлорида— полимер набухает в пластификаторе, что
сопровождается частичным разрушением его надмолекулярной
структуры. Для производства пленок предпочтителен суспензионный
ПВХ с высокой адсорбционной способностью по отношению к
пластификаторам. Повышение температуры способствует
ускорению поглощения пластификатора, поэтому процесс смешения
(процесс приготовления композиции) производится с
подогревом.
В результате смешения получается «сухая смесь», т. е. смесь
ингредиентов, в которой пластификатор полностью поглощен
поливинилхлоридом.
Смешение ингредиентов производится чаще всего в
лопастных смесителях или центробежных лопастных смесителях (тур-
босмесителях). Центробежные двухстадийные смесители
обеспечивают наиболее высокое качество смешения и, кроме того,
сокращение продолжительности операции за счет разделения
стадии горячего смешения и охлаждения смеси. На рис. 3.7 и
3.8 изображены схемы центробежных лопастных смесителей,
а на рис. 3.9 пояснен принцип их работы. В верхней секции сме-
* ДОФ (диоктилфталат). ДОС (диоктилсебацинат), ДАФ (диалкилфта-
лат) — пластификаторы; стеараты бария и кальция, силикат свинца,
свинцовые белила (основной карбонат свинца); полигард, дифенилолпропаи —
стабилизаторы; стеарин — смазка.
89

Рис. 3.7. Схема центробежного лопастного смесителя:
/—корпус; 2 — крышка; 3 -верхняя лопасть; 4 — нижняя лопасть: 5 — электродвигатель:
6— ремеииая передача: 7 — станина
сителя турбулентные потоки, возникающие благодаря
вращению ротора и внешнему обогреву, обеспечивают эффективное
смешение всех компонентов смеси. Турбулентный режим
поддерживается специальной лопастью, установленной в верхней
части смесителя. В нижней, охлаждаемой секции, куда горячая
смесь поступает через пневмозатвор, она охлаждается при
интенсивном перемешивании, способствующем теплоотдаче от
материала.
Рис. 3.8. Схема лнухстадийного
центробежного смесителя:
/ — бак .холодного смешения; 2~ Лак
горячего смешения
Рис. 3.9. Схема распределения потоков материала в центробежном смесителе:
/ —специальная лопасть; 2 корпус смесителя; Л — мешалка
90

Параметрами процесса смешения являются температура,
частота вращения ротора и продолжительность операции.
Температурный режим на стадии горячего смешения
поддерживается в пределах 90—100°С. продолжительность горячего
смешения 20—40 мин (верхний предел интервалов температур и
времени — для высокопластифнцированных смесей). Частота
вращения ротора определяется конструкцией смесителя.
Приготовленная смесь — композиция поступает в червячный
осциллирующий смеситель (ЧОС). где за счет тепла и
интенсивных сдвиговых деформаций порошкообразная композиция
переходит в вязкотекучее состояние. Температурный режим
пластикации находится в интервале 140—160°С в зависимости
от состава композиции.
Обработка полученной в результате пластикации в
червячном смесителе массы на обогреваемых смесительных вальцах
завершает подготовку материала к формованию пленки на
каландре. На вальцах происходит дополнительная пластикация
материала и удаление летучих веществ. Коэффициент фрикции
при вальцевании массы составляет 1,2—1,4, величина зазора
между валками устанавливается в пределах 0,5—1,0 мм.
Температурный режим вальцевания определяется рецептурным
составом композиции (°С):
Упаковочная

морозостойкая
185
180
Упаковочная
180
175
Для
парников
170
165
Рабочий (передний)
валок
.Холостой (задний) валок
Каландрование вальцованной смеси осуществляется на че-
тырехвалковом Г-образном каландре. Коэффициент фрикции
устанавливается в пределах 1,1—1,3, температурный режим ка-
ландрования (°С) так же, как и при вальцевании, зависит от
12 а 14 is /б
Рис. 3.!0. Схема технологической линии для получения поливииилхлоридиой
пленки каландровым методом:
I — центробежный смеситель: 2 — червячный осциллирующий смеситель: 3. 6 —
транспортеры: 4 — вальцы: 5 — ламповый нагреватель; 7 — качающийся транспортер; 8 — калаидр;
9. II — охлаждающие валки; 10, 12 — направляющие валки; 13. 15 — тянущие валки; 14 —
нож; IS — намоточное устройство
91

рецептуры пленок:
1-й валок*
2-й валок
3-й валок
4-й валок
Упаковочная

морозостойкая
180
175
170
165
Упаковочная
185
180
175
170
Для парни
ков
170
170
165
155
* Номера валков — по ходу материала.
Рассмотренная технология получения пленок из ПВХ
поясняется технологической схемой, приведенной на рис. 3.10.
Композиция из смесителя 1 самотеком ссыпается в бункер
червячного осциллирующего смесителя 2, где под действием нагрева и
сдвиговых деформаций в канале червяка превращается в
гомогенную пластическую массу. Масса выдавливается из цилиндра
ЧОС на ленточный конвейер 3, который подает ее на вальцы
Таблица 3.1. Возможные дефекты каландрованных пленок
и способы их устранения
Дефекты
Причины возиикнонення
Способы устранения
Разложение массы (в
смесителях, на
вальцах, в каландре)
Неполная
гомогенизация композиции в
червячном смесителе
Недостаточная
гомогенизация материала
лосле вальцов
Л\атовость пленки
Шероховатость пленки
Наличие в пленке
посторонних включений
Провисание пленки на
вспомогательных
валках .,
Обрыв полотна
пленки
Завышена
ра массы
температу-
Занижена
температура по зонам; велика
скорость экструзии
Занижена
температура валков или велика
скорость вальцевания
Занижены
температуры валков: нарушен
состав рецептуры
Плохо отшлифованы
валки каландра
Загрязнено сырье: ча-
грязнено
оборудование
Нарушение
соотношения скорости 4-го
валка каландра и
тянущего устройства
Нарушение
соотношения скоростей
тянущего устройства и 4-го
валка каландра
Снизить температуру массы,
остановить оборудование и
вычистить его
Отрегулировать температуру;
снизить скорость экструзии
Отрегулировать режим
вальцевания
Отрегулировать температурный
режим калаидрования;
проверить правильность загрузки
компонентов
Отшлифовать валки каландра
Проверить чистоту сырья;
почистить оборудование
Отрегулировать частоту
вращения валков каландра и
тянущего устройства
Снизить частоту вращения
валков каландра н тянущего
устройства, вновь произвести
заправку пленки и
отрегулировать частоты вращения
валков
•92

непрерывного действия 4. Срезанная ножом провальцованная
масса снимается в виде ленты и по обогреваемому
инфракрасными лампами 5 конвейеру 6 поступает на качающийся
транспортер 7, назначение которого — равномерно распределять вдоль
приемных валков каландра поступающий материал. Пленочное
полотно с рабочих валков каландра через охлаждающие 9 и
направляющие 10 валки поступает на три группы
охлаждающих валков // и затем тянущими валками 13 и 15 отводится
на намоточное устройство 16. Нож 14 служит для поперечной
резки пленочного полотна. Регулировка ширины пленки
производится перемещением дисковых ножей на устройстве
продольной резки. Контроль толщины пленки осуществляется с
помощью изотопного толщиномера, принцип действия которого
основан на регистрации интенсивности поглощения f-лучей
радиоактивного изотопа пленкой. Производительность
каландровой линии при получении поливинилхлорндной пленки
толщиной 0,4 мм при ширине 1250 мм — около 500 кг/ч.
3.5. ДЕФЕКТЫ КАЛАНДРОВАННЫХ ПЛЕНОК И СПОСОБЫ
ИХ УСТРАНЕНИЯ
В табл. 3.1 приведены возможные дефекты каландрованных
пленок и рекомендации по их устранению.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
3.1. Какие операции выполняются на вальцах? Какие
изделия получают калаидрованпем?
3.2. Что такое фрикция и какое значение она имеет при
вальцевании и каландровапии?
3.3. Назовите основные узлы вальцов и объясните
устройство каландра.
3.4. Объясните причину возникновения распорного усилия.
Как оно влияет на качество пленки? Расскажите о методах
компенсации прогиба валков.
3.5. Назовите главные технологические параметры
вальцевания и каландрования.
3.6. Расскажите об основных операциях технологического
ароцесса получения полнвипилхлоридной пленки.
3.7. Объясните механизм получения пластифицированной
композиции на основе поливинилхлорпда.
3.8. Как влияет состав композиции на параметры смешения,
вальцевания и каландрования?

ГЛАВА 4
ЭКСТРУЗИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Экструзия — процесс получения из исходного полимерного
материала (в виде гранул, порошка или расплава) изделия
заданного поперечного сечения путем непрерывного продавлива-
пия расплава полимера через формующую головку с
последующим охлаждением изделия. Экструзией получают листы, трубы,
пленки, прокладки, поручни для лестниц и другие профили;
метод применяется для нанесения полимерной изоляции па
провода и кабели, для покрытия полимерными материалами
бумаги, картона, фольги и т. д. Получение гранулированных
пластмасс, моноволокон, сеток также основано па экструзии
расплавов полимеров.
Как метод переработки полимерных материалов экструзия
впервые была применена в середине прошлого столетия для
покрытия медных проводов изоляцией из гуттаперчи. Для этой
цели использовали плунжерные экструдеры периодического
действия: в цилиндр экструдера загружали порцию разогретой
гуттаперчи и выдавливали через фильеру, сквозь которую
пропускался медный провод. После израсходования материала
машину останавливали п загружали в нее новую порцию.
Периодичность действия не позволяла увеличить производительность
подобных машин, поэтому в процессе усовершенствования
процесса экструзии пришли к применению червячных экструдеров.
Следует отметить, что плунжерные экструдеры до сих пор
используются, например при переработке отходов изделий из по-
ливинилхлорида в прутки и толстостенные трубы (штранг-прес-
сование).
Первые червячные экструдеры появились в конце прошлого
столетия в Германии и Англии, где они применялись для
переработки гуттаперчи и нитрата целлюлозы. Отличительными
чертами их были сравнительно короткий червяк и паровой обогрев
цилиндра. Существенные усовершенствования в конструкции
червячных экструдеров были сделаны в 30-\ годах нынешнего
столетия в связи с быстрым развитием промышленности
пластмасс. Были разработаны конструкции экструдеров с более
длинными червяками, с электрообогревом, мощным приводом,
позволяющие перерабатывать появившиеся синтетические
полимеры— непластифицированныи п пластифицированный поливи-
иилхлорид, полистирол, ацетаты целлюлозы. Дальнейшее
развитие экструзии шло по пути совершенствования конструкции
экструдеров (в том числе использования двухчервячиых, дис-
94

ковых и червячно-дисковых машин), а также
совершенствования управления процессом путем использования средств
автоматики и электронно-вычислительной техники.
4.2. ЭКСТРУДЕРЫ
4.2.1. Типы экструдеров
Машиностроительными предприятиями выпускаются различные
модели экструдеров. Классификация экструдеров наиболее
часто производится по характер) рабочего органа, в качестве
которого могут быть червяк (шнек), диск пли их комбинации.
В отечественной литературе экструдеры, рабочим органом
которых служит червяк, называют также червячными прессами.
В производствах по переработке пластмасс применяются
следующие типы экструдеров: I) одночервячные прессы; 2) двух-
червячные прессы; 3) дисковые экструдеры; 4)
комбинированные экструдеры каскадного типа; 5) червячные осциллирующие
смесители, применяемые при пластикации композиционных
материалов (главным образом на основе пластифицированного
ПВХ).
Одночервячные прессы. Эти машины получил» наибольшее
распространение. В зависимости от расположения цилиндра
они могут быть горизонтальными и вертикальными. Одночер-
нячный пресс с горизонтальным расположением цилиндра
схематически изображен n:i рис. 4.1. Цилиндр пресса 3 крепится к
узлу подшипника. Наружная часть цилиндра выполнена из
толстостенной сварной трубы, в которую запрессована
износостойкая гильза 2 из азотированной стали. Обогрев цилиндра произ-
12
Рис. 4.1. Одночервячный пресс с горизонтальным расположением цилиндра:
/ - червяк: 2 — гильза: 3 — цилиндр: 4--электронагреватель: 5 — система охлаждения:
" — загрузочная воронка: 7 — узел упорного подшипника: Н редуктор: 9 —муфта: 1A —
электродвигатель: // -- формующая голонка
95

водится электронагревателями 4, образующими несколько
тепловых зон. Загрузочная часть цилиндра изолирована от первой
зоны нагрева водяной рубашкой для предотвращения
преждевременного плавления и зависания термопласта во время
работы пресса и для защиты упорного подшипника редуктора от
нагрева.
Электродвигатель 10 через эластичную муфту 9 приводит во
вращение зубчатые пары редуктора 8 и червяк I.
Регулирование частоты вращения червяка осуществляется с помощью
сменных шестерен редуктора или бесступенчато-тиристорным
электроприводом. На выходном валу редуктора смонтирован узел
упорного подшипника, воспринимающий осевые усилия,
возникающие при экструзии расплава. Для питания экструдера
термопластом имеется загрузочная воронка 6 со смотровым окном
для наблюдения за уровнем материала. На наружной
поверхности цилиндра размещаются трубчатые змеевики 5 для
охлаждающей воды. Системы обогрева и охлаждения червячных
прессов предназначены для автоматического регулирования, и
поддержания теплового режима по зонам. С этой целью в каждой
зоне цилиндра установлена термопара с выводом на
милливольтметр или потенциометр.
Современные экструдеры отличаются универсальностью,
высокой производительностью и надежностью в работе.
Червячные прессы последних конструкций имеют улучшенную
компоновку (выносные упорный подшипник и электродвигатель,
удобные для обслуживания системы охлаждения и нагревания
пресса) и современное внешнее оформление.
В экструдерах, предназначенных для переработки склонных
к деструкции полимеров (поливинилхлорида, ацетилцеллюлоз-
пых этролов и др.), предусматривают устройства для отсоса
1 г з
II / / \j
5а
la.
Рис. 4,2. Принципиальная
схема двухчервячиого
пресса:
/ — цилиндр. -'. 2и — червяки:
'¦I — загрузочная ко!>онка; 4. 4й —
шестерня; .5. 5и — блок упорных
подшипников: в цепная
передача; 7—редуктор;
8—электродвигатель; 9 головка

Рис. 4.3. Зацепление червяков двухчер-
вячного пресса
летучих. Червяки таких экстру-
деров отличаются от обычных
тем, что у них за зоной сжатия
следует зона дегазации,
имеющая меньшую глубину нарезки,
чем в зоне сжатия. Витки
червяка в этой зоне заполнены расплавом не полностью. Именно в
этом месте материального цилиндра располагается отверстие
газоотводного канала.
Двухчервячные прессы. В отличие от одночервячных машин
в цилиндре двухчервячных прессов параллельно размещены
два червяка. По характеру расположения и направлению
вращения червяков различают двухчервячные машины с
зацепляющимися и незацепляющимися червяками; с одинаковым или
встречным направлением вращения червяков. На рис. 4.2
показана принципиальная схема двухчервячного пресса. Пресс
состоит из обогреваемого цилиндра 1, червяков 2 и 2а, блока
упорных подшипников 5 и 5а с косозубыми шестернями 4 и
4а, трехступенчатого редуктора 7, соединенного с ведомым
червяком при помощи цепной передачи 6. Привод червяков
осуществляется от электродвигателя 8. Перерабатываемый материал
загружается в воронку 3, расплав . экструдируется через
головку 9.
На рис. 4.3 показано зацепление червяков двухчервячного
пресса, вращающихся в одну сторону.
Двухчервячные прессы применяются для переработки
порошкообразных материалов, имеющих небольшие насыпную
массу и коэффициент трения о стенки цилиндра. Это связано с
тем, что производительность двухчервячных прессов, в отличие
от одночервячных, не зависит от сил трения между рабочими
органами и материалом, так как материал захватывается
червяками и принудительно продвигается ими вперед.
Производительность зоны питания зависит от свободного объема между
витками и от равномерности подачи материала. Эти машины
нашли широкое применение при переработке порошкообразпыл
композиций на основе ПВХ.
Дисковые экструдеры. Принцип действия дискового экстру-
дера поясняет рис. 4.4. Термопластичный материал через
загрузочную воронку попадает в периферийную область зазора 7,
образованного вращающимся диском / и корпусом экструде-
ра 3, и вовлекается в круговое движение. Корпус снабжен
электронагревателем 4, диск / также имеет электрообогрев.
Соприкасаясь с горячими поверхностями, материал
разогревается, плавится и выходит из экструдера через центральное отвер-
7—81 ЯГ

стие 6 и канал формующей головки 5 в виде профиля. Это
осевое движение расплава является следствием возникающих в
зазоре деформаций сдвига, которые вызывают напряжения,
направленные вдоль оси диска.
Дисковые экструдеры по сравнению с червячными более
просты по конструкции, дешевы и имеют меньшие габариты;
качество смешения в них лучше, а время пребывания
материала в экструдере намного меньше, что важно для переработки
термочувствительных полимеров. Недостатками этих машин
являются пульсации производительности и невысокие давления в
головке, что ограничивает их применение при работе с
головками большого сопротивления.
Недостатки дисковых экструдеров частично устраняются в
дисково-червячных экструдерах, представляющих собой
комбинацию дисковых и червячных экструдеров. Выдавливаемый из
отверстия дискового экструдера расплав попадает в цилиндр с
червяком, а уже из него через формующую головку экструдн-
руется в виде профиля. Дисково-червячные экструдеры
развивают высокое давление и пригодны для изготовления
профилированных изделий.
Червячные осциллирующие смесители (ЧОС) применяются
для пластикации композиций на основе вязких и
термочувствительных полимеров, таких как поливинилхлорид, эфиры
целлюлозы и др. Червяк осциллирующего смесителя совершает
наряду с вращательным возвратно-поступательное, или
осциллирующее (колебательное) движение.
На рис. 4.5 изображен общий вид червячного
осциллирующего смесителя. На станине 8 на специальных стойках / смон-
А-А
Рис. 4.4. Принципиальная схема дискового экструдера:
/- диск; 2 - загрузочная воронка: 3 -корпус; 4 — электронагреватель: 5 — каналы
формующей головки; ft ¦¦ центральное отверстие; 7 дисковый рабочий зазор
98

Рис. 4.5. Общий вид
червячного осциллирующего смесителя:
/—стойки: 2 — шарнир: 3— !\бья
для перемешивания материала: 1 —
цилиндр; 5— загрузочное устронст-
во; в—червяк; 7 — редуктор: Ь ~
станина; 9— устройство для
раскрытия цилиндра
тирован цилиндр 4 с
загрузочным устройством 5
и зубьями 3 на
внутренней поверхности. На
станине монтируется
устройство 9 для раскрытия
цилиндра и шарнир 2
для его поворота.
Цилиндр имеет две зоны^
обогрева и одну зону
охлаждения (в области
загрузочного устройства).
Зоны обогреваются жидким теплоносителем, который
циркулирует по специальным каналам на поверхности цилиндра.
Зона загрузочной воронки охлаждается водой. Подвод и отвод
теплоносителя в каждую зону — индивидуальный; управление
тепловым режимом по зонам — автоматическое. Цилиндр
разъемный, может раскрываться на две половины, как показано
на рисунке. Половины соединяются между собой
специальными охватывающими разъемными хомутами, которые с одной
стороны затягиваются болтами, а с другой стороны
скрепляются с помощью шарнира. Подобное устройство обеспечивает
быстрое ракрытие корпуса на время чистки или ремонта и
плотное закрытие его при работе. Червяк смесителя получает
вращательное и возвратно-поступательное движение от
редуктора 7. Винтовая нарезка червяка имеет пазы, в которые
входят зубья 3, разбивающие поток расплава. Это способствует
интенсивной гомогенизации расплава в процессе его
прохождения вдоль цилиндра.
4.2.2. Технические параметры и модели экструдеров
Основными техническими параметрами червячных прессов
являются диаметр червяка D, отношение рабочей длины червяка
к его диаметру L/D и производительность по какому-либо
термопласту. Первые два параметра обычно отражаются в
маркировке машин. Кроме того, важными параметрами экструдеров
служат диапазон частот вращения червяка, установленная
мощность электрооборудования, число температурных зон.
В табл. 4.1 и 4.2 приведены основные технические параметры
7* ОД

Таблица 4.1.
Модель чер-
вячиого
пресса
ЧП 20X25
ЧП 32X25
ЧП 45X25
ЧП 63x30
ЧП 90X30
ЧП 125X25
ПГИ-90
ПГИ-160
Технические характеристики одночервячных прессов

Производительность
по ПЭНП",
кг/ч
12
50
100
200
320
550
300
550
D, мм
20
32
45
63
90
125
90
160
L/D
25
25
25
30
30
25
25
25
Диапазон
частот
вращения
червяка, об/мин
25—250
30—300
35—350
25—250
30—300
35—350
20—200
33—330
15—150
9,4—94
10,5—105
14,5—145
8—80
13,7—137
9.4—94

Установленная
мощность

трооборудования, кВт
5,15
14,57
36
81
153
260
124
270
Габаритные
размеры, мм
1860X2600X1600
1500X2120X1600
3315x2960x2830
3075x2500x1862
4085X2720X2330
7380X5530X4620
4500x3530x3130
7430x3700x2950
Примечание. Червячные прессы модели ПГИ предназначены для наложении
гидроизоляции на трубопроводы; скорость наложения изоляции — до 5 м/мин при
толщине покрытия до 3 мм.
* При противодавлении головки 10 МПа.
одночервячных и двухчервячных экструдеров, серийно
выпускаемых или запланированных к выпуску отечественной
промышленностью, а также некоторые модели широко
используемых на наших предприятиях по переработке пластмасс машин
фирмы «Трузиома» (ГДР).
Таблица 4.2. Технические характеристики двухчервячных прессов
Модель
червячного пресса
ЧП 2-90x15
ЧП 2-125x20
Машины фирмы
«Трузнома»:
Е 2.63
Е 2.90
Е 2.130
Е 2.160
ICTI1-
*водитель
по нопла
эованном^
кг/ч
О. X дСО
С I-S-E
180
550
80—140
250—400
300—500
1000
90
125
63
90
130
160
.
15
20
20
20
20
20
я;
С э:
н с
<-> с
л о,
а- г
S о:
О Ж
г~ i =
|ll
4 4—22
3,5—35
3—40
3—40
2—24
5—75
2 l-
5* -
¦° 1
|s
о ^
20
48
12
25
60
60
С-
5 ?
3 1
19
75
18,5
42,2
131
255
L
| =
~ -о
5
6
6
8
8
8
Габариты, мм
3230X5070X2400
5790X3955X2390
3000X1000X2500
6055X1520X2860
6985X1400X3270
10 250X1500X3600
100

4.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ЭКСТРУЗИИ
4.3.1. Рабочий процесс в одночервячном экструдере
Рассмотрим процессы, протекающие в полимерном материале в
цилиндре экструдера и обусловливающие переход твердого
термопласта в однородный расплав.
На рис. 4.6 изображена схема одночервячного экструдера.
В загруженный бункер 2 засыпается гранулированный
термопласт, который захватывается витками вращающегося
червяка 3. По мере продвижения материала вдоль цилиндра 7
гранулы нагреваются от соприкосновения с горячей стенкой
цилиндра, получающей тепло от электронагревателей 4, и
постепенно переходят в расплав. Кроме того, размягченные гранулы
подвергаются действию сдвиговых сил, возникающих при
вращении червяка. Выделяемое при этом, за счет внутреннего
трения тепло повышает температуру материала и способствует
окончательному переходу твердого полимера в расплав.
Образовавшийся расплав гомогенизируется червяком, продвигается
вдоль цилиндра, проходит через пакет сеток 5 и поступает в
формующую головку 6, назначение которой — придать
расплаву определенный профиль. Сетки и головка оказывают
сопротивление потоку, благодаря чему достигается необходимая
однородность расплава по вязкости и температуре.
В работающем экструдере различают три потока материала
в цилиндре: прямой поток; обратный поток (противоток); поток
утечки. Взаимодействие чтпх потоков определяет общий поток
расплава н, следовательно, производительность экструдера.
Рассмотрим природу угн.х потоков (рис 4.7).
Прямой поток возникает за счет воздействии стенок
винтового канала вращающегося червяка па расплав, заставляя его
двигаться вдоль цилиндра в сторону формующей головки. Если
бы на пути расплава в цилиндре не было препятствий в виде
сеток н головки, то в канале червяка существовал бы один
прямой поток и профиль скоростей соответствовал бы
показанному на рис. 4.7, а. Из рисунка видно, что скорость изменяется
от нулевого значения около внутреннего диаметра червяка до
максимального значения у стенки цилиндра.
Рис. 4.6. Схема одпочориячтм
чкетрудера:
} привод, 2 tai |>y юмная ни|>инь<1
че|)ияк; -/ — "*лс'К i |)onai |)f кап ели
i 11 а к е i t'CTOk. h — кишика. Г им
-1ИИДр

Стенка цилиндра
Червя л
Рис. 4.7. Профили скоростей потока в канале червяка:
« — свободный выход; 6 — частично перекрытый выход; в — закрытый выход
Основными параметрами, определяющими объемный
расход— производительность прямого потока, являются: глубина
и ширина канала, диаметр червяка и частота его вращения.
Обратный поток (противоток) связан с сопротивлением,
оказываемым прямому потоку сетками и головкой. При этом
создается впечатление, что возникает поток расплава,
движущийся в обратном направлении, хотя в действительности течения
расплава в обратном направлении не происходит, а противоток
представляет собой ограничение прямого (вынужденного)
потока (рис. 4.7,6). Величина противотока достигает
максимального значения при закрытом выходе (рис. 4.7, в). На величину
обратного потока влияют в основном следующие факторы:
глубина канала, диаметр червяка, вязкость расплава и давление
в головке.
Поток утечки также связан с наличием перепада давления
вдоль винтового канала и возникает между гребнями витков
червяка и внутренней поверхностью цилиндра. Обычно
радиальный зазор между гребнями витков и цилиндром очень мал
и составляет не более 0,15 мм. Поэтому поток утечки много
меньше, чем прямой и обратный потоки.
Рассмотренная здесь качественная картина движения
материала в цилиндре экструдера будет использована при анализе
уравнения производительности машины.
4.3.2. Закономерности движения полимера
в цилиндре экструдера
Основой теоретического анализа работы червячного экструдера
является установление закономерностей движения полимера в
цилиндре под влиянием вращающегося червяка. На рис. 4.8
изображен червяк общего назначения с тремя зонами: загрузки
(питания), сжатия (плавления) и дозирования (выдавливания).
102

Зона загрузки — это участок червяка от загрузочного
отверстия до места появления елся расплава на поверхности
цилиндра или червяка. Гранулы или порошок полимера
поступают в зону загрузки из бункера и захватываются витками
вращающегося червяка. Червяк заставляет вращаться частицы
твердого полимера, и в то же время они продвигаются в
осевом направлении, подобно свинчиваемой гайке с вращающегося
винта. Величина осевого перемещения материала зависит от
соотношения коэффициентов трения между частицами
полимера и поверхностями червяка и цилиндра. Чем меньше
коэффициент трения между червяком и материалом, тем больше
скорость движения полимера в зоне питания.
Для уменьшения коэффициента трения поверхность
червяка полируется до десятого или двенадцатого классов
шероховатости поверхности. Рекомендуется также охлаждение червяка
подачей внутрь воды, что несколько снижает коэффициент
трения материала о его поверхность.
Для увеличения коэффициента трения материала о
поверхность цилиндра в современных экструдерах цилиндры
снабжаются пазами. Профиль пазов делают прямоугольным,
трапециевидным или в виде полуцилиндра с таким расчетом, чтобы
в него входила половина гранулы полимера. Глубина паза по
ходу движения материала обычно уменьшается, и на
расстоянии Z.= D + 5)D от бункера поверхность цилиндра становится
гладкой. Пазы размещаются параллельно оси цилиндра или
по спирали в направлении движения материала.
Экструдеры, снабженные цилиндрами с винтовыми
канавками, характеризуются высокой производительностью и малым ее
колебанием в зависимости от различных факторов. Например,
производительность таких экструдеров при переработке
полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида в 1,5—2 раза
выше, чем экструдеров с гладким цилиндром. Увеличению
коэффициента трения материала о поверхность цилиндра
способствует нагревание последнего, tvk как с приближением
температуры к точке размягчения полимера коэффициент трения
возрастает (рис. 4.9).
Зона зона
дозирования сжатия
Зона
Загрузни
-\
Рис. 4.8. Чсрояк общего назначения:
^', и Лд — глубина нарезки в зоне загрузки и дозировании соответственно; г— таг; ф-
>;ил подъема винтовой линии нарезки; е—ширина гребни нарезкн
103

Рис. 4.9. Зависимость коэффициента трения
I ПЭВП о поверхность цилиндра от
температуры
Другими факторами, влияющими
на эффективность движения
материала в зоне питания, являются глубина
канала и угол подъема винтовой
линии нарезки. Смысл применения
червяка с глубокой нарезкой очевиден, так как при этом
увеличивается объем транспортируемого материала и
обеспечивается максимальная производительность. Оптимальное значение
угла подъема зависит от коэффициента трения полимера о
поверхность червяка. Как показали теоретические исследования
и практика эксплуатации экструдеров, оптимальным является
угол подъема винтовой линии нарезки, равный 17,7°.
Следовательно, максимальное перемещение твердых частиц
полимера в зоне загрузки обеспечивается, если выполняются
следующие условия: 1) малое значение коэффициента трения
полимера о поверхность червяка; 2) высокий коэффициент
трения материала о поверхность цилиндра; 3) охлаждение
червяка; 4) нагревание цилиндра в зоне загрузки до температуры,
близкой к температуре плавления полимера; 5) глубокий канал
винтовой нарезки в зоне загрузки; 6) угол подъема винтовой
линии иарезки червяка равен 17,7°.
В зависимости от вида перерабатываемого термопласта
длила зоны загрузки может составлять от 0 до 75% всей длины
червяка.
Зона сжатия — следующий за зоной загрузки участок
червяка. Размягченные и частично расплавленные гранулы
термопласта из зоны загрузки поступают в зону сжатия, или зону
плавления. За счет тепла нагревателей цилиндра и тепла
внутреннего трения материал окончательно переходит в вязкотеку-
чее состояние.
Так как плотность расплава примерно в два раза больше,
чем насыпная плотность твердого полимера, то образующийся
расплав занимает вдвое меньший объем, чем гранулы.
Поэтому, чтобы расплав заполнил объем ьинтового канала целиком,
что важно для интенсивного перемешивания, его необходимо
сжать. Для обеспечения сжатия расплава червяк в зоне
плавления имеет по ходу движения расплава уменьшающийся
объем винтового канала, что достигается за счет уменьшения
глубины нарезки. Уменьшение объема винтового канала червяка
оценивается степенью сжатия.
Степень сжатия — это отношение объема винтового канала
в зоне загрузки к объему винтового канала в зоне дозирования
104

на длине в один шаг:
где Г„ и lj — объемы винтового канала в зонах загрузки и дозирования
соответственно.
Наиболее распространены червяки с постоянным шагом и
переменной глубиной нарезки, так как изготовить их легче, чем
червяки с переменным шагом и постоянной глубиной нарезки.
Для червяка с постоянным шагом степень сжатия равна
отношению глубины нарезки в зоне загрузки h3 к глубине
нарезки в зоне дозирования /гд:
Наряду с фактором увеличения плотности материала вдвое
при плавлении по сравнению с насыпной плотностью твердого
термопласта имеются и другие факторы, учитываемые при
определении степени сжатия: колебание подачи материала при
загрузке, эффективность перемещения твердых частиц и др.
С учетом этих факторов рекомендуемая степень сжатия
червяков для экструзии термопластов составляет от 2,8 до 3,5.
Длина зоны сжатия зависит от природы
перерабатываемого полимера. Для экструзии кристаллических полимеров
применяются червяки с короткой зоной сжатия, так как данные
полимеры плавятся в узком температурном диапазоне. Аморфные
полимеры переходят в вязкотекучее состояние постепенно,
поэтому червяки для переработки аморфных полимеров имеют
длинную зону сжатия.
Зона дозирования — последний участок червяка перед
головкой. Эта зона имеет постоянную, но меньшую, чем в зоне
загрузки, глубину канала. За счет развиваемых в зоне
дозирования больших сдвиговых деформаций происходит
окончательная пластикация и гомогенизация расплава и образуется
однородный по структуре, температуре и вязкости расплав.
В этой зоне происходит выравнивание скорости течения
расплава. Зона дозирования работает как насос с постоянным
объемным расходом и определяет фактическую производительность
машины.
Длина зоны дозирования также зависит от типа
перерабатываемого полимера и может изменяться в широких пределах.
Для термочувствительных полимеров (например, поливинил-
хлорида) пребывание в этой зоне сопряжено с опасностью
перегрева и деструкцией, поэтому червяки для них должны иметь
короткую зону дозирования или совсем не иметь этой зоны.
Для других полимеров (полиолефины, полистирол) зона
дозирования обеспечивает дополнительную пластикацию и
гомогенизацию, и длина ее составляет 20—25% длины червяка. Рис.
4.10 иллюстрирует соотношение между длинами зон червяков
105-

л л. л л
Л л
7У\ \ Л
Рис. 4.10. Схемы червяков общего назначения (а), для экструзии
кристаллических (б) и аморфных (в) полимеров
общего назначения, для экструзии кристаллических полимеров
(например, полиамидов) и для экструзии термочувствительных
полимеров (например, ПВХ).
4.3.3. Теоретическая производительность экструдера
При описании работы экструдера было отмечено, что
результирующий поток расплава складывается из трех потоков:
прямого, обратного и потока утечки. Очевидно, и суммарный расход
материала, или производительность экструдера Q3,
определяется как алгебраическая сумма прямого потока Qnp, обратного
потока Qoe и потока утечки QyT:
Q» = QnP—Qoe—<?ут. D.1)
Рассмотрим смысл уравнения D.1) и связь его членов с
техническими параметрами червяка экструдера и
технологическими параметрами экструзии.
При отсутствии сопротивления движению расплава в
цилиндре будет лишь один прямой поток, который пропорционален
частоте вращения червяка:
<3пр = ал, D.2)
где а —константа, зависящая от размеров и геометрии витков червяка в зоне
дозирования (константа червяка); л —частота вращения червяка, с~'.
Из уравнения D.2) следует, что прямой поток не зависит от
реологических свойств перерабатываемого термопласта.
Обратный поток, обусловленный, как указывалось выше,
сопротивлением движению расплава, создаваемым сетками и
головкой, тем значительнее, чем больше сопротивление, т. е.
106

чем больше перепад давления Др вдоль червяка:
Qoe = p(Ap/ii). D.3)
где ji — константа червяка; т] — вязкость расплава.
Поток утечки также зависит от перепада давления вдоль
червяка Лр и вязкости расплава г) и определяется формулой
QyT = Tf(Ap/n). D-4)
где f—константа червяка.
Обратный поток и поток утечки направлены в
противоположную от головки сторону, поэтому они входят в уравнение
D.1) со знаком минус.
Величина потока утечки, особенно для высоковязких
полимеров, невелика, и при определении производительности экст-
рудера по уравнению D.1) может не учитываться. Таким
образом, суммарная производительность определяется уравнением
вида
D.5)
Это уравнение является уравнением прямой линии и
называется характеристикой червяка. При свободном выходе
расплава из цилиндра Лр = 0, и производительность определяется
только частотой вращения червяка. С повышением давления
производительность уменьшается. Как будет показано ниже,
в формулу для константы р входит глубина канала в третьей
степени (h3), поэтому червяки с глубоким каналом более
чувствительны к изменению давления, чем червяки с мелкой
нарезкой. На рис. 4.11 показаны характеристики червяков с
глубоким и мелким каналами.
В специальной литературе приводятся уравнения для
расчета теоретической производительности экструдера.
Для практических расчетов удобно уравнение вида
где а, р, ч — константы прямого и обратного потоков и потока утечки
соответственно; К—общая константа геометрической формы головки; п —
частота вращения червяка.
Константы а, $, у рассчитываются по формулам
a = 0,5nmDh{t/m—e) cos2q>; D.7)
e) cos*«p/A2L); D.8)
е1), D.9)
где D — диаметр червяка; L — длина червяка; т — число заходов нарезки;
h — глубина канала; t—шаг винтовой нарезки; е — ширина гребия нарезки;
107

б — зазор между гребнями и цилиндром; <| -угол подъема винтовой линии
червяка; все линейные размеры — в см.
Общая константа головки определяется как сумма
сопротивлений отдельных участков:
/C=(l/*,+ l/*2+... +bfrll)-i. D.10)
Например, для цилиндрического участка канала
*,=л?L/A28И. D.11)
где D и L — диаметр и длина данного учасгьа формующего канала головки,
4.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКСТРУЗИИ
К основным технологическим параметрам экструзии относятся:
температура расплава в цилиндре и в головке; давление
расплава в головке; частота вращения червяка.
Выбор оптимального режима переработки зависит от
многих факторов: вида термопласта, его молекулярной массы,
состава композиционного материала: иг вида, размеров и
конфигурации изделия; от типа используемого оборудования.
При выборе температурного режима -экструзии
рекомендуется температуру цилиндра повышать от загрузочной
зоны к головке по возможности плавно. Температуру
материального цилиндра вблизи загрузочного бункера задают
обычно на 10—15 °С выше температуры плавления материала. Если
основание загрузочной воронки или материальный цилиндр
возле нее охлаждаются водой, то возможны более высокие
температуры в этой зоне. Температура в головке
может быть равна или на 5—10 СС ниже температуры последней
(по ходу экструзии) зоны материального цилиндра, что
способствует улучшению гомогенизации расплава. Самая высокая
температура должна обеспечиваться на участке, где
установлено устройство для фильтрации расплава, так как оно создает,
как правило, наибольшее сопротивление потоку.
Давление расплава в головке обусловливается
сопротивлением головки и фильтрующих сеток и необходимо-
для хорошего перемешивания
расплава. Недостаточное давление
приводит к различным дефектам
экструдата: «оспины» на
поверхности листов, шероховатость на
трубах, раковины, тусклая
поверхность, снижение механических
свойств.
Рис. 4.11. Характеристики червяков с
глубоким (/) и мелким B) каналами
108

б — зазор между гребнями и цилиндром; <| -угол подъема винтовой линии
червяка; все линейные размеры — в см.
Общая константа головки определяется как сумма
сопротивлений отдельных участков:
/C=(l/*,+ l/*2+... +bfrll)-i. D.10)
Например, для цилиндрического участка канала
*,=л?L/A28И. D.11)
где D и L — диаметр и длина данного учасгьа формующего канала головки,
4.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКСТРУЗИИ
К основным технологическим параметрам экструзии относятся:
температура расплава в цилиндре и в головке; давление
расплава в головке; частота вращения червяка.
Выбор оптимального режима переработки зависит от
многих факторов: вида термопласта, его молекулярной массы,
состава композиционного материала: иг вида, размеров и
конфигурации изделия; от типа используемого оборудования.
При выборе температурного режима -экструзии
рекомендуется температуру цилиндра повышать от загрузочной
зоны к головке по возможности плавно. Температуру
материального цилиндра вблизи загрузочного бункера задают
обычно на 10—15 °С выше температуры плавления материала. Если
основание загрузочной воронки или материальный цилиндр
возле нее охлаждаются водой, то возможны более высокие
температуры в этой зоне. Температура в головке
может быть равна или на 5—10 СС ниже температуры последней
(по ходу экструзии) зоны материального цилиндра, что
способствует улучшению гомогенизации расплава. Самая высокая
температура должна обеспечиваться на участке, где
установлено устройство для фильтрации расплава, так как оно создает,
как правило, наибольшее сопротивление потоку.
Давление расплава в головке обусловливается
сопротивлением головки и фильтрующих сеток и необходимо-
для хорошего перемешивания
расплава. Недостаточное давление
приводит к различным дефектам
экструдата: «оспины» на
поверхности листов, шероховатость на
трубах, раковины, тусклая
поверхность, снижение механических
свойств.
Рис. 4.11. Характеристики червяков с
глубоким (/) и мелким B) каналами
108

наполнение и окрашивание материалов. Например, при синтезе
ПЭВП гранулятор устанавливается после реактора, в котором
протекает полимеризация, или под смесителями, где
приготавливаются композиции на основе полиэтилена. Питание таких
грануляторов осуществляется готовым расплавом. В процессах
переработки полимеров гранулирование производится при
получении композиционных материалов, например пластмасс на
основе поливинилхлорида и эфиров целлюлозы, а также при
переработке отходов.
Наибольшее применение нашли методы получения гранул с
использованием червячных и дисковых экструдеров.
Конструкции грануляторов различаются по способу резки и охлаждения
гранул; при этом применяются: резка гранул на решетке с
воздушным охлаждением; резка гранул на решетке с водяным
охлаждением; резка охлажденных прутков.
На рис 4.12 показана схема гранулирующей головки с
воздушным охлаждением гранул. Расплав из цилиндра / экстру-
дера продавливается через отверстия решетки 4 в виде
жгутов, которые разрезаются вращающимся ножом 3. Срезанные
части экструдата подхватываются струей сжатого воздуха и
транспортируются с помощью пневмотранспорта в бункер.
Охлаждение гранул при этом осуществляется воздухом за вре-
Таблица 4.3. Ориентировочные режимы
типов полимеров
Тип полимера
пэнп
пэсп
ПЭВП
пп
Непластнфицн-
(юванный ПВХ
Ударопрочный
1 lt~
Л.ММА
ПК
-\цетат
целлюлозы
Изделие
Рукавные пленки
Плоские пленки
Листы
Листы
Рукавные пленки
Листы
Рукавные пленкн
Листы
Плоские пленки
Листы
Листы
Листы
Листы, плоские
пленкн
Плоские пленки
экструзии некоторых
Температура
цилиндра по
jOHaM ±Ъ °С
1
125
155
130
120
130
130
140
190
196
150
170
160
165
160
135
165
140
150
140
150
150
210
220
165
180
165
180
175
3
135
180
150
160
140
170
160
220
245
175
195
170
190
195
4
145
195
180
170
150
180
170
230
260
190
200
170
220
200
Г)
145
195
180
170
150
180
170
230
260
190
200
170
250
200
Температура
формующего

инструмента
головка
145
195
180
190
150
190
180
230
265
180
195
170
300
200

формующая
щель
145
200
190
195
150
200
185
240
265
185
205
180
305
205
Давление в
формующем
ннстоумен—
те, МПа
10—18
15—25
—
10—16
13—20
10—18
15—20
—
20—32
10—20
15—25
5—10
25—40
15—20
10

Рис. 4.12. Схема гранулирующей головки с
воздушным охлаждением гранул:
/ — цилиндр экструдера: 2 — черняк: -t — нож: 4 —
решетка; 5 -- кожух
мя движения их от гранулятора до
бункера. Качество гранулята в
значительной степени зависит от
конструкции решетки. В решетке не
должно быть застойных зон,
формующие отверстия должны плавно
переходить в торцевую стенку
внутри решетки. Гранулирующий нож должен перемещаться по
торцу решетки без значительного зазора. Грануляторы такого
типа применяются в производстве пластикатов, этролов, поли-
олефинов и других полимеров.
В гранулирующей головке с водяным охлаждением
срезанные на решетке ножом гранулы увлекаются водой.
Обезвоживание гранул производится в центрифугах, циклонах и на
виброситах.
Грануляторы, работающие по принципу резки охлажденных
прутков, широко применяются для гранулирования полиамидов,
полистирола, ABC-пластиков, полиэтилентерефталата. Схема
агрегата изображена на рис. 4.13. Выходящие из головки 2
экструдера / струи расплава (в количестве не более 20—25)
проходят через охлаждающую ванну 3 и поступают в роторную
дробилку 5. Необходимый размер гранул достигается подбором
частоты вращения роторов дробилки. Гранулят содержит много
пыли, в нем могут быть и мелкие металлические включения,
так как резка охлажденных прутков сопровождается заметным
износом ножей.
К основным технологическим параметрам процесса
гранулирования относятся: производительность экструдера, температу-
Рис. 4.13. Схема гранулятора с резкой охлажденных прутков:
/ -экструдер; 2— прутковая головка; 3 охлаждающая ванна: 4 — вооушная сушилка:
¦i — роторная дробилка: б — направляющие ролики: 7—жгуты полимера
111

pa и давление расплава на входе в фильеру, температура
расплава на выходе из фильеры, частота вращения
гранулирующего ножа, температура воды в ванне и скорость отвода
прутков в агрегатах, гранулирующих охлажденные прутки. В
качестве примера ниже рассматривается технология получения
гранулированных поливинилхлоридных пластикатов.
4.5.2. Технология гранулирования поливинилхлоридных
пластикатов
Поливинилхлоридные пластикаты представляют собой
композиционные материалы на основе поливинилхлорида. В состав
пластикатов наряду с ПВХ входят пластификаторы,
стабилизаторы, наполнители, красители. Для получения пластикатов
обычно используется суспензионный или блочный ПВХ. В
качестве пластификаторов применяют диоктилфталат (ДОФ),
диалкилфталат (ДАФ789) и другие фталаты, диоктплсебацинат
(ДОС), полиэфирные пластификаторы и т. д. Стабилизаторами
служат стеараты кальция, бария, кадмия, свинцовые
соединения, эпоксидная смола и др. Из наполнителей применяются мел,
аэросил, тальк, диоксид титана, каолин. В настоящее время
выпускается широкий ассортимент пластикатов:
электроизоляционные, литьевые (для переработки литьем под давлением),
для изготовления поливочных шлангов, бензостойких трубок,
прокладок и т. д. Для примера ниже приведены рецептуры
одного из электроизоляционных пластикатов и пластиката для
поливочных шлангов:
ПВХ
ДОФ
ДАФ789
Стеарат кальция
Основной карбонат
свинца

Электроизоляционный
пластикат
100
70
—
1,4
4
Пластикат для
поливочных
шлангов
100
—
50
3
5
Технологический процесс получения пластикатов включает
три основные операции: приготовление суспензии
стабилизаторов в пластификаторах; приготовление композиции; получение
расплава и гранулирование на экструдере-грануляторе.
Приготовление суспензии производится на
коллоидных мельницах, рабочим органом которых является набор
расположенных горизонтально вращающихся дисков, между
которыми протекает грубодисперсная смесь стабилизаторов с
пластификаторами, а вытекает тонкодисперсная смесь — суспензия.
Кроме коллоидных мельниц могут применяться бисерные и ка-
112

витационные мельницы. Необходимость этой операции
обусловлена двумя основными причинами. Во-первых, применяемые
стабилизаторы не всегда достаточно тонкодисперсны, а чем
меньше размер частиц стабилизаторов, тем больше их
суммарная поверхность и тем эффективнее «работает» стабилизатор.
Во-вторых, установлено, что стабилизаторы лучше вводить в
полимер в виде суспензии, так как при этом достигается более
равномерное их распределение в массе полимера.
При получении окрашенных рецептур предусматривается
специальная линия для приготовления суспензии красителей в
пластификаторе на оборудовании, аналогичном оборудованию
для приготовления суспензии стабилизаторов.
Приготовление композиции производится в
центробежном лопастном смесителе, куда загружают поливинилхло-
рид, наполнители и ранее приготовленную суспензию. Основные
физико-химические закономерности приготовления
пластифицированной ПВХ-композиции рассмотрены в гл. 3 при описании
технологии получения поливинилхлоридных пленок.
Композиция готовится при температуре в смесителе 110—130 °С в
течение 20—30 мин.
Получение расплава из приготовленной
порошкообразной композиции производится в экструдере с
гранулирующей головкой. Температурный режим гранулирования
определяется составом пластиката и лежит в интервале 130—160 °С.
На рис. 4.14 приведена технологическая схема получения
гранулированных поливинилхлоридных пластикатов.
Стабилизаторы дозируются на весах в камере 2, откуда
самотеком поступают в смеситель 6, где перемешиваются с
пластификаторами. Смесь поступает на коллоидную мельницу 9,
где в результате перетирания частиц стабилизатора образуется
тонкодисперсная суспензия стабилизаторов в пластификаторах.
Суспензия сливается в сборник 11, откуда шестеренчатым
насосом подается в подогреватель 7 и, проходя через фильтр 10,
поступает в сборник готовой суспензии 12. Из сборника 12
насосом 13 суспензия закачивается в весовой мерник 4, из
которого самотеком сливается в верхнюю емкость двухстадийного
турбосмесителя 8. Поливинилхлорид из хранилища 1 по
пневмотранспорту подается в весовой мерник 5, а из него — в
смеситель 8. Готовая композиция самотеком поступает в бункер
червячного осциллирующего смесителя (ЧОС) 14. Композиция
в цилиндре ЧОС под влиянием тепла нагревателей и под
воздействием вращательного и возвратно-поступательного
движения червяка пластицируется и гомогенизируется. Однородная
масса продавливается через решетку гранулятора и с помощью
вращающегося ножа гранулируется. Гранулы пластиката
поступают в циклон 15. Температурный режим пластикации зависит
от рецептуры пластиката; например, при пластикации и грану-
8—81 113

лировании изоляционного пластиката должен выполняться
следующий температурный режим (в °С):
Червячно-осциллирующий
смеситель:
I зона 140
II зона 145
Гранулятор 120
Фильера 130
Качество готового пластиката зависит от многих факторов:
качества исходного сырья, точности дозировки компонентов, со-
пвх
Воздух
Рис. 4.14. Технологическая схема получения гранулированных поливинилхло-
ридных пластикатов:
/ — емкость-хранилище ПВХ; 2— камера для дозирования стабилизаторов; 3— весовой
мерник пластификатора; 4 — весовой мерник суспензии; 5 — весовой бункер ПВХ: 6 —
смеситель для получения грубой суспензии; 7 — подогреватель; S — двухстадийиый тур-
босмеситель: 9 — коллоидная мельница; 10 — фильтр; 11 — промежуточный сборник
суспензии; 12 — сборник готовой суспензии; 13 — центробежный насос; 14 — червячный
осциллирующий смеситель; 15 — буикер-циклои для готового пластиката
114

блюдения технологического режима, от исправности
оборудования. Например, при завышении температуры в смесителе
возможна желатинизация смеси (образование «козла»); порча
фильтрующих сеток на виброфильтре приводит к попаданию
крупнодисперсных частиц в суспензию и в пластикат и т. д.
4.6. ЭКСТРУЗИЯ ЛИСТОВ
4.6.1. Ассортимент листов и перерабатываемые материалы
К листам из полимерных материалов относят плоские изделия,
получаемые на листовальных агрегатах и имеющие толщину
0,25—0,5 мм и более. При меньшей толщине подобные плоские
изделия относят к пленкам. При разделении плоских изделий
на листы и пленки необходимо принимать во внимание не
только толщину изделия, но и жесткость материала. С этой точки
зрения, к листам относят плоские изделия, имеющие толщину:
для ПЭНП —0,5 мм, для ПЭВП —0,35 мм, для ПП —0,25 мм.
Для более жестких полимеров минимальная толщина листов
еще ниже; например, плоские изделия из ударопрочного
полистирола относят к листам при толщине 0,125 мм. Таким
образом, разделение плоских полимерных изделий на листы и
пленки носит условный характер.
Ширина листов составляет обычно 500—1200 мм, иногда
получают более широкие листы—до 3500 мм.
Для изготовления листов чаще всего применяются
ударопрочный полистирол, сополимер АБС, ПЭНП и ПЭВП, ПП, не-
пластифицированный ПВХ, ацетилцеллюлозные этролы.
4.6.2. Агрегатные линии для производства листов
Схема агрегатной линии для получения листов показана на
рис. 4.15. Из профилирующей головки экструдера / полотно
поступает в установку, имеющую три полировальных валка 2.
Далее лист подается на рольганг 3 или ленточный транспортер
и на тянущие валки 4, с помощью которых он отводится от
экструдера. За тянущими валками устанавливается комплект
дисковых ножей для обрезания кромок. В некоторых агрегатах
предусмотрена пила 5 для продольной резки полотна на две
части. Нарезка полотна на листы стандартных размеров
производится с помощью гильотинных ножниц 6.
Рассмотрим особенности конструкции и работу узлов
агрегатной линии.
Экструдеры оснащаются червяками, характеристики
которых зависят от вида экструдируемого термопласта. При
переработке в листы ПЭНП, ПЭВП, ПП применяются червяки с
отношением L/D^25. Рекомендуемая рабочая длина червяков
8* 115

Термоппаст
1}
§
j
* 5
/ 1
6
7
I
Рис. 4.15. Схема агрегатной линии для экструзии листов:
/ — экструдер; 2 — гладильно-полировальиые валкн: 3 — рольганговый транспортер: 4 —
тянущие валкн; 5 — пила для продольной резкн листа: 6 — ножницы для поперечной
резки листа; 7 — укладчик
при экструзии полиэтилена L= B5-f-30)D, при экструзии
полипропилена JL= B5-r40)D. Увеличение длины червяка
способствует повышению производительности и улучшению
гомогенизации расплава. Экструдеры с червяками длиной 30D и выше,
как правило, включают кроме зон загрузки, сжатия и
выдавливания зону дегазации, что особенно важно при экструзии ПП,
склонного к термоокислительной деструкции,
сопровождающейся выделением газообразных продуктов, снижающих качество
листа. Для экструзии листов из ацетилцеллюлозных этролов
используются червяки со степенью сжатия 1,8—3,0, рабочей
длиной 15, 20 и 25 D и точным соотношением зон питания, сжатия
к дозирования. Например, для червяков с L = 20D
рекомендуемое соотношение длин зон 9:4:7.
Полировальные валки (другие названия —
гладильные валки, гладильный каландр) предназначены для фиксации
формы и толщины выходящего из головки полотна, а также
для разглаживания, глянцевания и предварительного
охлаждения листа до температуры, при которой он не деформируется.
Обычно применяют трехвалковые вертикальные установки.
Листовая заготовка из головки поступает к среднему валку и
огибает либо верхний валок, либо нижний. Второй вариант
применяется чаще, так как обеспечивается меньшее провисание
листа и наиболее гладкая поверхность изделия. Достоинства
первого варианта — расположение полированной поверхности
сверху, вследствие чего меньше опасность ее повреждения при
дальнейшем движении листа по рольгангу.
Диаметр полировальных валков 250—350 мм; поверхность
их хромируют и полируют для предотвращения прилипания
полимера и отпечатывания на листе дефектов поверхности.
Валки оснащаются системой индивидуального термостатирова-
ния, при этом должна быть обеспечена равномерность
температуры по всей поверхности валка.
Рольганговый транспортер состоит из свободно
вращающихся роликов. В зависимости от производительности
116

агрегата длина его может достигать З.о м. Для интенсификации
•охлаждения с двух сторон транспортера могут устанавливаться
воздушные вентиляторы.
Прн получении листов из полнолефнпов на участке
рольганга иногда устанавливают тепловые излучателя.
Дополнительная термообработка способствует уменьшению внутренних
напряжений и улучшению качества поверхности листа,
Тянущие валки предназначены для отвода листа: для
лучшего сцепления с поверхностью листа их покрывают
резиной. Скорость тянущих валков должна быть несколько меньше,
чем скорость полирующих валков, чтобы компенсировать
сжатие материала при охлаждении.
Оборудование для номере ч и о й резки тонких
листов (до 6 мм) представляем eonuii ножницы гильотинного
типа; для резкн толстых листов используются малогабаритные
циркульные пнлы, установленные на специальной каретке,
Одновременно с вращением режущего инструмента каретка
перемещается в поперечном направлении и в продольном
направлении вместе с листом.
Продольная резка осуществляется тисковыми пилами.
Агрегатные липни комплектуются также оборудованием для
подсушки н подогрева грап_\линованного сырья, пневмопогруз-
чпкамн гранул, вентиляторами для отсоса стружки,
образующейся при распиливании листов. Кроме того, в комплект линии
входят системы автоматического термостатпрованпя зон экстру-
дера, головки, полировальных валков, приборы синхронизации
частоты вращения соответствующих групп валков, приборы
(обычно с источником "/-излучения) для непрерывного контроля
толшнны листа, устройство для снятия накапливающегося на
листах статического электричества и т. д.
Отечественной промышленностью выпускается несколько
моделей агрегатных линий для экструзии листов из
термопластов. В табл. 4.4 приводятся технические характеристики
оборудования для производства листов нз термопластов.
4.6.3. Листовальные головки
Принцип работы листовальнои головки пояснен на рис. 4.16.
Расплав из цилиндра поступает в распределительный канал
каплевидной формы, где па своем пути встречает призму,
создающую сопротивление потоку, Благодаря этому
сопротивлению происходит заполнение всего канала, и расплав вытекает
из-под призмы по всей ширине канала. Зазор, образуемый прн:<
мой, и, следовательно, сопротивление потоку можно
регулировать перемещением призмы по вертикали.
На рис. 4.17 изображена типичная конструкция головки
экструзии листов. Корпус головки 4 с помощью фланца '

~ Таблица 4.4. Технические характеристики оборудования
00 для производства листов из термопластов
Наименование оборудойанин
Тип, марка
Размеры листов, мм
толщина ширина

Установленная
мощность

рооборудования, кВт
Агрегат для производства листов из АЛ-1500
ударопрочного полистирола АЛ-1500-2
Линия для производства двухслой- АЛ-90-50-1000
ных двухцветных листов из ударо- (инд. 591829)
прочного полистирола и АБС-плас-
тика
Линия для производства листов из АЛ-125-1500
непластифицированного порошкооб- (инд. 591872)
разного ПВХ
Агрегат для производства листов изАЛ-20-150
гранулированного ударопрочного по- (инд. 591679-0)
листирола, пластифицированного
ПВХ
Линия для производства листов из Инд. 591809
поликарбоната
Линия для производства рулонных АРМ-90-1000
материалов из ударопрочного поли- (инд. 591709-0)
стирола
0,6—6
1-10
2—16
1-12
0,4—2,0
0,5—5,0
0,4—1,4
1500
1100—1450
800—1080
1500
150
800
1000
260
360
334
248
14,5
170
125
Габаритные
размеры, мм
18 000X5400X3780
17 500X5500X3780
19 050X6700X2865
23 570X6000X2750
3320X2700X2035
15 460X4000X9320
7350X4000X3620
Масса, кг
27 263
25 000
25 500
43 700
1820
18 500
10 758

Z 3
Расплав из
цилиндра
Рис. 4.16. Принципиальная схема листовальной головки:
; — распределительный канал: 2 — призма
Рис. 4.17. Листовальиая головка:
/-фланец для крепления головкн к цилиндру: 2- решетка: Я- расплав ™Р"о"ла|"'та:
V- корпус головкн: 5 - распределительный канал: 6- призма: /. «-формующие губкн
пится к цилиндру экструдера. На пути потока расплава
установлена решетка с сетками 2 для дополнительной очистки
расплава и создания давления. Расплав поступает в
распределительный канал 5 и через зазор между призмой и корпусом
выходит в виде широкого полотна. Толщина полотна
регулируется губками 7 и 8, одна из которых — 7 может перемещаться в
вертикальном направлении.
Обогрев головки осуществляется с помощью
электронагревателей, размещенных на верхней и нижней наружных
поверхностях головки. Нагреватели разделены по длине головки на
несколько температурных зон, что позволяет установить
требуемый градиент температуры по длине головки. Головки, как
правило, не имеют тепловой изоляции для облегчения доступа
к регулируемым болтам и нагревательным элементам. Для
контроля температуры и давления расплава в головке
устанавливаются соответствующие датчики.
4.6.4. Технологические параметры экструзии листов
К технологическим параметрам экструзии листов относятся:
температура зон цилиндра и головки; температура
полировальных валков; скорость отвода листа; частота вращения червяка.
Температура зон цилиндра и головки
определяется видом перерабатываемого термопласта и его
свойствами в первую очередь молекулярной массой, определяющей
текучесть расплава, которая, как известно, оценивается
показатели текучести расплава (ПТР). Так, при экструзии листов
толщиной'2—4 мм из ПЭВП с ПТР = 0,5^0,6 г/10 мин темпе-
119

ратура цилиндра по зонам устанавливается в диапазоне 135—
190 °С. При получении листов толщиной более 5 мм
применяется более высокомолекулярный ПЭВП с ПТР = 0,2-ь
-ьО,4 г/10 мин, и ¦ температуру по зонам повышают на 10—
20 °С. Более тонкие листы изготавливают из ПЭВП с ПТР =
= 0,6-н 1,2 г/10 мин при температуре зон на 15—20 СС ниже, чем
в первом случае.
Для получения листов из пепластнфнцированного ПВХ
используется полимер с константой Фикентчера 63; применение
более высокомолекулярного ПВХ затрудняет формование
листа вследствие высокой вязкости расплава.
Температура полировальных валков зависит
от вида полимера, скорости экструзии и толщины листа.
Высокие скорости экструзии и отвода полотна требуют понижения
температуры полировальных валков. При экструзии тонких
листов температуру валков устанавливают более высокой, чем при
экструзии толстых листов.
Температуры валков, расположенных по ходу листа,
неодинаковы. Например, при получении листов из непластифнциро-
ванного поливинилхлорида при движении полотна по валкам
снизу вверх температуры валков устанавливают: 100°С для
нижнего, 90 °С для среднего и 80 °С для верхнего. Колебания
температуры по длине валка не должны превышать ±@,5-=-
-нО,6) °С, иначе возможно коробление листа.
В табл. 4.5 приведены примерные температурные режимы
экструзии листов из термопластов.
Скорость отвода полотна устанавливают в
соответствии с производительностью линии. Существенную роль
играет толщина листа: чем больше толщина листа, тем ниже ско-
Таблица 4.5. Температурные
из термопластов
Термопласт
пэнп
ПЭВП
пп
Ударопрочный
полистирол
АБС-пластнк
ТВХ непластифи-
аированный
Термоплигтнччые
режимы
экструзии
листов
Температура цилиндра по тонам. °С
I
120—130
130—140
190—200
160—170
170—180
150—170
01 л -~> 1— г*,
2
130—140
150—J 70
210—220
170—180
180—190
160—180
•ГО- - ¦-,!!
140—150
170—180
220—230
180—J 90
190—200
170—190
4
160—180
180—200
230—240
190—210
200—220
175—195
'>.?0 --340
Температу-
>а головки,
=С
180—190
190—210
220—240
180—230
200—230
190—210
330—350
.45—200

Температура
полировальных ва
ликов, 'С
60—80
65—95
90—120
60—85
70—95
70—100
—
80—90

рость отвода. Правильный выбор скорости отвода позволяет
избежать таких дефектов, как шероховатость поверхности, раз-
потолщинность листа.
Частота вращения червяка влияет па степень
однородности расплава и качество листов. Например, одной из
причин пониженной механической прочности, а также тусклой
поверхности листов может быть слишком высокая скорость
вращения червяка.
Термопласты, склонные к термогидролитической
деструкции, перед экструзией следует подсушить. Например, ацетил-
целлюлозные этролы подсушивают до остаточного содержания
влаги 0,1—0,2%, АБС-пластик — до 0,1%, термопластичные
полиуретаны (ТПУ)—до 0,07%- Подсушку желательно
проводить при температуре 80—100 СС в сушилках с рециркуляцией
воздуха или в вакуумных сушилках.
4.6.5. Дефекты экструдированных листов и способы
их устранения
В табл. 4.6 перечислены основные виды дефектов листов,
изготовленных из термопластов методом экструзии, указаны
причины образования этих дефектов и даны рекомендации по их
устранению.
4.7. ЭКСТРУЗИЯ ТРУБ
4.7.1. Ассортимент труб и перерабатываемые материалы
Основными материалами для получения труб методом
экструзии служат полиэтилен высокой плотности, полипропилен, по-
ливинилхлорид, фторопласты.
Из ПЭВП в зависимости от рабочего давления жидкости в
трубах нашей промышленностью выпускаются четыре типа труб:
Л — легкие (рабочее давление 0,25 МПа), СЛ — среднелегкие
(рабочее давление 0,4 МПа), С — средние (рабочее давление
0,6 МПа), Т — тяжелые (рабочее давление 1 МПа). Наружный
диаметр труб — от 63 до 1200 мм. Трубы m ПП выпускаются
трех типов (обозначения такие же): ~Л, С и Т на рабочее дав-
ление 0,25; 0,6 и 1 МПа соответственно. Наружный диаметр
труб ^^"бт Ш до 4bl) мм. Трубы из ПЭ и ПП применяются для
транспортировки воды, воздуха, а также различных жидких и
газообразных продуктов, к которым стопки эти материалы.
Из непластифицнрованного ПВХ (винипласта) выпускается
шесть типов труб с наружным диаметром от 10 до 450 мм,
рассчитанных на рабочее давление в интервале 0,25—1,6 МПа.
Применяются эти трубы для транспортировки технической
воды и жидкостей, к которым стоек винипласт.
121

Таблица 4.6. Дефекты листов, причины их возникновения
и способы устранения
Дефекты
Причины возникновения
Способы устранения
Продольные
полосы и риски
Потемнение
верхиости
по-
Шероховатость
поверхности
Низкая
механическая прочность
Коробление листов
Посторонние
включения
Среднее значение
толщины больше
(или меньше)
заданного
Разиотолщинность
в поперечном
направлении
Разнотолщиниость
в продольном
направлении
Наличие дефектов на
рабочих поверхностях
формующего инструмента
Разложение полимера
вследствие перегрева
Загрязненное или влажное
сырье; низкая температура
расплава; загрязнение
рабочих поверхностей
формующего инструмента; разрывы
потока из-за перерыва в
питании
Плохое перемешивание
расплава; не отрегулирован
температурный режим;
низкая степень вытяжки
Низкая температура
калибрующих валков каландра
Недостаточно плотный
пакет фильтрующих сеток
Несоответствие между
скоростями выдавливания
расплава и отвода изделия;
неточная калибровка
формующего зазора; увеличенное
разбухание экструдата из-за
несоответствия температур-
но-скоростиых параметров
экструзии
Смещение формующего
зазора; неравномерное
распределение температур в
сечении головки
Непостоянная скорость
отвода нзделня; пульсация
выдавливаемого расплав
из-за неравномерной
скорости его течения;
недостаточное сопротивление
формующей головки
Неравномерная скорость от
вода изделия
(проскальзывание)
Вычистить, отшлифовать
рабочие поверхности
формующего инструмента
Вычистить цилиндр машины
и формующий инструмент,
отрегулировать
температурный режим
Заменить сырье или
подсушить его; повысить
температуру формующей
головки; отшлифовать рабочие
поверхности формующего
инструмента; соблюдать
непрерывное питание
Увеличить сопротивление
в головке путем установки
дополнительных сеток;
отрегулировать температурный
режим; отрегулировать
степень вытяжки
Увеличить температуру
среднего валка
Увеличить число
фильтрующих сеток
Уменьшить (увеличить)
частоту вращения червяка или
увеличить (уменьшить)
скорость отвода изделия; от-
калнбровать формующий
зазор; отрегулировать тем-
пературно-скоростные
параметры процесса в
соответствии с реологическими
показателями сырья
Отрегулировать формующий
зазор; отрегулировать
температуру в головке
Отрегулировать скорость
отвода; изменить частоту
вращения червяка;
отрегулировать температуру во
всех зонах цилиндра и
охлаждение червяка; снизить
температуру в головке,
установить дополнительные
сеткн или формующий
инструмент большого
сопротивления, уменьшить частоту
вращения червяка
Поджать валки тянущего
устройства
122

Из пластифицированного ПВХ (пластиката) выпускаются
шланги различного назначения: поливочные (для воды), мас-
ло-бензостойкие и др.
Фторопластовые трубы (обычно из фторопласта марки
Ф-4Д) изготавливаются диаметром от 30 до 600 -мм и
применяются для перекачивания агрессивных жидкостей.
В последние годы широкое применение нашли
гофрированные трубы и шланги. Их применяют в сельском хозяйстве,
строительстве, электротехнике, станкостроении, медицине, для
бытовых приборов и т. д. Достоинство гофрированных труб —
сочетание продольной гибкости с поперечной жесткостью.
Гофрированные трубы и шланги выпускаются в широком диапазоне
диаметров: от 16 до 200 мм.
При выборе той или иной марки материала для труб
руководствуются значением показателя текучести расплава.
Например, при изготовлении труб из полиэтилена рекомендуются
марки ПЭ с ПТР= @,6-4-2,4) г/10 мин. Полипропиленовые тру-
бы получают из ПП с ПТР= @,5ч-1,0) г/10 мин. При изготовле-
нии изделий с' повышенной прочностью применяют более
высокомолекулярные полимеры с ПТР= @,3-^0,7) г/10 мин.
4.7.2. Агрегатные линии для производства труб и шлангов
На рис. 4.18 показана схема технологической линии для
производства труб. Расплав из экструдера /, оснащенного трубной
головкой 2, непрерывно выдавливается в виде заготовки
кольцевого сечения. Заготовка поступает в калибрующее
устройство 3, где происходит ее предварительное охлаждение и
калибрование по геометрическим размерам. Далее труба проходит
охлаждающую ванну 4, где она окончательно охлаждается.
Отвод трубы осуществляется тянущим устройством 6. Для
разрезания трубы на отрезки стандартных размеров имеется
специальное режущее устройство 7.
ф Полимер
Рис. 4.18. Схема агрегатной линии для экструзии труб:
1 — экструдер; 2 — головка; 3 — калибрующее устройство; 4 — охлаждающая ванна; 5 —
измерительно-маркирующее устройство; 6 — тянущее устройство; 7 — устройство для
резки трубы; 8 — приемный стол
123

Рассмотрим устройство и работу отдельных узлов
агрегатной линии.
Экструдеры линий, перерабатывающих
гранулированные материалы, представляют собой обычные серийно
выпускаемые одночервячные машины с диаметром червяка от 32 до
160 мм и отношением L/D = 25. При изготовлении труб из
порошкообразных поливинилхлоридных композиций линии
комплектуются двухчервячными экструдерами.
Калибрующее устройство предназначено для
стабилизации размеров наружного или внутреннего диаметров
трубной заготовки и придания ей необходимой формоустойчиво-
сти. Применяются различные системы калибрования труб.
Наибольшее применение получил способ калибрования труб
по наружному диаметру, что связано с особенностями сборки
труб и соединения их с фитингами и арматурой. Принцип
калибрования трубной заготовки по наружному диаметру
заключается в протягивании трубы через охлаждаемую втулку,
к внутренней поверхности которой заготовка прижимается либо
атмосферным давлением (вакуумные калибрующие
устройства), либо сжатым воздухом. На рис. 4.19 поясняется принцип
калибрования трубы в вакуумном калибрующем устройстве.
Горячая мягкая труба атмосферным давлением прижимается к
той части калибрующей втулки, которая проходит через
вакуум-секцию калибрующего устройства.
На рис. 4.20 показан принцип калибрования с помощью
сжатого воздуха. В протягиваемую через калибрующую
втулку / трубу 2 по каналу в дорне подается сжатый воздух,
прижимающий трубу к поверхности втулки. Давление в трубе
сохраняется благодаря «плавающей» пробке 5, удерживаемой в
постоянном положении электромагнитом или тросом 4,
присоединенным к дорну.
Разновидность калибрования по наружному диаметру —
калибрование при помощи набора пластин с отверстиями, через
i—^~|
I
j
1
1
<y vyxyyvvvY1. *
Веда
I
"Г"
лхХллххл<л^
Вода.
1
¦оос* .^xSov^x х х х >
¦' ^
1 Вода
Рис. 4.19. Вакуумное калибрующее устрешетно:
/ — головка; 2~ труба; 3 — наладка
V2\
t Вода.

1 2 3.
Возду
Вода
Рис. 4.20. Принцип калибрования трубы сжатым воздухом:
/ — калибрующая втулка; 2 — труба; 3 — охлаждающая ванна; 4 — трос; 5 —
«плавающая» пробка
которые протягивается труба. Пластины устанавливаются в
ванну с холодной водой, в результате труба испытывает
меньшее трение и быстрее охлаждается.
Калибрование трубы ло внутреннему диаметру
производится с помощью охлаждаемого изнутри конического
удлинителя—дорна, по наружной поверхности которого протягивается
труба.
Охлаждающая ванна служит для окончательного
охлаждения трубы, непрерывно поступающей в нее из
калибрующего устройства. Вода в ванне проточная. Длина ванны
выдерживается с учетом диаметра экструдируемой трубы,
скорости ее отвода и вида полимера. Последнее обстоятельство
учитывается в связи с тем, что если экструдируется
кристаллический полимер, то длина ванны должна быть больше для
отвода тепла кристаллизации.
Тянущее устройство предназначено для
перемещения трубы через калибрующую насадку и охлаждающую
ванну.
Наиболее широко применяется тянущее устройство
гусеничного типа. Оно состоит из бесконечного ремня, натянутого на
два больших ролика; к ремню крепятся упругие мягкие
подушки, обеспечивающие хороший контакт с поверхностью трубы.
В устройствах такого типа может применяться 2, 3 или 6 пар
гусеничных лент.
Роликовые тянущие устройства содержат 2, 3 или 4 пары
роликов, расположенных по диаметру трубы. Они имеют
меньший контакт с поверхностью трубы и чаще применяются в
агрегатах для производства труб небольшого диаметра. ,
Устройства для резки труб состоят из
циркульных пил различных конструкций, работающих в автоматическом
125

Таблица 4.7. Технические характеристики линий для производства труб
Тнл, марка лкннн
Диаметр
червяка, мм
Наружный
диаметр
труб, мм
Перерабатываемый
материал
ЛТ20-1/10
ЛТ45-6/20
ЛТ63Х 25-25/63
Л ТМ63Х 25-25/63
ЛТ90Х 25-75/160
ЛТ125X25-140/400
ЛТ160Х25-400/800
20
45
63
63
90
125
160
1—10
10—25
25-63
25—63
75—160
140—400
400—800
Полиолефины
Полиолефины, ПВХ
Гранулиров. полиолефи-
иы, непластифициров.
ПВХ
Полиэтилен
Граиулиров.
полиолефины, непластифициров.
ПВХ
ПЭВП и ПЭНП
ПЭВП
режиме. В процессе резки трубы пила перемещается вместе с
трубой. Команда на резку подается микровыключателем после
того, как труба пройдет определенный участок; после
отрезания трубы режущее устройство перемещается в исходное
положение до следующей команды.
В табл. 4.7 приведены технические характеристики
агрегатных линий для производства труб и шлангов; эти же линии
используются для производства прокладок и других изделий.
Линии смонтированы на базе серийно выпускаемых червячных
прессов; первое число в маркировке линий — диаметр червяка
экструдера.
4.7.3. Трубные головки
При формовании труб наибольшее применение получили
прямоточные трубные головки, одна из конструкций
которых показана на рис. 4.21. Корпус головки состоит из двух
частей 3 и 6, между которыми находится решетка дорнодержа-
теля 11. К решетке дорнодержателя крепятся рассекатель 4 и
дорн 10. На входе расплава в головку вставлена решетка 2 с
пакетом фильтрующих сеток 1, с другой стороны в корпусе
головки с помощью фланца 8 закреплено формующее кольцо 9 —
мундштук. Мундштук и дорн образуют формующий зазор,
размер которого определяет толщину трубной заготовки.
Установка кольца соосно с дорном для обеспечения равной толщины
трубы по периметру производится с помощью винтов 7.
Штуцер 5 служит для подачи сжатого воздуха внутрь трубы.
Расплав из цилиндра экструдера проходит через пакет
сеток 1, решетку 2, попадает в зазор, образованный
рассекателем и частью корпуса 3, и проходит в виде нескольких потоков
через отверстия в решетке дорнодержателя. Во избежание за-
126

Установленная
электродвигателей
3,7
37,0
49,5
73,2
84,8
212,4
292,6
мощность, кВт

электронагревателей
2,9
10,7
34,4
32,1
54,6
105,9
202,5
Габаритные размеры, мм
1400X900X1850
30 750X1500X2800
40 650X2530x2830
37 700X2570X3200
50 700X3553x3900
48 800X2070X4835
67 500X3200X4250
Масса, кг
3390
6080
8210
13 700
14 285
34 500
46 500.
стойных зон ребра решетки дорнодержателя имеют обтекаемую
форму. Далее расплав поступает в формующий канал, где
отдельные потоки свариваются в монолитный поток. Длина
формующего канала обычно принимается 15—30-кратной толщине
трубы.
Недостатком рассмотренной конструкции прямоточной
головки является наличие в трубе линий спаев отдельных потоков
после прохождения дорнодержателя. В месте спаев труба
имеет пониженную прочность, которая может оказаться причиной
разрыва при гидравлическом испытании трубы.
Для исключения образования линий спаев в трубе
предложены различные усовершенствования конструкций головок.
Применяются прямоточные головки с цилиндрической решеткой
дорнодержателя (рис. 4.22). Расплав из цилиндра экструдера
А-А
а-а
Рис. 4.21. Прямоточная трубная головка:
/--макет сеток, 2 — решетка: 3, 6 — корпус головки; 4 — рассекатель: 5 — штуцер; 7 —
регулировочный винт: Я — фланец: 9 — формующее кольцо (мундштук); 10— дорн; 11—
решетки дорнодержателя: в сечении о—а покачан обтекаемый профиль ребра
дорнодержателя
127

12 3 4-
Рис. 4.22. Прямоточная
головка с цилиндрической решеткой
дорнодержателя:
/—фланец; 2— решетка
дорнодержателя: Л — рассекатель дорна; 4 —
корпус; 5 — дорн; 6 — формующее
кольцо; 7 — регулировочный винт
Воздух
проходит через
отверстия решетки
дорнодержателя 2, в которых он
течет перпендикулярно к
оси головки, затем
отдельные потоки
поворачиваются вдоль решетки
и попадают в формующий зазор. Вследствие поворота
расплава н изменения профиля скорости течения линии спаев не
образуются.
Другое конструктивное решение прямоточных головок,
направленное на ликвидацию линий спаев, — это применение дор-
нов с винтовыми канавками, благодаря чему отдельные потоки
текут по спирали и пересекаются друг с другом, обеспечивая
хорошую взаимную свариваемость.
Кроме прямоточных головок в производстве труб нашли
применение угловые головки. На рис. 4.23 показана
угловая головка с охлаждаемым дорном для калибрования трубы
по внутреннему диаметру. Расплав из цилиндра поступает в
патрубок корпуса, по коллекторному распределителю 8
обтекает с двух сторон дорн 3 и, поворачивая, течет вдоль оси дорна,
образуя монолитный поток. Калибрование трубы происходит на
охлаждаемой части дорна, которая выходит за формующее
кольцо 5. Труба, формуемая з такой головке, имеет одну ли-
inuo спая на противоположной стороне от входного патрубка.
Для ликвидации линий спаев применяют головки с дорнами,
имеющими винтовые канавки.
Имеются и другие конструкции трубных головок.
Рис. 4.23, Угловая трубная
головка с охлаждаемым
дорном:
/ — 1[>уб;г. '2 -- 1 еплоизоляциои-
ная н гулка; Я— дорн; 4 —
Корпус, 5 - формующее кольцо; в —
фланец; 7 — регулировочный
винт, ft—ко-1 1екторчый
распределитель

Формующие детали головок изготавливаются из
легированных сталей марок 4Х-13, ЗХ-В, 38ХВ-10А и др. Поверхности
деталей, соприкасающиеся с расплавом, полируют, а в головках
для экструзии ПВХ — хромируют.
4.7.4. Технологические параметры экструзии труб
и шлангов
К технологическим параметрам экструзии труб и шлангов
относятся: температура зон цилиндра и головки; температура в
калибрующем устройстве и охлаждающей ванне; скорость
отвода трубы; давление расплава в головке; частота вращения
червяка.
Оптимальные параметры экструзии зависят от вида
перерабатываемого полимера, его молекулярной массы, от размеров
труб,типа оборудования.
Температурный режим зависит в основном от вида
перерабатываемого полимера. Так, при наладке процесса получения
труб и шлангов могут использоваться значения температур,
приведенные в табл. 4.8.
Температуры воды в калибрующей насадке и в
охлаждающей ванне зависят от скорости отвода трубы и ее размеров.
Чем больше скорость отвода трубы и больше ее диаметр, тем
интенсивнее должно быть охлаждение трубы. Обычно
применяется охлаждение проточной водой, количеством которой
регулируют температуру. Давление расплава в головке так же, как и
температура, определяется типом полимера: при экструзии труб
из ПЭНП давление в головке составляет 7,5—11, из ПЭВП—
9—13, из ПП — 11 —16, из непластифицированного ПВХ —
25—35 МПа.
Таблица 4.8. Температурные режимы, используемые при наладке
процесса экструзии труб и шлангов
Термопласт
ПЭНП
ПЭВП
ПП
Непластифицированный ПВХ
Поливинилхлоридный пластикат
для поливочных шлангов
Поливинилхлоридный пластикат
для бензостойких трубок
Температура цилиндра
1
125
140
180
180
160
175
по зонам, L
2 | 3
125
160
200
190
170
180
130
165
215
200
175
180
4
130
165
225
210
180
185
Температура
головки по
зонам.
i
130
165
225
200—210
180
185
2
135
170
235
180
185
9—81
129

4.7.5. Технология производства гофрированных труб
Технологическая линия для получения гофрированных труб
(рис. 4.24) включает экструдер 1, снабженный трубной
головкой 2 с удлиненными необогреваемыми дорном и мундштуком,
гофратор 3 с двумя рядами движущихся по замкнутому
контуру полуформ, намоточное устройство 5. Линии,
предназначенные для изготовления дренажных гофрированных труб,
комплектуются перфоратором 4 для пробивания водовводящих
отверстий.
Изготовление гофрированных труб происходит следующим
образом. Тонкостенная трубная заготовка, выдавливаемая из
головки экструдера, поступает в непрерывно движущиеся
полуформы гофратора, где раздувается сжатым воздухом,
подаваемым внутрь трубной заготовки через дорн головки.
Прижимаясь к охлаждаемым полуформам гофратора, трубная
заготовка принимает форму гофрированной трубы и непрерывно
отбирается гофратором. Далее труба наматывается в бухту
намоточным устройством.
В технологических линиях для производства гофрированных
труб используют стандартные одночервячные экструдеры для
гранулированных термопластов и двухчервячные экструдеры
для порошкообразных композиций на основе ПВХ с
повышенной мощностью привода, так как работа протекает в
напряженном режиме. Жесткий режим работы обусловлен большим
сопротивлением проходу расплава в длинной необогреваемой
головке— потери давления в головке составляют 30—40 МПа
(при изготовлении обычных труб—10 МПа).
Общим требованием к головкам для изготовления
гофрированных труб является необходимость тщательного уплотнения
их деталей, так как из-за большого давления в головке
возможно вытекание расплава через неплотности. Головка
снабжается пробкой, удерживающей формующий воздух внутри трубы;
конструкции этих пробок во многом аналогичны конструкциям
«плавающих пробок» калибрующих устройств.
Рис. 4.24. Схема технологической линии для получения гофрированных труб:
J — экструдер; 2— трубная головка; 3— гофратор; 4— перфоратор; 5 — намоточное
устройство
130

Рис. 4.25. Двухцепнон гофратор:
/ — цепи; 2 — полуформа
В технологических
линиях применяются гофра-
торы различных систем, из
которых наибольшее
распространение получили
двухцепные гофраторы
(рис. 4.25). Такой гофратор
представляет собой две
движущиеся цепи /, к которым прикреплены полуформы 2. При
смыкании полуформы образуют формующий канал.
Охлаждение полуформ осуществляется воздухом, нагнетаемым
вентилятором. Дополнительные охлаждающие устройства
(оросительные ванны) применяют, как правило, при изготовлении
толстостенных гофрированных труб.
Профиль гофра — полукруглый, прямоугольный,
треугольный, трапециевидный; последний обеспечивает наиболее
удобное извлечение гофрированной трубы при размыкании
полуформ гофратора, поэтому применяется наиболее часто.
Технология изготовления гофрированных труб практически
не отличается от технологии производства гладких труб, за
исключением двух особенностей.
Первая особенность—необходимость поддержания
максимально допустимой температуры расплава и минимальной
вязкости, что связано с большим сопротивлением головки.
Вторая особенность — это своеобразные методы оценки
качества гофрированных труб. Например, оценка качества
дренажных труб сводится к нагружению участка трубы силой,
действующей на изделие снаружи. Нагружение приводит к ова-
лизации трубы, которое регламентируется стандартом.
4.7.6. Дефекты экструдированных труб и способы
их устранения
В табл. 4.9 дан перечень основных видов дефектов труб из
термопластов, изготовленных методом экструзии, указаны
причины их образования и приведены рекомендации по их
устранению.
4.8. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК
4.8.1. Ассортимент пленок и перерабатываемые материалы
Как уже было сказано, к пленкам относят сплошные плоские
изделия толщиной менее 0,125—0,5 мм с учетом жесткости
материала: нижний предел — для изделий из жестких материалов
131

Таблица 4.9. Дефекты труб, причины их возникновения
и способы устранения
Дефекты
Причины возникновения
Способы устранения
Шероховатость
внутренней
поверхности
Наружный
диаметр больше
допускаемого
Наружный
диаметр меньше
допускаемого
Продольные утол-
щеиия,
симметрично расположенные
по внутренней
окружности трубы
Концентрические
волнообразные
утолщения,
периодически
повторяющиеся вдоль
трубы
Овальность трубы
Высокая температура
расплава или близкое
расположение запорной пробки от
головки (при калибровании
избыточным давлением)
Недостаточное охлаждение
в калибрующей насадке;
чрезмерное давление
воздуха во внутренней полости
трубы; увеличенный
внутренний диаметр
калибрующей насадки, ие
соответствующий режиму и сырью
Недостаточное давление
воздуха во внутренней
полости трубы; недостаточное
охлаждение в калибрующей
насадке при одновременно
увеличенной скорости
отвода трубы; уменьшенный
внутренний диаметр
калибрующей иасадки, не
соответствующий режиму и
сырью
Недостаточное сжатие и
выравнивание скоростей
отдельных потоков расплава
Пропускание сжатого
воздуха через запорную
пробку
Деформация трубы
гидростатическим давлением в
охлаждающей ваине; дефор
мация трубы из-за
сжимающего усилия тянущего
устройства
Снизить температуру
формующей головки и
последней зоны цилиндра или
удлинить трос запорной
пробки; снизить скорость
процесса
Увеличить поступление
охлаждающей воды или
снизить ее температуру;
снизить давление сжатого
воздуха; поставить
калибрующую насадку с меньшим
внутренним диаметром
Увеличить давление
сжатого воздуха; уменьшить
скорость отвода и увеличить
поступление охлаждающей
воды в иасадку; поставить
калибрующую насадку
с большим внутренним
диаметром
Установить головку с
большим проходным сечением
(меньшим сопротивлением)
в дорнодержателе или
с большим сопротивлением
формующего инструмента
Снизить давление сжатого
воздуха, сменить запорную
пробку или резиновые
прокладки
Усилить охлаждение в
калибрующей насадке,
понизить температуру расплава,
увеличить давление сжатого
воздуха; ослабить сжатие
транспортирующих органов
тянущего устройства,
усилить охлаждение трубы или
снизить скорость процесса
132

Продолжение
Дефекты
Причины возникновения
Способы устранения
Низкое
относительное удлинение
при разрыве
Не выдерживает
испытания
внутренним
гидростатическим
давлением
Слишком резкое
охлаждение расплава в
калибрующей иасадке; недостаточное
перемешивание
(гомогенизация) расплава в цилиндре
или недостаточное
выравнивание скоростей потока
расплава в головке
Плохая спайка отдельных
потоков расплава
Снизить скорость или
температуру воды,
поступающей в калибрующую
насадку; увеличить подпор в
цилиндре, установить
формующий инструмент с более
длинной цилиндрической
частью н увеличенным
сопротивлением после дорио-
держателя
Повысить температуру
расплава, уменьшить скорость
процесса, установить
формующий инструмент с
более длинной цилиндрической
частью
(ПС, эфиры целлюлозы и др.), верхний — для изделий из
мягких полимеров (ПЭНП).
Ширина пленок определяется как материалом, так и
методом производства; например, полиэтиленовые пленки
выпускают шириной до 24 м, поливинилхлоридные — до 1,5 м (каланд-
рованием), пленки из полиэтилентерефталата — до 2 м.
Большинство пленок получают из полиэтилена, как низкой,,
так и высокой плотности, полипропилена,
пластифицированного поливинилхлорида, поливинилиденхлорида, полстирола,
полиэтилентерефталата, полиамидов, сополимеров этилена с
винилацетатом, эфиров целлюлозы.
Наряду с пленками из однородных полимеров выпускаются
также армированные, многоцветные и многослойные пленки.
4.8.2. Методы получения пленок
Для изготовления полимерных пленок используются
следующие методы: 1) экструзия расплава полимера; 2) каландрова-
ние расплава полимера; 3) полив раствора полимера или фор-
полимера на полированную движущуюся металлическую ленту
или продавливание через фильеру в осадительную ванну; 4)
полив дисперсии полимера наполированную поверхность; 5)
строгание заготовок; 6) прессование.
Формование пленок методом полива принадлежит к
старейшим промышленным способам производства пленок и теперь
имеет ограниченное применение. Этим методом получают
пленки из эфиров целлюлозы, поливинилового спирта, полиимидов
и некоторых других полимеров.
133

Строгание заготовок и холодное прессование —
специфические методы изготовления сравнительно толстых пленок из
политетрафторэтилена.
В настоящее время наибольшее значение имеют экструзион-
ный и каландровый методы формования пленок. Каландровый
метод был описан в соответствующей главе.
Экструзионный метод, в свою очередь, имеет две
разновидности: 1) экструзия расплава через кольцевую головку с
последующим раздувом рукава (рукавный способ) и 2)
экструзия расплава через плоскощелевую головку с охлаждением на
валках или в ванне.
Ниже рассматривается технология получения пленок экстру-
зионным методом.
4.8.3. Формование пленок рукавным методом
i.8.3.1. Принцип (метода
Экструзиоино-рукавный метод получения пленок в настоящее
время является самым простым, высокопроизводительным и
экономичным среди способов получения полимерных пленок нз
расплава. Этим методом получают пленки в основном из ПЭВД
и ПЭСД; ПЭНД, ПП и пластифицированный ПВХ имеют огра-
Рис. 4.26. Схема агрегата для получения пленок рукавным методом с
вертикальным отбором рукава:
'— чкструдер; 2 — бункер: (—фильтр; 4—головка; 5 — трубопровод для воздуха; в —
вкладывающие теки; 7—тянущие валки: 8 — эстакада; 9 -¦ охлаждающее кольцо; 10 —
направляющие валки: // — намоточное устройство
1.34

Рнс. 4.27. Схема агрегата для получения пленок рукавным методом с
горизонтальным отбором рукава. Номера позиций те же, что и на рис. 4.26
ничейное применение. Другие полимеры для получения
рукавных пленок используются редко.
Принцип метода показан на рис. 4.26. Расплав из экструде-
ра / через кольцевую головку 4 выдавливается в виде
тонкостенной трубы-рукава, который после выхода из головки раз^
дувается до требуемых размеров сжатым воздухом,
поступающим в него через центральное отверстие головки. Затем рукав
охлаждается, специальными щеками 6 складывается в плоское
двойное полотно, протягивается между тянущими валками 7,
одновременно отжимающими воздух, находящийся в рукаве,,
и наматывается на бобины //.
Кроме изображенной на рис. 4.26 вертикальной схемы
производства с отводом рукава вверх применяются агрегаты с
отводом рукава вниз и с горизонтальным отводом пленочного
рукава. Агрегаты с отводом рукава вниз применяются в
производстве пленок небольших размеров, так как под действием
собственного веса рукав может обрываться на участке, где
полимер находится в высокоэластическом состоянии. К
преимуществам такой схемы относятся более легкое налаживание
технологического процесса и лучшее охлаждение пленочного
рукава.
Горизонтальная схема (рис. 4.27) применяется в
агрегатах и автоматизированных линиях для производства
мешков, где степень раздува рукава невелика, а толщина пленки
превышает 0,2 мм. Способ используется также при
производстве пленок из термочувствительных полимеров, например поли-
винилхлорида.
Разработаны также установки с вертикальными экструдера-
ми, выпускаемые рядом зарубежных фирм. Использование
вертикального экструдера позволяет уменьшить необходимые
производственные площади. Другое преимущество этих
установок— отсутствие поворота потока расплава при входе в голов-
135

Таблица 4.10. Технические характеристики оборудования для производства
Наименование
Линия для
производства рукавной
пленки
Агрегат для
производства рукавной
пленки
Комплект
оборудования для
производства термоуса-
жмвающейся
пленки
Тип, марка
ЛРП-45-700М
ЛРП-63-1000М
Л РП-160-3000
ЛРП-160-3000М
УРП-1500-2
ЛРП-250-6000
На базе
Л РП-160-3000

Диаметр
червяка

экструдера.
мм
45
63
160
160
90
250
160

Отношение
длины
червяка
к
диаметру
25
30
20
25
20
30
20
Размеры
толщина
0,02—0,15
0,02—0,20
0,08—0,25
0,08—0,25
0,03—0.20
0,1—0,3
0,1—0,2
пленки, мм
ширина
сложенного
рукава
200—700
300—1000
2000—3000
1500—2000
1000—1500
3000
2000—2800
ку и поэтому более простая конструкция головки,
характеризующаяся относительно низким гидравлическим сопротивлением
и обеспечивающая лучшие условия для выравнивания потока
расплава.
4.8.3.2. Агрегаты для получения пленок рукавным методом
Агрегаты для получения рукавных пленок состоят из экструде-
ра и приемно-намоточной машины. Отечественный
промышленностью выпускаются экструзионные агрегаты ЛРП на базе
серийных экструдеров с диаметром червяка 45—160 мм, LID =
= 20-^-25, производительностью от 60 до 550 кг/ч пленки из
полиолефинов. Приемно-намоточная машина включает в себя
устройство для охлаждения пленки, раздвижные панели
(«щеки») для складывания пленочного рукава, тянущие обрезинен-
ные валки, намоточное устройство.
В табл. 4.10 приведены технические характеристики экстру-
зионных агрегатов для получения полиэтиленовой пленки
рукавным методом.
4.8.3.3. Технологический процесс формования
Технологический процесс получения рукавных пленок
включает следующие стадии: подготовка и подача гранулированного-
полимера в загрузочный бункер экструдера; пластикация и
получение расплава полимера в цилиндре экструдера; выдавли~
136

полиэтиленовой пленки
Глубина
фальцовки
пленки, мм
80
80
500
—
_
500
рукавным методом
Установленная
мощность, кВт

электродвигателей
67,0
64,9
166,2
229,3
59.6
607,9
167,3

электронагревателей
7,2
27,7
92,9
98,5
—
377,7
112,7
Скорость
намотки.
м/мнн
До 60
До 80
2—20
3—30
3—28
2,5—50
Габаритные размеры, мм
5000X4500X4500
7000X3500X5600
11000X5500X9340
13 00GX7100X9070
7000X3500X5000
21000X17 700X19 000
11 100x5500x9840
Масса, кг
6870
8765
32 617
33 250
4475
140 000
32 000
вание расплава через формующую головку в виде рукавной
заготовки; раздув заготовки до необходимого диаметра подачей
воздуха внутрь рукава с одновременной вытяжкой рукава в
продольном направлении; охлаждение рукава; складывание
пленочного рукава в двойное плоское полотно; обрезание
кромок или разрезание двойного полотна на два одинарных;
намотка полученной пленки в рулоны; контроль качества,
разбраковка, маркировка и упаковка готовой продукции. Ниже
приведено описание тех стадий процесса, на которых проявляется
специфика метода.
Пластикация и получение расплава
полимера характеризуются обычными параметрами экструзии:
температурой цилиндра и головки по зонам, давлением расплава,
частотой вращения червяка.
При выборе температурного режима целесообразно
учитывать проверенные практикой важные рекомендации:
температуру экструзии повышают от загрузочной зоны к головке экстру-
дера по возможности плавно; температуру в зоне
материального цилиндра экструдера, близкой к загрузочному бункеру,
задают на 10—15 °С выше температуры плавления полимера (более
высокие температуры в этой зоне возможны, если основание
загрузочной воронки или материальный цилиндр около нее
охлаждают водой); температура в головке может быть равна или на
5—10 °С ниже температуры последней по ходу экструзии зоны
материального цилиндра, что способствует лучшей
гомогенизации расплава; самая высокая температура задается на участке,
137

Таблица 4.11. Ориентировочные режимы экструзии с раздувом
рукавных пленок из некоторых термопластов
Термопласт
пэвд
пэсд
пэнд
пп
Температура цилиндра по зонам, "С
I
125
130
140
185
2
135
150
160
215
3
135
160
175
235
4
145
170
180
245
Температура
головки по
зонам, °С
1
140
170
180
250
2
140
175
185
250
Давление
в головке,
МП а
10—15
12 — 17
13 — 19
15—20
где установлено устройство для фильтрации расплава, так как
оно создает наибольшее сопротивление потоку.
Тепловой режим влияет на свойства получаемых пленок.
При низких температурах происходит значительная вытяжка
пленки, сопровождаемая ориентацией макромолекул и
улучшением прочностных свойств. При высокой температуре расплава
полнее происходит релаксация напряжений, возникающих в
полимере при выдавливании и приводящих к появлению
поверхностных дефектов. Прозрачность и блеск пленки также
зависят от температурного режима: более высокие температуры
обеспечивают лучшую прозрачность и повышенный блеск.
При выборе температурного режима экструзии в каждом
конкретном случае кроме вида перерабатываемого полимера
учитывают его ПТР и свойства получаемых пленок. В качестве
примера в табл. 4.11 приведены ориентировочные режимы
экструзии с раздувом рукавных пленок для некоторых термопластов.
Своеобразными видами контроля за протеканием
технологического процесса служат линия кристаллизации и конус
раздува. Линией кристаллизации называют линию, разделяющую
расплавленный аморфный полимер от частично
закристаллизованного. Эта линия является границей затвердевания
полимера и определяет начало постоянства диаметра рукава. По ее
конфигурации судят о равномерности толщины пленочного
рукава по окружности. На участках, где эта линия выше от
головки, толщина пленки больше и наоборот. Конус раздува —
участок рукава от выхода из головки до линии кристаллизации.
Нормальная конфигурация конуса раздува достигается
оптимальным соотношением скоростей истечения материала из
профилирующей щели и его охлаждением.
Раздув трубной заготовки осуществляется
подаваемым через центральный канал дорна сжатым воздухом
давлением около 10 кПа. Воздух подается таким образом, чтобы
увеличение диаметра рукава происходило постепенно и
равномерно. Важным технологическим параметром, определяющим
размеры и свойства пленки, является степень (коэффициент)
138

раздува рукава, определяемый отношением диаметра рукава к
диаметру дорна:
eP = Dp/Da.
"При изготовлении пленок из полиолефинов еР находится в
пределах 1:1,5-^1:4,5. Одновременно с раздувом рукава
происходит его вытяжка в продольном направлении за счет
отбора приемным устройством. Степень продольной вытяжки
определяется соотношением линейной скорости отбора пленочного
рукава Uo и скорости экструзии расплава ?/э:
Обычно е„~2,5.
Прочность пленки в продольном и поперечном
направлениях существенно зависит от степени раздува и степени вытяжки
рукава, так как растяжение материала, находящегося в
высокоэластическом состоянии, вызывает ориентацию его
макромолекул с соответствующим увеличением прочности в
направлении вытяжки и уменьшением при этом относительного
удлинения.
Охлаждение пленочного рукава происходит
воздухом, подаваемым к рукаву через охлаждающее кольцо от
воздуходувки. Воздух подается под давлением 2—3 кПа под углом
45 или 60° к оси головки или вдоль рукава. Предпочтителен
обдув большими массами воздуха при высоких скоростях потока
под углом 45° к оси головки. Важно соблюдать равномерное
распределение воздуха по окружности кольца. Воздушное
охлаждение позволяет осуществлять мягкий режим охлаждения,
что способствует самовыравниванию толщины пленки.
Недостатком воздушного охлаждения является невысокий
коэффициент теплоотдачи от пленки к воздуху. Чтобы ускорить отвод
тепла от рукава, применяют комбинированное охлаждение:
вначале пленка обдувается воздухом, а затем рукав прижимается к
охлаждаемой металлической гильзе. Применяют также подачу
в охлаждающее кольцо предварительно охлажденного воздуха.
Охлаждение рукавной заготовки — одна из самых
ответственных стадий процесса, так как определяет технологическую
производительность — скорость отбора пленки. При
изготовлении пленок из ПЭ, как правило, агрегаты снабжены одним об-
дувочным кольцом, при переработке ПП рекомендуется
применять несколько колец. Основные кольца устанавливаются
около формующей головки, остальные — выше, за линией
кристаллизации.
Значительное количество полиолефиновой пленки
используется для изготовления упаковочных пакетов, сумок и т. д. с
нанесенной на них печатью. В связи с этим пленка должна
подвергаться обработке для увеличения способности материала вос-
139

принимать печать. С этой целью в состав современных
агрегатов включают устройства для активации поверхности
материала, которая сводится к образованию в тонком слое полиолефи-
на полярных групп. Чаще всего активация поверхности
достигается путем обработки пленки электрическим полем переменного
Современные агрегаты оснащены приборами различных еда-
стем для измерения, автоматического контроля и регистрации
толщины и ширины пленки.
4.8.3.4. Формующие головки и фильтры
Кольцевые формующие головки для получения рукавных плз?-
нок классифицируются по следующим признакам: по напряшее-
нию входа материала в головку — с боковым, центральным; иш
комбинированным подводом расплава; по способу крещгевшэь
головки к экструдеру — прямые и угловые; по виду установки —
стационарные и вращающиеся; по виду распределительных
каналов— винтовые, гладкие или решётчатые.
Наиболее широкое распространение получили головки с
центральным входом расплава и винтовым распределительным
каналом. На рис. 4.28 приведена схема угловой кольцевой
головки с центральным входом расплава. Расплав из цилиндра
экструдера поступает снизу в симметричный канал и
выдавливается вверх через кольцевую щель между дорном и
мундштуком. Протекая в зазоре между дорном и мундштуком, расплав
рассекается на отдельные потоки, которые далее сливаются в
единый поток. Продольные полосы, образующиеся в местах
соединения рассеченных потоков расплава, остаются и в раздутом
пленочном рукаве. Эти полосы являются причиной разнотол-
щинности готовой пленки.
Необходимым требованием к конструкции головки любого
типа является отсутствие застойных зон и обеспечение плавного
течения материала вплоть до формования изделия. Формующие
каналы головки должны обеспечить равномерный выход
расплава по периметру формующей щели по толщине, температуре
и скорости. При этом головка должна обладать достаточным
гидравлическим сопротивлением для создания противодавления,
необходимого для гомогенизации расплава. Хорошая
гомогенизация расплава достигается при использовании головок,
создающих давление 20—30 МПа. Кроме того, головка должна быть
легко разборной, поверхности контакта головки с расплавом
должны быть коррозионностойкими.
Как уже отмечалось, конструкции головок часто не
позволяют получить пленку одинаковой толщины по всей ширине
полотна. Разнотолщинность не только снижает качество пленки,
но и затрудняет ее ровную и гладкую намотку в рулоны.
140

Рис. 4.28. Схема угловой
кольцевой головки с центральным
входом расплава:
/ — решетка и сетки; 2— нагреватели;
¦'< — дорнодержатель; 4 —
регулировочный болт; 5 — пазы для термопар; 6 —
профилирующий канал; 7 — дорн; Я--
термопара для расплава
Воздух
—»-
нение этого дефекта дости-
гается применением головок
с вращающимся
мундштуком, осциллирующих экст-
рудеров или приемно-намо-
точных устройств.
При применении
вращающейся головки наружная
часть ее имеет
индивидуальный привод и медленно
вращается вокруг
вертикальной оси. В этом случае области с большей или меньшей
толщиной'пленки не будут приходиться на одну и ту же часть
приемного валка, а будут распределяться равномерно по его
длине.
При экструзии рукавных пленек обязательна установка
фильтрующих элементов между цилиндром экструдера и
головкой. Фильтрующие элементы служат для задержания
загрязнений, непроплавившихся частиц и посторонних примесей.
Применяются шиберные, кассетные, пробковые и другие системы
фильтров.
Основным рабочим органом фильтра шиберного типа (рис.
4.29) является шибер /, который перемещается с помощью
механического привода, поочередно вводя в рабочее положение
фильтрующие сетки 2 а 3.
В фильтре кассетного типа (рис. 4.30) фильтрующий элемент
установлен непосредственно в корпусе / адаптера формующей
Рис. 4.29.
' — шнбер;
Рис. 4.30.
/ — корпус
Шиберный фильтр:
2, 3 — фильтрующие сетки
Кассетный фильтр:
адаптера формующей головки; 2—перфорированный цилиндр; 3 — сетка
141

головки. Фильтрующий элемент состоит из перфорированного
цилиндра 2 с закрепленной на его поверхности сеткой 3.
Обычно фильтрующий элемент включает три концентрически
установленных цилиндра с сетками.
В фильтрах пробкового типа основным рабочим органом
является пробка, снабженная фильтрующей сеткой. Пробковые
фильтры просты по конструкции, но имеют незначительный
ресурс рабочего времени.
Имеются агрегаты, снабженные автоматическими фильтрами
с непрерывно движущейся фильтрующей сетчатой лентой. Не
нарушая технологического режима, устройство обеспечивает
непрерывное медленное обновление фильтрующей поверхности
и при правильной эксплуатации никогда не забивается. В
зависимости от чистоты полимера время непрерывной работы
одного фильтрующего элемента может составлять от 100 до 500 ч.
Применяются также фильтры, рабочие элементы которых
представляют собой пластины или диски (шайбы),
выполненные из металлокерамических элементов. Такие «сита»
обладают большой рабочей поверхностью и имеют длительный срок
службы'.
4.8.4. Формование пленок плоскощелевым методом
4.8.4.1. Получение плоских пленок с охлаждением на ввлках
На рис. 4.31 показана принципиальная технологическая
схема получения плоской пленки из полиолефинов с охлаждением
на валках.
Агрегатная линия включает экструдер /, оснащенный
плоскощелевой головкой 2, приемно-охлаждающие валки 3,
приспособление для обрезания кромок 4; систему направляющих
валков 5, включающую автоматический прибор 6 для измерения
и записи толщины пленки; разглаживающие валки 7; тянущие
Рис. 4.31. Схема технологической лииии получения плоской пленки с
охлаждением на валках:
1 — экг.трудер; 2 — головка; 3— приемно-охлаждающие валки; 4 — приспособление для
ибрезаиия кромок: 5 — направляющие валки; 6 — толщиномер, 7 — разглаживающие
валки; в— тянущие валки; 9 — намоточное устройство
142

валки 8, намоточное устройство 9. В комплект линии входят
приборы автоматического регулирования параметров процесса.
Экструдеры агрегатных линий характеризуются
относительно длинными червяками (?./О = 25ч-36). Применение таких
червяков для экструзии плоских пленок связано с тем, что при
большом сопротивлении формующего инструмента для
повышения производительности необходимо работать при высоких
температурах экструзии и интенсивном сдвиговом деформировании
полимера. Кроме того, для достижения высокого качества
пленки необходимо обеспечить высокую степень гомогенизации
расплава и отсутствие в нем непроплавившихся частиц материала.
Червяки экструдеров часто снабжены системой охлаждения,
что существенно при переработке термопластов с повышенной
чувствительностью к тепловым нагрузкам. В то же время
применение охлаждения требует тщательного контроля параметров
процесса, так как переохлаждение может явиться причиной
пульсации и колебаний толщины экструдата.
Приемн о-охлаждающие валки имеют
хромированную поверхность, отполированную до зеркального блеска.
В валках имеется внутренняя вставка с каналом для течения
теплоносителя, обеспечивающего заданную температуру
поверхности валков. Кроме основных охлаждающих валков приемное
устройство включает систему отклоняющих роликов и
промежуточных валков, на которых происходят такие операции, как
дополнительная вытяжка, термостатирование, тиснение и т. д.
Устройства для обрезания кромок могут
быть с пневматически регулируемым отжимным ножом на
валке и с вращающимися дисковыми ножами, работающими по
принципу ножниц. Кромки удаляются пневматически или
специальными вытяжными устройствами отводятся в емкость для
отходов.
Намоточные устройства предназначены для
намотки пленок в рулоны. Конструкция намоточного устройства
должна обеспечить необходимую плотность намотки пленки,
отсутствие местных уплотнений по ширине рулона, ровные торцы
рулона в пределах требований стандартов, высокую степень
механизации и автоматизации операций по отрезанию и
заправке полотна на шпулю, удобство и безопасность
обслуживания. Намоточные устройства представляют собой станину, на
которой установлены электропривод для вращения рулона,
механизмы для крепления, отрезания и перезаправки полотна.
Технологические режимы формования пленок определяются
такими параметрами, как температура цилиндра экструдера по
зонам, температура головки; температура охлаждающих
валков; давление расплава в головке.
Температуру расплава в цилиндре и
головке устанавливают в соответствии с видом перерабатываемого
143

Таблица 4.12. Ориентировочные режимы экструзии плоских пленок
из полиолефинов
Полиолефин
пэнп
пэвп
пп
Температура цилиндра по зонам, °С
1
140
170
190
2
160
190
235
3
170
200
255
4
195
210
260
Температура
головки. °С
корпус
210
230
265
губкн
210
230
265
Давление
в головке,
МПа
5—12
8—15
10—20
термопласта. Температуру экструзии по возможности стремятся
поддерживать достаточно высокой, так как высокая
температура способствует ликвидации кристаллических образований в
расплаве и в готовой пленке. С другой стороны, при высоких
температурах полимеры могут деструктировать. Температура
переработки полиэтилена в пленку не должна превышать
240—250 °С. Деструкция полипропилена начинается с 250 °С и
особенно заметна при 270—280 °С; эти температуры и
являются предельными для экструзии ПП. Температура экструзии по-
листирольных пленок лежит в пределах 165—175 °С,
полиамидных пленок — 260—280 °С. В табл. 4.12 приведены примерные
параметры экструзии плоских пленок из полиолефинов.
Важными технологическими параметрами являются
температура охлаждающих валков и величина р а с с то я-
ния между' головкой и поверхностью
охлаждающего валка. Расстояние от головки подбирают, исходя
из температурного режима и скорости экструзии. Например,
при получении тонких полиолефиновых пленок оптимальная
температура охлаждающих валков 15—25 °С. При малом
расстоянии формующего инструмента от поверхности
охлаждающего валка и низкой температуре валка уменьшается
мутность пленки. Приближение охлаждающего валка к головке,
с одной стороны, улучшает оптические свойства пленки, но с
другой — несколько уменьшает ее прочностные показатели.
Поэтому в каждом конкретном случае устанавливают оптимальное
расстояние между головкой и валком. При переработке
полиолефинов это расстояние обычно составляет 20—70 мм, при
получении тонких пленок — около 25 мм. Следует отметить, что
это расстояние зависит от линейной скорости экструзии,
увеличиваясь с ростом скорости переработки.
При получении толстых пленок A00—150 мкм) охлаждение
расплава ведется при более высокой температуре
охлаждающего валка, чтобы обеспечить более медленное охлаждение,
необходимое для снижения внутренних напряжений,
возникающих в материале вследствие различия скоростей охлаждения
внутренних и внешних слоев.
144

Из других параметров большое влияние на качество плоских
пленок оказывает скорость экструзии, регулируемая
изменением частоты вращения червяка и соответствующих групп
валков приемного и вытяжного механизмов. Высокая скорость
экструзии является одной из причин ухудшения глянца пленки.
Увеличение частоты вращения червяка может привести к
пульсациям расплава и появлению продольной разнотолщинности.
Высокая скорость экструзии может быть причиной
возникновения и других дефектов в пленках.
Одним из важных условий правильного проведения процесса
и получения высококачественных пленок является обеспечение
плотного контакта выходящего из головки горячего расплава с
поверхностью первого по ходу пленки охлаждающего валка.
При линейных скоростях пленки выше 15 м/мин расплав может
отставать от валка, между ним и валком появляется
«воздушная подушка». Для ее устранения применяют «воздушный
нож» — тонкую струю воздуха, прижимающую пленку к
поверхности валка.
Другой прием обеспечения плотного контакта пленки с
поверхностью валка — обработка пленки электрическим полем в
зоне контакта (метод «электростатического прижима»).
Например, при получении пленок из полиолефинов надежное
прилегание полотна к валку достигается при получении полимером
статического заряда с потенциалом 8000 В.
4.8.4.2. Получение плоских пленок с охлаждением а аанне
Схема агрегата для получения плоских пленок с охлаждением
в ванне приведена на рис. 4.32. Экструдируемый через
плоскощелевую головку 2 расплав в виде пленочного полотна
поступает в водяную ванну 7 и с помощью системы направляющих вал-
Рис. 4.32. Схема технологической линии получения плоской пленки с
охлаждением в ванне:
/ — экструдер; 2 — головка; 3 — система направляющих валков; 4 — тянущие
гуммированные валки; 5 — компенсатор натяга и направляющие валки; б—намотчик пленки; 7 —
водяная ванна; 8 — штуцер для слива воды; 9 — перегородка; 10 — штуцер для ввода
воды
10—81
145

ков 3 захватывается гуммированными тянущими валками 4,
служащими одновременно для удаления захватываемой
полотном воды. Далее полотно проходит через тянущие валки 5 и
поступает на намотчик 6. С целью предотвращения нагрева
воды в ванне и поддержания температуры на заданном уровне
предусмотрена циркуляция воды в ванне через специальный
термостат. На качество пленки влияют вихри, всплески и
сильные течения воды, поэтому воду подводят снизу и
устанавливают в ванне несколько перегородок.
Основное преимущество данного метода получения плоских
пленок — возможность быстрого охлаждения экструдированной
заготовки. Быстрое охлаждение препятствует развитию процесса
кристаллизации в материале и позволяет получать пленки с
очень низкой степенью кристалличности и высокими
оптическими свойствами. Кроме того, высокая скорость охлаждения
обеспечивает большую производительность процесса, чем при
приеме пленки на охлаждаемые валки.
Технологическими параметрами получения плоских пленок с
охлаждением в ванне являются: температура цилиндра экстру-
дера и температура головки; температура охлаждающей воды;
давление расплава в головке; частота вращения червяка;
скорость отвода пленки.
При выборе температуры цилиндра и головки
здесь можно принять те же рекомендации, что и при получении
плоских пленок с охлаждением на валках. Например, ПЭВП
перерабатывается при температурах цилиндра по зонам в
интервале 220—260°С, головки 260°С, расстояние от торца
головки до зеркала воды—10 мм. Температурный режим экструзии
ПП может быть следующим:
Температура по зонам цилиндра, "С:
1 200—220
2 220—235
3 240—265
4 265—280
Температура головкн, °С 265—285
Расстояние между губками и зеркалом во- 5—8
ды, мм
Температура воды в ванне должна быть
относительно низкой, чтобы обеспечить необходимую интенсивность
охлаждения пленки.
Для поддержания постоянной температуры охлаждения
необходима такая циркуляция воды, которая обеспечивала бы
полное обновление воды в ванне за 1—2 мин. Экструзионная
заготовка и получаемое пленочное полотно должны входить и,
соответственно, выходить из ванны строго перпендикулярно к
поверхности воды для исключения опасности возбуждения волн.
Вода, захваченная полотном, частично стекает обратно в ванну
146

и может быть причиной возмущения зеркала воды. Для
гашения волн в ванне устанавливают несколько
перегородок—«отражательных листов».
Важным технологическим параметром является
расстояние головки от зеркала воды, которое влияет на
физико-механические свойства пленки и ее геометрические
размеры. Увеличение расстояния приводит к сужению полотна и
уменьшению его толщины, а приближение головки к воде
способствует увеличению толщины и ширины пленки. Этот
параметр регулируется в узких пределах E—10 мм) и чаще всего
составляет 10 мм.
Так же, как и при охлаждении на валках, в пленочном
полотне с обеих сторон обрезаются кромки.
4.8.4.3. Плоскощелевые головки
В отношении конструкции плоскощелевых головок остаются
справедливыми те же требования, которые предъявляются к
конструкциям рукавных головок: внутренние поверхности
головки и каналы, по которым течет расплав полимера, должны обес-
лечивать равномерный поток его, без резких переходов, без
наличия «мертвых» (застойных) зон, которые могут привести к
местному перегреву полимера. Рабочие поверхности должны
иметь обтекаемую форму и высокую чистоту обработки. Для
равномерного выхода расплава из профилирующей части
головки необходима такая ее конструкция, чтобы по всем
направлениям течения расплава — от червяка до выхода —
сопротивление головки было одинаковым. Последнее требование —
одно из важнейших при конструировании плоскощелевых
головок.
Рассмотрим простейшую схему плоскощелевой головки (рис.
4.33), состоящей из распределительного канала (коллектора) 1
Рис. 4.33. Схема
плоскощелевой головки:
1 — коллектор; 2 —
оформляющие губки
Рис. 4.34. Конструкция плоскощелевой головки:
I— корпус; г —болт; Л —коллектор; 4 — термопара; 5 —канал для расплава; S. 7 —
оформляющие губки; 8 — подпорная планка
10*
147

и оформляющих губок 2. Расплав из цилиндра экструдера
поступает в коллектор по направлению Qo, и после заполнения
коллектора поток расплава вытекает между губками.
Естественно, расплав, вытекающий в центре головки, преодолевает
только сопротивления губок, в то время как расплав,
вытекающий по краям щели, испытывает дополнительное сопротивление
коллектора. В силу неодинакового сопротивления на различных
участках формующей щели возникает неравномерность течения
расшива. Один из способов выравнивания скоростей потока
состоит в том, что температура головки несколько повышается по
мере удаления от средней оси к краям щели. При этом
соответственно уменьшается эффективная вязкость расплава,
обеспечивая выравнивание скоростей течения по ширине щели. Этот
способ не нашел широкого применения на практике, так как
из-за хорошей теплопроводности материала головки трудно
добиться необходимого распределения температуры по ширине
головки.
Другой способ выравнивания потока заключается в том, что
подводящему каналу придается такая форма, которая
обеспечивает одинаковые гидравлические сопротивления на пути
потока от входа в головку до любой точки щели на выходе из
головки (это головки типа «рыбий хвост»).
Типичная конструкция плоскощелевой головки показана на
рис. 4.34. Головка состоит из корпуса / с коллектором
каплевидного сечения 3, неподвижной губки 6 и подвижной 7.
Изменяя положение губки 7 с помощью болта 2, можно
регулировать величину щелевого зазора. Расплав из цилиндра
экструдера через канал 5 поступает в коллектор 3, заполняет его и
вытекает через зазор между губками в виде пленочной заготовки.
Контроль температуры головки осуществляется с помощью
термопары 4.
Фильтрующие элементы, устанавливаемые между
цилиндром экструдера и головкой, по конструкции близки к фильтрам,
используемым в установках для получения рукавных пленок.
4.8.5. Получение ориентированных пленок
4.8.5.1. Принцип метода
При вытяжке пленки в одном или двух направлениях при
температуре ниже температуры плавления полимера наблюдается
улучшение ее физико-механических свойств, обусловленное
ориентацией структурных элементов полимера. Вытяжка пленки в
одном направлении носит название одноосной ориентации, а в.
двух — двухосной, или биаксиальной ориентации. Двухосноори-
ентированные пленки принадлежат к числу важнейших
продуктов переработки пластмасс, и в настоящее время производства
148

и потребление их расширяются быстрыми темпами.
Ориентированные пленки получают из полиэтилена, полипропилена,
полистирола, поливинилхлорида, сополимера винилиденхлорида с
винилхлоридом, полиэтилентерефталата, полиамидов и др.
В основе о р и е нт а ц и и пленок лежит способность
полимеров линейной или слабо сшитой структуры
деформироваться под действием механического воздействия вблизи
температуры стеклования полимера и длительно сохранять эту
деформацию в нормальных условиях. При одноосной ориентации
возникает анизотропия свойств пленки: прочность в направлении
ориентации больше, чем в перпендикулярном. Для получения
пленок более или менее изотропных по свойствам проводят
ориентацию в двух взаимно перпендикулярных направлениях,
поэтому обычно применяется двухосная ориентация пленок. Для
этого используют в зависимости от типа полимера и назначения
пленки рукавный или плоскощелевой метод с одновременной
(в одну стадию) или раздельной (в две стадии) вытяжкой.
Условиями получения максимальной ориентации в пленке
являются: возможно более низкая температура, близкая к
температуре стеклования; наибольшая скорость растяжения;
максимальная степень вытяжки при постоянных значениях
температуры и скорости; фиксация структуры после вытяжки.
Способ фиксации структуры после вытяжки
определяется природой полимера. В пленках из аморфных
полимеров снижение температуры ниже температуры стеклования
полимера сохраняет ориентированную структуру. В пленках из
кристаллических полимеров ориентация закрепляется путем
термофиксации, т. е. нагреванием до температуры, несколько
меньшей температуры плавления полимера, при которой
происходит релаксация внутренних напряжений и фиксация
структуры полимера. Термофиксация снижает способность материала к
усадке, расширяет температурный интервал эксплуатации и
улучшает механические свойства пленок.
Основные тех но л о г ич еск ие параметры
процесса получения ориентированных пленок — это
кратность вытяжки, а также скорость и температура вытяжки.
Кратность вытяжки К — это отношение размеров сетки или
круга, нанесенных на пленку, после вытяжки к первоначальным
размерам. Кратность вытяжки для различных полимеров
составляет:
пп
пвх
ПС
10:1
4:1
5:1
ПЭТФ
ПА
3
4:1
,5:1
Чем больше кратность вытяжки, тем выше разрушающие
напряжения при растяжении, но тем ниже относительное
удлинение, т. е. эластичность материала после вытяжки. Верхний
149

предел кратности вытяжки — это такое значение л, при котором
создается опасность разрыва пленки.
Скорость вытяжки — это относительная деформация пленки
в единицу времени.
Температура вытяжки определяется природой
перерабатываемого термопласта. С повышением температуры вытяжки
снижаются напряжения ориентации и облегчается достижение
высоких кратностей вытяжки. Кроме того, повышение
температуры вытяжки уменьшает анизотропию свойств пленки. Однако
приближение температуры вытяжки к температуре плавления
полимера может вызвать разрыв пленки или «заплавление»
зажимных механизмов (клупп). Вытяжку пленок проводят при
следующих ориентировочных температурах (°С):
пэнп
пп
пвх
90—105
140—160
80—120
ПС
ПЭТФ
100—130
80—130
Ниже в качестве примера рассматривается технология
получения ориентированных пленок из полиолефинов рукавным
методом и полиэтилентерефталатных — экструзией расплава
через плоскощелевую головку.
4.8.5.2. Технологический процесс получения
ориентированных пленок
На рис. 4.35 показана технологическая схема получения
ориентированных пленок из полиолефинов методом раздува рукава.
Расплав полимера / экструдируется через головку 3 и в виде
трубчатой заготовки 4 направляется в камеру с водой 5 для
резкого охлаждения. Уплотнение 6 предотвращает вытекание воды
и обеспечивает ее удаление с пленки; по трубке 2 в заготовку
подают воздух для поддержания ее формы. Охлажденный
цилиндрический рукав складывается отводящими валками 8, в
зазоре между которыми расположен воздушный зонд 7.
Заготовку нагревают источниками инфракрасного излучения 9, 10 и
растягивают сжатым воздухом, поступающим по зонду 7 внутрь
рукава. Рукав вновь складывается роликовым
приспособлением //, направляется в параллельный рольганг 12.
оборудованный ИК-нагревателем 13, и далее в зазор между вытяжными
валками 14 к намотчику 15. Таким методом получают
полиэтиленовые и полипропиленовые пленки толщиной от 10 до 50 мкм
и шириной (по сдвоенному полотну) до 1,3 м.
Принципиальная технологическая схема процесса
получения ориентированных полиэтилентерефталатных пленок
плоскощелевым методом показана на рис. 4.36. Подсушенный до
содержания влаги 0,005% ПЭТФ подается в бункер / экструде-
ра 2. Экструзия ведется при температуре цилиндра 275 °С. Рас-
150

Рис. 4.35. Схема получения ориентированной
плеики из полипропилена методом раздува
рукава:
1 — расплав полипропилена; 2— трубка для подачи
воздуха: 3—головка; 4 — трубчатая заготовка; 5 — камера
с водой- 6 — уплотнение; 7 — воздушный зонд; S —
отводящие валки; 9. 10, 13 — ИК-нагреватели; II — ролики
для складывания рукава: 12 — рольганг; 14— вытяжные
валки; IS — намоточное устройство
плав из экструдера по трубопроводу 3
поступает на фильтр и в плоскощелевую
головку. Необходимость трубопровода
расплава (длиной около 5 м) связана с
тем, что требуется отделить экструдер
от «чистой зоны» производства — узлов
формования пленки. Следует отметить,
что чистота производственного
помещения — одно из важнейших требований
для получения высококачественной
пленки.
Фильтр 4 представляет собой
цилиндр, внутри которого набран пакет
фильтрующих элементов — дисков из
пористой бронзы с размером пор 60—
200 мкм. Фильтр имеет электрообогрев,
температура поддерживается в пределах
270—280 °С.
Очищенный от возможных включений расплав поступает в
плоскощелевую головку 5, имеющую температуру 275 °С. Из
головки расплав в виде полотна поступает на поливной барабан 6
для быстрого охлаждения с целью затормозить кристаллизацию
полимера.
Полученная аморфная заготовка поступает на узел
продольной ориентации. Продольная ориентация пленки:
заключается в продольной вытяжке ее при прохождении через
валки, имеющие различные скорости вращения. Сначала
пленка поступает на группу из трех медленно вращающихся
валков 8, обеспечивающих линейную скорость прохождения плеики
в интервале 4,7—24 м/мин (в зависимости от толщины и
назначения пленки). Пройдя группы обогреваемых 9,
ориентирующих 10 и охлаждающих валков, пленка поступает на быстро
вращающиеся валки //; линейная скорость пленки на них 17—
85 м/мин. За счет разности скоростей быстро и медленно
вращающихся валков происходит продольная
вытяжка—продольная ориентация пленки. Степень продольной вытяжки
составляет от 2,8 до 4.
После узла продольной ориентации пленка поступает на
узел поперечной ориентации. Узел поперечной ори-
151

ентации представляет собой туннельную термокамеру 12,
разделенную перегородками на несколько тепловых зон. Принцип
растяжения пленки в поперечном направлении пояснен на рис.
4.37. В камере в горизонтальной плоскости на высоте примерно
1 м от пола уложены специальные направляющие рельсы /. На
концах рельсов размещены звездочки 2 диаметром 500 мм.
Звездочки получают вращение от электродвигателя и приводят
в движение бесконечные цепи с клуппными зажимами 3.
Захват пленки клуппом поясняет рис. 4.38. На основании
зажима 1 имеется кронштейн 2, на оси 3 которого качается
рычаг 4. Клупп движется в направлении, перпендикулярном
плоскости рисунка, в пазу рельса. Рельс имеет фасонный профиль.
Если при движении по рельсу рычаг 4 концом А касается
профиля, то плечо А идет вниз, а плечо Б поворачивается против
часовой стрелки, и в зазоре В зажимается край пленки. На
выходе пленки из узла ориентации плечо А касается профиля
рельса снизу и идет вверх, при этом плечо Б движется по часовой
стрелке, освобождая пленку. Угол расхождения рельсов,
регулируемый специальными винтами, определяет степень
поперечной ориентации; в среднем степень поперечной ориентации
составляет 3,7.
Пленка с узла продольной вытяжки 11 (см. рис. 4.36)
поступает во входную зону Л туннельной камеры 12 и захватывается
клуппными зажимами. Следующая зона — зона
предварительного обогрева Б, в которой пленка перед растяжением
нагревается горячим воздухом до 80—90 СС. Далее пленка попадает в
зону вытяжки В, здесь рельсы расходятся, и захваченная клуп-
ПЭТф
9 Ю 11
П П 15 16 17 1S
Рис. 4.36. Принципиальная технологическая схема получения
ориентированных ПЭТФ-пленок:
/—бункер для полимера; 2 — экструдер: 3 — трубопровод расплава; 4— фильтр; 5 —
плоскощелевая головка; 6 — поливной барабан; 7 — охлаждающие аалкн; 8— группа
медленно вращающихся валков; 9 — обогреваемые валки: 10— ориентирующие валки;
//—группа быстро вращающихся валков (узел продольной вытяжкн); 12— узел
поперечной ориентации: 13 — охлаждающие валки: 14 — направляющие валки; 15 — разглажн-
вающие валки; 16 — тянущие валки; Л — прибор для измерения толщины пленки; 18 —
намоточное устройство
152

5-
б-
Рис. 4.37. Принцип поперечной ориентации ПЭТФ-пленки:
/ — направляющие рельсы; 2 — звездочки; 3— цепи с клуппными зажимами
Рис. 4.38. Клуппный зажим:
i — основание зажима; 2 — кронштейн; 3— ось; 4 — рычаг; 5 — звено ;;ечи; 6 — рельс
пными зажимами пленка растягивается в поперечном
направлении. Температура в зоне вытяжки поддерживается в
пределах 105—120 °С за счет циркуляции горячего воздуха с
помощью осевых вентиляторов. Нагрев воздуха осуществляется
электрокалориферами большой мощности.
После зоны поперечной вытяжки пленка проходит
нейтральную зону Г, назначение которой — предотвратить попадание
горячего воздуха из первой зоны кристаллизации Д в зону
вытяжки В. Далее пленка поступает в зону кристаллизации Д,
где происходит термофиксация ориентированной структуры.
Зона кристаллизации имеет, в свою очередь, три тепловые
области (/, //, ///)—каждая со своим температурным
режимом (°С):
/
//
111
Тонкие
пленки
205
220
205
Толстые
пленки
220
220
190
Последняя зона — зона охлаждения Е, в которой пленка
обдувается воздухом и на выходе из которой освобождается от
клуппных зажимов.
После окончательного охлаждения на валках 13, пройдя
группы направляющих 14, разглаживающих 15 и тянущих
валков 16, пленка поступает на намоточное устройство 18.
Перед намоткой у пленочного полотна обрезаются кромки,
находившиеся в клуппных зажимах. Обрезка кромок

произво-Дится ножами, закрепленными в держателях. Обрезанные
кромки захватываются гуммированными валками и с помощью
пневмотранспорта отводятся в дробилки.
В производстве пленки наряду с обрезанными кромками
имеются и другие виды отходов: пленка, получаемая при
наладке и пуске линии, забракованная пленка, куски разорванной
пленки и др. Эти отходы дробят, сушат, гранулируют на экст-
рудере-грануляторе и возвращают в производство.
Производительность линии — до 450 кг/ч при получении
пленки толщиной, 250 мкм; при получении тонких пленок
производительность соответственно меньше (например, при
получении пленки толщиной 10—20 мкм она составляет 180 кг/ч).
По рассмотренной технологии получают полиэтилентерефта-
латные пленки толщиной от 6 до 250 мкм различного
назначения: электроизоляционные, .конденсаторные, для магнитных
лент, для изготовления кино-, фото- и рентгеновских пленок,
для последующей металлизации, для получения
ламинированных пленок и т. д.
4.8.6. Нанесение полимерных покрытий методом экструзии
Нанося расплав полимера методом экструзии через
плоскощелевую головку на различные подложки, получают
комбинированные пленочные материалы. Подложкой, или основой, т. е.
материалом, который покрывается расплавом полимера, могут
служить пленка из другого термопласта, бумага, картон,
алюминиевая фольга, ткани. Ниже рассматривается технология
нанесения полимерных покрытий на полимерные пленки, т. е.
получение комбинированных пленок, представляющих собой двух-
или многослойные системы из различных полимерных пленок.
Производство комбинированных пленок представляет собой
-один из способов модификации пленок, позволяющий получать
материал с заданным комплексом свойств. Требования к
материалу могут включать, например, сочетание высоких
механических показателей одного полимера со способностью к сварке
или термоформованию другого.
Принципиальная схема нанесения полимерных покрытий на
полотно основы приведена на рис. 4.39. Основа с рулона /
поступает на валок 2 предварительного подогрева и далее
проходит гуммированный валок 3 и полированный барабан 6,
охлаждаемый водой. Расплав из экструдера 4 через плоскощелевую
головку 5 наносится на движущуюся основу. Гуммированный
валок 3 создает давление, достаточное для спрессовывания
покрытия на основе. Пройдя систему направляющих валков 7,
устройство для обрезания кромок 8, тянущие валки 9, полотно
с нанесенным покрытием наматывается на рулон 10. Два
валка— гуммированный прижимной 3 и металлический охлажда-
154

10
Рис. 4.39. Принципиальная схема нанесения полимерных покрытий:
/—рулон с пленкой-основой; 2 — валок подогрева основы; 3 — гуммированный валок;
4 — экструдер; 5 — плоскощелевая головка; 6 — охлаждающий валок; 7 — направляющие
валки; 8 — устройство для обрезания кромок; 9 — тянущие валки; 10 — рулон с готовой
продукцией
ющий 5 — называют ламинатором, и весь процесс нанесения
полимерных покрытий на основу часто называют ламинированием.
Наиболее распространенными полимерами для нанесения
покрытия являются ПЭНП с высоким значением ПТР и
полиамиды; в качестве основы обычно используется полиэтилентерефта-
латная пленка.
Рассмотрим наиболее существенные закономерности
процесса нанесения покрытий на примере получения ламинированных
полнэтнлентерефталатных пленок. Основная задача при
получении пленочного покрытия состоит в обеспечении адгезии
покрытия к подложке. Адгезия покрытия к материалу подложки
определяется природой полимеров, состоянием поверхности
основы— наличием на ней мнкродефектов. В общем случае
адгезия всегда выше, если полимер, образующий покрытие, и
полимер подложки полярны. Полиэтилен — неполярный полимер и
не образует связей с полярными группами ПЭТФ. Но по
выходе из головкн экструдера в молекулах полиэтилена вследствие
окисления образуются полярные группы, способствующие ад-
гезин полиэтилена к полиэтилентерефталату. Чем ближе
головка к поверхности подложки, тем лучше условия адгезии.
Минимальное расстояние от головкн до подложки достигается
У-образной формой головки. Повышению адгезии полиэтилена
к ПЭТФ способствует также специальная обработка
поверхности полиэтилентерефталатной пленки коронным разрядом.
Принцип обработкн поверхности пленки коронным разрядом
заключается в прохождении пленки в электрическом поле
электродов, к которым приложено переменное напряжение 18—
25 кВ с частотой 20—40 кГц. Под действием высокого
напряжения происходит образование свободных радикалов и различных
функциональных групп на поверхности пленки, увеличивающих
адгезионную способность ПЭТФ. Для увеличения адгезии
полиэтиленового покрытия к полиэтилентерефталатной пленке на
последнюю может наноситься слой грунтовки, например раствор
155-

Рис. 4.40. Технологическая схема получения ламинированной ПЭТФ-пленкнг
/ — стеллаж для рулонов ПЭТФ-пленки; г—размоточное устройство; 3— установка для
обработки пленки коронным разрядом: 4 — узел грунтования пленки и подсушки; 5 —
сушильный барабан: 6 — валок для нанесения грунтовочного раствора; 7 — ванна для
грунтовочного раствора; 8. 13— приборы непрерывного контроля толщины пленки; 9 —
узел ламинирования; 10 — экструдер; 11 — охлаждающий валок: 12 — нож для
обрезания кромок; 14 — тянущие валки-. 15 — установка напыления крахмала; /6 — намоточное
устройство; 17—стеллаж для рулонов ламинированной пленки
полиэтиленамииа в изопропиловом спирте. Повышенная
температура расплава и подогрев пленки-основы способствуют
лучшему затеканию расплава полиэтилена в микродефекты основы.
Наибольшая прочность адгезионного шва достигается при
максимальном заполнении микродефектов на поверхности основы,
что объясняется увеличением контактов между активными
группами обоих материалов.
На рис. 4.40 приведена технологическая схема получения
ламинированных полиэтилентерефталатных пленок. Пленка с
размоточного устройства 2, пройдя группы направляющих и
натяжных валков, поступает в установку коронного разряда 3,
где проходит между электродами с напряжением 25 кВ. С
установки коронного разряда пленка попадает на узел
грунтования 4. Грунтование поверхности пленки заключается в
нанесении на ее поверхность слоя грунтовки — 0,5%-го раствора по-
лиэтиленамина в изопропиловом спирте. Нанесение
грунтовочного раствора осуществляется с помощью специального
валка 6, на поверхности которого имеются ячейки глубиной 20 мкм,
захватывающие грунтовочный раствор из ванны 7. Пленка
прижимается к поверхности валка 6 двумя валками—нижним,
гуммированным, и верхним, хромированным. Избыток
грунтовки удаляется ножом. Подсушка пленки происходит на
поверхности барабана 5, обогреваемого горячим воздухом с
температурой 130 °С.
Подсушенная пленка, пройдя толщиномер 8, поступает в
156

узел ламинирования — ламинатор 9. Ламинатор состоит из эк-
струдера 10, охлаждающего хромированного валка 11,
прижимных гуммированного и хромированного валков и съемного
гуммированного валка. Экструдер снабжен плоскощелевой
головкой, из которой расплав полиэтилена, пройдя предварительно
через фильтр, наносится на пленку. Покрытие охлаждается на
валке //, имеющем температуру 20 °С. Экструзия полиэтилена
ведется в диапазоне 280—320°С. Для получения качественного
покрытия важное значение имеет расстояние от формующей
щели до охлаждающего валка. Ламинированная пленка огибает
охлаждающий валок и снимается с него гуммированным
валком.
Далее пленка поступает на обрезание кромок: по краям
пленки образуются утолщения, поэтому примерно по 40 мм с
каждого края обрезается с помощью дисковых ножей 12.
Обрезанные кромки непрерывно отводятся через пневмопроводы в
бункеры сбора кромок.
После обрезания кромок ламинированная пленка проходит
группу натяжных валков, второй толщиномер 13, тянущие
валки 14 и поступает в установку напыления крахмала 15.
Крахмал напыляется на полиэтиленовую поверхность пленки для
уменьшения слипаемости слоев в рулоне и снижения заряда
статического электричества. После обработки крахмалом
ламинированная пленка поступает на намоточное устройство 16.
Качество ламинированных пленок оценивается по следующим
показателям: стабильность размеров, внешний вид
поверхности, разнотолщинность покрытия, адгезия между слоями,
отсутствие запаха, деформация пленок.
Ламинированные полиэтилентерефталатные пленки
применяются в электротехнической промышленности, в легкой и
пищевой промышленности как упаковочный материал, для
покрытия документов и т. д.
4.8.7. Дефекты экструзионных ппенок и способы
их устранения
При получении пленок могут возникать различные нарушения
технологического процесса и неполадки в оборудовании, что
влечет за собой появление дефектов пленок. В табл. 4.13
приводятся наиболее распространенные дефекты пленок, причины
их образования и даются рекомендации по их устранению.
4.9. ЭКСТРУЗИОННО-ВЫДУВНОЕ ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ
4.9.1. Принцип метода
Экструзионно-выдувной метод широко применяется для
изготовления полых (объемных) изделий, прежде всего различных
видов тары из полимерных материалов, игрушек и других изде-
157

Таблица 4.13. Дефекты экструдированных пленок, причины
их возникновения и способы устранения
Дефекты
Причины возникновения
Способы устранения
Наличие «теликов»
в пленке
Полосы на пленке
Асимметр ичность
раздутого рукава
Нестабильность
раздутого рукава
(непостоянство
диаметра, ширины
или толщины)

Складкообразование при иамотке
Поперечные
морщины иа пленке
Плохие оптические
свойства
Полидисперсность; непро-
плавившиеся частицы из
отходов; частичное
разложение материала; плохая
гомогенизация массы
Разложение полимера;
грязная головка
Плохая регулировка
головки
Пульсация расплава;
неравномерность подачи воздуха
в рукав; движение
окружающего воздуха
Неправильная установка
агрегата; разнотолщинность
пленки
Появление внутренних
напряжений при низкой
температуре охлаждающего
валка и слишком низкой
линии кристаллизации
Образование
крупнокристаллической структуры
Понизить температуру
экструзии, сменить марку
полимера; прекратить
добавление отходов в экструдер;
понизить температуру
экструзии, следить за тем,
чтобы перед пуском экструдер
и головка были тщательно
очищены от полимера;
повысить давление в головке
Снизить температуру
экструзии, сменить марку
полимера; почистить головку
Отрегулировать размер
формующего отверстия по
периметру и температуру
по зонам головки
Уменьшить скорость
экструзии или повысить давление
в головке; отрегулировать
подачу воздуха и устранить
обнаруженную утечку; по
возможности капсулировать
рукав, не допускать в
помещении сквозняков,
хождений и пр.
Проверить, нет ли перекоса
у намоточных валков,
головки, складывающего
устройства; добиться
правильной установки
оборудования; устранить
неравномерность охлаждения пленки
путем калсулирования и т. п.
Повысить температуру
охлаждающего валка, следить
за линией кристаллизации
Сменить марку полимера,
повысить температуру
экструзии; в случае плоской
пленки уменьшить
расстояние между головкой и
охлаждающим валком; в
случае рукавной пленки —
повысить степень вытяжки
или уменьшить расстояние
до линии кристаллизации
158

лий. Ассортимент полимерной тары включает флаконы,
бутылки, тубы, бидоны, бочки, фляги, канистры, баллоны,
контейнеры и т. п. Метод позволяет получать емкости от маленьких
медицинских флаконов емкостью 2 мл и меньше до топливных,
баков вместимостью 3000 л.
При выборе материалов для изготовления полимерной тары
учитываются требования, предъявляемые к изделиям. В одних
случаях решающее значение имеют физико-механические
свойства, в других — высокая химическая стойкость ко многим
продуктам, негорючесть, низкая газопроницаемость,
прозрачность и т. д.
В качестве термопластов для изготовления выдувных
изделий широкое применение нашли: полиэтилен низкой и высокой
плотности, полипропилен, непластифицированный и
пластифицированный поливинилхлорид, ударопрочный полистирол, АБС-
пластики, поликарбонат, полиамиды, полиакрилаты,
сополимеры формальдегида и некоторые другие.
Изготовление полых изделий методом раздува
осуществляется в две стадии: первая стадия — это формование трубчатой
заготовки; вторая стадия — раздув сжатым воздухом
помещенной в форму заготовки. На этой стадии заготовка принимает-
конфигурацию готового изделия, которое охлаждается в форме
до температуры теплостойкости, после чего извлекается из.
формы.
Формование трубчатой заготовки
производится либо экструзией расплава через головку, либо литьем в
специальной форме на обычной литьевой машине.
В настоящее время наибольшее применение получил экст-
рузионно-выдувной способ производства полых изделий; это
наиболее простой по конструктивному оформлению, легко
автоматизируемый и высокопроизводительный метод.
Принцип экструзионно-выдувного формования и способы
раздува заготовки показаны на рис. 4.41. Здесь стадия / — эк-
струдирование трубчатой заготовки в раскрытую форму,
стадия 2 — раздув заготовки в сомкнутой форме и стадия 3—
раскрытие формы и извлечение изделия.
Раздув заготовки может происходить тремя
способами, показанными на позициях /, II, III.
На позиции / показан раздув заготовки через дорн. Воздух
в заготовку подается через центральное отверстие в дорне,
дорн при этом оформляет горловину изделия.
На позиции // показан раздув через ниппель 1. Экструди-
руемая заготовка как бы надевается на ниппель. При смыкании
полуформ заготовка обжимает ниппель, образуя горловину
изделия, после чего в нее подается воздух. На стадии 3 ниппель
отводится, и изделие извлекается.
159

Раздувом через дорн и ниппель можно формовать только
изделия с отверстиями — типа флаконов и бутылей.
На позиции /// показан раздув через полую иглу, которая
после смыкания формы вводится через отверстие 2 и
прокалывает заготовку. Через иглу подается воздух на раздув. После
раздува игла отводится, форма раскрывается и изделие
извлекается из формы. Прокол после иглы заваривается или, если
изделие должно иметь широкую горловину, его оформляют с
дополнительной технологической полостью 3, в которую и
вводится игла. После извлечения изделия полость обрезают по
линии 4—4.
4.9.2. Эиструзионно-выдувные агрегаты
Экструзионно-выдувной агрегат включает в себя три основных
узла: экструдер, головку, приемно-раздувное устройство.
Агрегаты конструируются на базе серийно выпускаемых экструде-
ш
С та. 8 и я 1
Рис. 4.41. Способы раздува заготовки:
/ — через дорн; // — через ниппель; /// — через иглу; 1 — ниппель; 2 — отверстие для
введения иглы; 3 — дополнительная технологическая полость; 4—4 — линия обреза; 5 —
облой
J60

Рис 4 42. Схема гжстручионно-выдув-
Hoio агрегата:
/ »кструдер; ^ — [олннка; .7 - выдувное
устройство; 4 — устройотпо для удаления
облои. ¦> ~ устройство для подсушки
гранул, *> - пневмопогрузчик; 7 — системы
нненмо- и гидропривода; « — шкаф тепло-
нкй автоматики; Р - пульт управления
ров и лишь в агрегатах,
производящих особо большие
изделия, устанавливаются
специально спроектированные
червячные пластикаторы.
Назначение головки —
сформовать заготовку
расплава с однородной толщиной как
по периметру, так и по
высоте или с заданным
характером изменения толщины по
высоте и по периметру.
Приемно-раздувное
устройство включает в себя
несколько механизмов: нож' для
отрезания участка заготовки,
подлежащего формованию; механизм транспортирования
заготовки от головки к форме; механизм смыкания и размыкания
формы; механизм запирания формы; механизм раздува
заготовки; механизм для удаления облоя; механизм съема изделия.
Типичный экструзионно-выдувнои агрегат (рис. 4.42)
включает экструдер /, головку 2, механизм раздува 3, устройство для
сушки и разогрева гранул' 5, пневмопогрузчик 6, шкаф
тепловой автоматики 8, пульт управления 9, систему пневмо- и
гидропривода 7, устройство для удаления облоя 4.
Головки для изготовления трубчатых заготовок
подразделяются по направлению потока расплава на прямоточные и
угловые, по числу одновременно формуемых заготовок—на одно-
и многоручьевые. На рис. 4.43 приведена схема прямоточной
головки. Головка состоит из разъемного корпуса /,
обогреваемого колена 3, адаптера 4, матрицы 7, дорна с коническим
наконечником 8, перфорированного дорнодержателя 2, ленточных
нагревателей 5, образующих три тепловые зоны. Расплав А
непрерывно поступает от экструдера и, пройдя по угловому
каналу, попадает через отверстия дорнодержателя 2 в кольцевой
канал корпуса головки, из которого он переходит в коническую
щель В, образованную коническим наконечником и коническим
отверстием в матрице, откуда и выдавливается в виде
заготовки С. Крепление матрицы к головке производится накидным
фланцем 6.
И—81
161

При изготовлении изделий емкостью 4 л и более применяют
-аккумуляторные головки с. копильником плунжерного или
кольцевого типа. Простейшая аккумуляторная головка плунжерного
типа (рис. 4.44) состоит из обогреваемого корпуса 4, на
котором с помощью разъемной конической муфты 3 укреплен
наконечник 2 с дорном 14 и матрицей Ш. Расплав из экструде-
ра 12 по каналу а поступает в рабочую полость 5
аккумулятора, перемещая вверх поршень //. Объем дозы расплава
определяется положением установленного на штоке 6 кулачка 10,
который в нужный момент набегает на конечный
выключатель 9, останавливающий экструдер. Заготовка /
выдавливается из коппльника поршнем 7 гндроцилиндра 8.
Для обеспечения непрерывной работы узел смыкания
снабжается механизмом для отвода формы с заготовкой вниз или в
сторону, чтобы в период охлаждения изделия можно было
производить выдавливание следующей трубчатой заготовки.
При изготовлении малогабаритных изделий применяются
многофильерные (многоручьевые) головки, чтобы полностью
использовать производительность агрегата Расплав
выдавливается одновременно через несколько формующих каналов, рас,-
Рис. 4.43. Прямоточная головка:
1— корпус: 2— перфорированный дорнодержатель; А— колено; -/ — адаптер; 5—¦ леиточ
иые нагреватели; 6 накидной фланец; 7 —матрица; (* дори i- коническим иакоиечии
ком; .4 — раиплан; В коническая щель; С — заготовка
Рис 4.44. Аккумуляторная головка плунжерного типа.
/ заготовка. 2 накоиечник. .*—разъемная коническая муфта; 4 корпус; з рябо
чая полость; 6 шток; 7 — поршень; 8 гидроцилиндр; 9 конечный выключатель; 10 -
кулачок; /' — поршень; 12 <кструдер; /,1 - матрица: 14 — дори
162

i lri Многоручьевая формующая го-
;>мус головки; 2 трубчатаи jaroiOBKa; Л ни
смыкании формы; 4 — много! не (Дная форма
положенных в общем корпусе головки
(рис. 4.45). Из патрубка расплав
поступает в распределительный
коллектор, а затем вытекает через
несколько формующих каналов. В этом
случае для выравнивания скоростей
течения во входных каналах всех фильер устанавливают
дросселирующие краны. При таком способе формования трубчатых
заготовок формы делают многогнездными. Применение много
ручьевых головок повышает производительность агрегата и
снижает трудоемкость изготовления выдувных изделий.
В табл. 4.14 приведены технические параметры
отечественных выдувных агрегатов.
4.9.3. Технология формования экструзионно-
выдувных изделий
Технологический процесс формования выдувных изделий
состоит из следующих операций: получение трубчатой заготовки;
смыкание формы и формование изделия; охлаждение изделия;
раскрытие формы и извлечение изделия.
Получение трубчатой заготовки. Трубчатая заготовка, как
уже отмечалось, получается экструзией расплава термопласта
через головку в охлаждаемую форму.
Основными технологическими параметрами операции
получения трубчатой заготовки являются: температурный режим
Таблица
Тип
агрегата
АВ-0,15
АВ-0,5
АВ-1
АВ-2,5
АВ-10
АВ-30
АВ-60
АВ-125
АВ-250
АВ-500
4.14. Основные параметры отечественных выдувных агрегатов
Кмкость
изделий, м
0,05—1,15
0,15—0,50
0,5—1,0
1.0—2,5
2,5—10
10—30
30—60
60—125
125—250
250—500
Число
изделий,
получаемых
за один
цикл
2—4
2—4
2-4
2—4
2—4
1—2

Емкость
коп ил ь-
иика.
см»
60
125
250
500
2500
5000
7500
11800
25 000
50000
Усилие

замыкания
формы.
кН
14
21
36
60
150
150
224
316
450
630
Размеры

крепежных плнт
(длина*
ширина),
см
20X18
28x22
36X25
45>;28
75X36
75X63
50X75
75x90
90X100
100Х 140
Расстояние междл
крепежными или
там»
при
раскрытой
форме
19
25
28
28
71
85
106
125
160
200
). см
при
закрытой форме
9
11
13
13
20
28
48
60
75
85
163

Таблица 4.15. Ориентировочные температурные режимы формования
заготовок Оля получения изделий n:i пп.нмлефинов
Полимер
ПЭНП
пэвп
пп
Температура цилиндра
iro .чонач, 'С
1
140
120
150
140
190
180
2
140
125
160
155
200
190
а
150
130
170
165
215
200
t
150
13С
17d
165
215
200
Температура
волонки по
(она м. С
- 1 -'
1(>0
130
JNO
170
225
210
165
135
185
170
235
215
Давление
йолдуха.
МПа
0,20—0,25
0,15—0,20
0,35—0,40
0,20—0,30
0,30—0 35
0,20—0,30
Емкость h.i
делнй. дм'
0,5—5,0
0,05—0,5
30— 200
0,2—3,0
10—50
1—2
формования .питовки и скорость экструдирования.
Температурный ,/КИм экструдирования заготовки
устанавливается в зависимости от вида перерабатываемого
материала, от конструктивных особенностей применяемого
оборудования и формующего инструмента, а также от конфигурации,
размеров и толщины стенкн изделия. Температурный режим
формования заготовки влияет на внешний вид и качество
поверхности изделия. Повышение температуры экструзии
способствует улучшению поверхностного глянца и снижению
шероховатости, но сопровождается возрастанием разнотолщипности
стенок вследствие вытягивания заготовки и удлинением цикла
формования за счет увеличения длительности охлаждения
изделия. Заниженная температура формования может являться
причиной слабого сварного шва, большой усадки и
превышенной толщины стенок изделия. Но в то же время при перегрева
расплава сварной шов может получиться ослабленным, что
связано с термоокислительной деструкцией материала. В табл
4.15 приведен примерный температурный режим формования
заготовок из полиэтилена и полипропилена.
Скорость э к с т р у д и р о в и и и и заготовки в
значительной степени влияет на массу и толщину стенок изделия,
чистоту внутренней поверхности, разнотолщинность по высоте
изделия и производительность процесса.
Увеличение скорости экструднровамня заготовки
способствует увеличению толщины стенок, снижению разнотолщипности
по высоте изделия и повышению производительности процесса
Однако при очень большой скорости экструдирования
поверхность заготовки становится шероховатой, что снижает качество
внутренней поверхности изделия. Слишком большая скорость
экструдпрпиаппя может также привести к образованию местных
утонений стопок изделия по линии слияния потоков,
образованных дориодержателем или решеткой дорподержателя, а также
к появлению па поверхности изделия частиц плохо
проплавленного материала.
J64

Смыкание формы и формование изделия. Полуфирмы
закреплены на плитах узла смыкания и могут перемещаться
навстречу друг другу в горизонтальном направлении. Обычно в
разомкнутом состоянии полуформы подводятся к трубчатой
заготовке, чтобы она расположилась симметрично по отношению
к формующим поверхностям, после чего происходит их
смыкание. В момент смыкания часть заготовки, выступающая за
габариты формующей полости, защемляется пресс-кантами, которые
предусмотрены по всему периметру изделия. В месте нажатия
пресс-кантов под действием усилия смыкания происходит
пережатие расплава, при этом заготовка сваривается в виде
замкнутой полости и обрезается избыток материала за контуром
формующего гнезда. Поскольку форма охлаждена, то по
контуру пресс-канта образуется тонкая перемычка, по которой в
дальнейшем проводится механическая доработка изделия. В
момент смыкания формы трубчатая заготовка отрезается от
формующей головки. Отрезание обычно производится ножницами
или раскаленной нихромовой лентой. При движении лепты,
нагретой электрическим током, в месте контакта происходит
сильный перегрев расплава и получается ровный срез.
После окончания смыкания сразу же начинается
формование изделия подачей внутрь заготовки сжатого воздуха.
Давление сжатого воздуха зависит от вида
перерабатываемого материала, толщины стенок и размеров изделия
и влияет на скорость охлаждения изделия и качество его
поверхности. Как правило, повышение давления сокращает время
охлаждения н улучшает внешний вид изделия, увеличивает
прочность сварных швов. Обычно давление раздува составляет
0,15—0,5 МПа. Коэффициент раздува (отношение диаметра
изделия к диаметру заготовки) должен быть в пределах 3—3,5;
при большем его значении повышается разнотолщинность
изделия по периметру.
Скорость раздува влияет на величину усадки и
внешний вид изделия. Увеличение скорости подачи воздуха
уменьшает усадку материала и улучшает качество поверхности
изделия. В табл. 4.15 приведены примерные значения давления
воздуха при раздуве.
Охлаждение изделия. Процесс охлаждения начинается после
прижатия раздуваемой заготовки к стенкам формы. Время
охлаждения зависит от толщины стенки изделия, температуры
расплава и формы и свойств материала.
Температура формы оказывает влияние на прочность
сварного шва, усадку, качество поверхности изделия и производи
тельность агрегата. Увеличение температуры формы улучшает
качество поверхности, повышает прочность сварного шву.
уменьшает коробление и усадку изделия, по резко удлиняет
процесс его охлаждения. В зависимости от размеров и формы
16.'

Рис. 4.46. Охлаждение внутренней поверхности
изделия смесью воды и воздуха:
/ смеситель; 2 выпускной клапан; Л — ниппель: 4—Ниле
лне
изделия, вида материала температура
формы выбирается в интервале 20—60сС.
Применяемые системы охлаждения
можно разделить на внешние
(охлаждение со стороны стенок формы) и
внутренние (охлаждение изделия изнутри).
В качестве хладагентов для внешних
систем используют воду, растворы солей,
смеси воды с этиленгликолем и др. При
внутреннем охлаждении обычно применяют холодный воздух,
его смесь с водой, а в некоторых агрегатах — диоксид
углерода и жидкий азот. Системы внутреннего охлаждения
позволяют существенно снизить время охлаждения и увеличить
производительность процесса. Схема охлаждения изделия изнутри
смесью воздуха и воды показана на рис. 4.46.
В смеситель / подаются вода и сжатый воздух. В смесителе
происходит распыление воды, капельки которой попадают на
внутреннюю поверхность изделия 4 и испаряются, на что
расходуется значительное количество тепла. Пары воды и воздуха из
полости формы отводятся через выпускной клапан 2. При такой
схеме время охлаждения уменьшается почти в 4 раза по
сравнению с внешним охлаждением.
Раскрытие формы и извлечение изделия. Форма
раскрывается с помощью узла смыкания — размыкания. Перед
раскрытием формы из горловины изделия вынимается ниппель, а при
автоматическом режиме одновременно отрываются приливы.
Изделия из раскрытой формы извлекаются под действием
собственного веса, а в тех случаях, когда на боковых стенках
возникают большие усилия, применяются толкатели. Вместо
толкателей можно использовать сжатый воздух, который
подастся в форму через воздушные каналы в боковой стенке.
4.9.4. Дефекты экструзионно-выдувных изделий
мспособы их устранения
Наиболее характерные дефекты, их причины и способы
устранения приведены в табл. 4.16.
4.10. ПОЛУЧЕНИЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ
СОЭКСТРУЗИИ
Соэкструзия (совместная экструзия)—технологический
процесс получения многослойных листов, труб, пленок. Метод
основан на одновременной экструзии расплавов двух или большего

числа полимеров через общую экструзионную головку. До
применения соэкструзии комбинированные листы и пленки
изготавливали клеевым способом. Соэкструзии позволила
исключить многие технологические операции, характерные для
клеевого способа: нанесение покрытий и грунтовок, удаление и
рекуперацию растворителей.
Основные достоинства соэкструзии — одпостаднйность
процесса, возможность широкого варьировании свойств и толщины
слоев, высокая производительность. В силу этого многослойные
листы и пленки, полученные методом соэкструзнп, па 15—20%
дешевле изготовленных клеевым способом.
Одно из основных условий получении многослойного листа
iо^кструзпей —это адгезия соединяемых друг с другом
полимеров. Когда получают многоцветные листы из одного
полимера, этой проблемы пет. Но при соединении различных по
природе термопластов, например полиэтилена с иолинннилхлори-
юм, вопрос адгезии полимеров приобретает важное значение.
Для повышения адгезии разнородных полимеров часто вводит
третий промежуточный слой, обычно это сополимер с
функциональными группами, который обладает хорошей адгезией к
обоим полимерам. Другие приемы увеличения адге.шп между
слоями заключаются в активировании их поверхности за счет
повышения температуры экструзии, в подаче в пространство между
соединяемыми слоями газообразного окислителя и т. д.
Процесс соэкструзии предполагает три основных способа со-
нмешения слоев полимеров: до экетрузнопноп головки, в самой
головке и после выхода из нее. Наибольшими экономическими
преимуществами обладает способ получения комбинированных
Та6.ища 1.16. Дефекты выдувных it.ifh'.uiii. их причины
г. i ппюбы устранения
Дефекты
Причины во ш;!кнсженчн
обы
Раконщты на
поверхности изделия
Шероховатость
пиугрепнен поверх-
HOC III
11сдоп а I очная
толщина стенок
и ыелня
1><|.1ьшая разнотол-
ЩИННОСТЬ СТСИОК
Местные утонения
< гонок в
направлении чкетрудин
Недостаточное давление
воздуха при раздуве
заготовки
Плохая гомогенизация
расплава, высокая скорость
экструзии, низкая
температура цилиндра
Высокая температура
расплава; низкая скорость
экстру.чин
То же
Плохое слияние потоков
расплава, образованных
дорподержателем
Увеличить давление
воздуха
Уменьшит!
мня черняка
нературу
частоту враще-
._. повысить тем-
в зонах цилиндра
Снизить 1емнературу
нагрева по зонам; увеличить
частоту вращения червяка
То же
Снизить частоту вращения
червяка, уменьшить
температуру мундштука головки
1Г>7

Рис. 4.47. Схема головки для получения двухслойной пленки:
/- вход расплава внутреннего слоя; 2 — воздух для раздува рукава; 3 — вход расплава
наружного слоя: 4 — формующий зазор
Рис. 4.4Й. Экструзионная головка для получения двухслойных листов:
/ - узел присоединения основного экструдера; 2 — призма верхняя; 3 — губка верхняя,
4 губка нижняя регулируемая; 5 — призма нижняя; в регулировочные болты; 7
распределительный канал для подачи расплава нз вспомогательного экструдера
материалов по методу «два экструдера в одну головку». В этом
случае происходит сварка двух слоев в экструзионнои головке и
обеспечивается высокая адгезионная прочность соединения.
На рис. 4.47 показана схема головки для получения
двухслойной пленки методом раздува рукава. Расплав из основного
экструдера поступает в головку по каналу / снизу, а из
вспомогательного экструдера — по каналу 3 сбоку. Совмещение
потоков происходит в формующем зазоре 4.
Схема экструзионнои головки для получения двухслойных
листов приведена на рис. 4.48. Расплав из основного экструдера
поступает в верхний распределительный канал. Из
вспомогательного экструдера меньшей производительности расплав
подается в головку сбоку через нижний канал, равномерно
распределяется с помощью нижней призмы по ширине головки и
поступает в пространство между оформляющими губками, где
происходит его наложение на расплав, выдавливаемый из
основного экструдера. При этом за счет развиваемого в
оформляющей щели давления происходит прочное соединение потоков
расплавов, обеспечивающее получение монолитных листов.
Листы с продольными цветными полосами можно получить
с помощью головки, изображенной на рис. 4.49. Расплав из
основного экструдера / поступает в головку сбоку и обтекает иа-
чодящийся в распределительном канале коллектор 3.
Окрашенный расплав из вспомогательного экструдера подается в кол-
168

Рис 4.49. Экстру.чионнан головка для
получения окрашенных листов:
/ цилиндр основного экс/трудера. 2 —
:it>pii\v головки: -< - коллектор; -/ — призма:
i ¦-- верхняя губка в — нижняя подннжная
лектор. В коллекторе имеются
отверстия, через которые
окрашенный расплав выходит из
него и образует цветные
полосы в расплаве из основного
экструдера.
В качестве примера ниже приводятся технологические
параметры получения двухслойных листов из ацетилцеллюлозного
этрола:
Температура. °С:
цилиндра основного экстрчдера по зонам
1 " 110-140
0 150-170
3 180—185
4 185—190
цилиндра вспомогательного экструдера по
зонам
1 130—150
2 150—170
3 185—190
головки по зонам
1 185—190
2 185-190
3 180-185
глянцующих валков 80—90
Частота вращения червяка, об/мин:
основнойi ккструлсра 20—30
вспомогательного экструдера 10—20
Скорость отвода листа, м мин 0,2—0.4
Геометрическая степень сжатия основного червяка 2.5
Причины дефектов листов и способы их предупреждения
такие же, как и в производстве листов из однородных
термопластов.
4.11. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ЭИСТРУЗИОННОГО МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИИ
Экструзия является одним из наиболее перспективных методов
переработки пластмасс.
Существенную роль в решении задачи повышения
производительности этого метода играют такие факторы, как создание
крупных и высокоскоростных машин, более точное
регулирование параметров технологических процессов, повышение

на пластических масс, внедрение полной механизации и
автоматизации основных II вспомогательных операций, разработка
единых технологических комплексов, объединенных обшей
программой и дистанционно управляемых посредством
централизованных ЭВМ. Повышение производительности достигается
совершенствованием отдельных узлов машин, в частности
применением многоручьевых головок для экструзии шлангов,
прокладок. Получаемые листы используют для формования
крупногабаритных изделий.
В последнее время в переработке полимеров (в том числе
и методом экструзии) завоевывают признание вибрационные
воздействия па расплавы при формовании, позволяющие
увеличить производительность экструзионного оборудования при
одновременном повышении качества изделий.
В области производства труб важнейшей задачей является
освоение производства труб больших диаметров (до 1200-
2000 мм и более) и труб, армированных синтетическими и
стеклянными волокнами.
Все чаще применяются вертикальные экструдеры для
производства пленок методом экструзии с раздувом. Их
достоинства (по сравнению с традиционными горизонтальными
машинами) — небольшая удельная площадь, относительно низкая риз-
нотолшинноеть пленки, достигаемая за счет вращения прнеммо-
намоточных устройств.
Дальнейшее развитие получит соэкструзия полимеров, при
которой несколько экструдеров пластицируют разные
полимерные композиции и выдавливают их в общую комбинированную
головку. Такие агрегаты используют в производстве как
многослойных листов и плит, так и многослойных пленочных
материалов.
Наметилась тенденция к переходу на переработку
порошкообразных полимеров вместо гранулированных.
Помимо увеличения мощности гранулирующих экструзион-
иых агрегатов и экструдеров-пластикаторов большое
внимание уделяется также проблемам эффективности смешения
полимеров с различными добавками, дегазации расплавов в
процессе экструзии и т. д.
Перспективны процессы получения вспененных одно- и много
слоимых пленок, а также армированных пленочных материалов.
Успешно ведутся работы в области экструзии пленок из
наполненных термопластов.
обый интерес представляет идея совмещения реактор;!
. ,/1 синтеза полимера с экструдером. При этом исключается
промежуточная стадия грануляции полимерного материала.
Поскольку расплав из реактора поступает непосредственно в эк-
струдер, экономится энергия, затрачиваемая на плавление
полимера.

К этому же направлению примыкают разработки технологии
получения изделий путем их формования непосредственно в
процессе полимеризации мономера или олигомера. Так, например,
в экструдере специальной конструкции можно получать из кап-
ролактама с соответствующими катализаторами непрерывным
способом листы, профили, трубы, пленки и другие изделия из
поликапролактама. Подобным способом могут быть получены
пластины, профили и другие изделия непосредственно из метил-
метакрилата.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
4.1. Объясните принцип экструзии пластмасс. Какие изделия
получают этим методом и какие перерабатывают термопласты?
4.2. Расскажите о конструкции червяка общего назначения.
4.3. Каковы конструктивные особенности червяков,
предназначенных для экструзии кристаллических и аморфных
полимеров?
4.4. Что такое степень сжатия червяка? Каковы значения
этого показателя и от чего они зависят?
4.5. Назовите основные узлы и технические параметры
червячного пресса.
4.6. Объясните принцип действия дискового экструдера.
4.7. Расскажите о прямом и обратном потоках и потоке
утечки.
4.8. Назовите основные параметры экструзии.
4.9. Из каких узлов состоит экструзионный агрегат для
получения листов и каково их назначение?
4.10. Назовите конструктивные элементы листовальной
головки.
4.11. Из каких узлов состоит экструзионный агрегат для
получения труб и каково их назначение?
4.12. Назовите конструктивные элементы трубной головки.
4.13. Какие существуют экструзионные методы получения
пленок из расплава? Для каких термопластов предпочтителен
тот или иной метод?
4.14. Назовите технологические параметры процессов
экструзии рукавных и плоскотелевых пленок.
4.15. Объясните устройство головки для получения рукавной
пленки. Какие конструктивные решения головок позволяют
устранить разнотолшинность пленки?
4.16. Объясните основные закономерности получения
ориентированных пленок.
4.17. Расскажите о методах повышения адгезии расплава к
подложке при ламинировании. Какие основные операции вклю-
чпет технология ламинирования?
171

4.18. Перечислите основные способы раздува экструдироваи-
иой заготовки при получении выдувных изделий.
4.19. Назовите основные параметры технологического
процесса получения экструзионно-выдувпых изделий.
4.20. Объясните принцип получения комбинированных изде-
1пй методом соэкструзип.
4.21. Расскажите о конструктивных особенностях
формующих головок, используемых при получении изделий соэкстру-
й
ГЛАВА 5
ПЕРЕРАБОТКА ТЕРМОПЛАСТОВ ЛИТЬЕМ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Литье i;ivi явлением является одним из основных методов пере
работки 1ермопластов в изделия. Метод позволяет с высокой
точностью изготавливать высококачественные изделия различной
степени сложности.
Переработка термопластов литьем под давлением
заключается в нагреве материала до размягчения и последующего
перехода в вязкотекучее состояние в нагревательном цилиндре и нп-
жекции (впрыске) его в литьевую форму, где материал
приобретает необходимую форму (формуется) и затвердевает. В каналах
питьевой формы циркулирует охлаждающая вода заданнон
температуры.
Метод характеризуется высокой производительностью, так
как нагрев материала осуществляется вне формы. Литьевые
изделия получаются с высокой точностью размеров и требуют
минимальной механической обработки. Методом литья под
давлением можно изготовить всевозможные детали сложной
конфигурации, детали с арматурой, а также перерабатывать
материалы, наполненные стекловолокном и другими
наполнителями. Достоинством метода является также возможность
полной автоматизации процесса, применения АСУТП.
автоматических манипуляторов и т. д. Однако метод литья под давлением
связан с большими затратами на оборудование и оснастку, не
целесообразен при изготовлении изделий небольшими сериями и
детален, которые могут быть изготовлены другими методами.
Широкое развитие метода литья под давлением связано
также с развитием производства новых термопластов с отличными
фнзико-механическнмн свойствами, таких, как, например,
полиформальдегид и его сополимеры, поликарбонат, полисульфо
'72

и др. В настоящее время имеется около 35 типон термопластов
перерабатываемых литьем под давлением. На основе того или
иного термопласта выпускаются многочисленные марки мате
риалов, отличающихся по физико-механическим свойствам и
текучести и предназначенных для различных целей. В гл. 2 дана
характеристика основных промышленных термопластов, в TO\i
числе перерабатываемых литьем под давлением.
Изделия, получаемые литьем под давлением, разнообразны
как по массе, так и по конфигурации и размерам. Литьевые
изделия широко применяются в автомобильной
промышленности, приборостроении, в строительстве, судостроении, самолето
строении, в медицине и в быту.
5.2. ЛИТЬЕВЫЕ МАШИНЫ
Процесс литья под давлением осуществляется па серийно вы
пускаемых промышленностью литьевых машинах, состоящих из
двух основных частей: механизма пластикации — впрыска и
механизма запирания формы. Первая часть служит для
дозирования материала, его пластикации и впрыска расплава в форму.
Вторая часть предназначена для крепления литьевой формы, ее
перемещения и удержания в сомкнутом состоянии.
5.2.1. Классификация литьевых машин
А\;п1шны для литья под давлением классифицируются по ряду
параметров и признаков.
Основным классификационным параметром является
мощность литьевой машины, или объем впрыска, который
выражается числом кубических сантиметров материала, расходуемого
на изготовление одной отливки.
Кроме того, литьевые машины подразделяются по
принципу действия механизма пластикации и впрыс
к а (поршневые, червячпо-поршиевые, червячные), по вид\
привода (механические, гидравлические,
гидромеханические), по числу пресс-узлов (одно- и многопозиционные).
по типу перерабатываемых материалов и т. д.
По взаимному расположению осей меха
и и з м о в пластикации — впрыска п запирания
формы литьевые машины подразделяются на горизонтальные,
вертикальные и угловые.
Наибольшее распространение получили машины
горизонтального типа, в которых осп механизмов
пластикации—впрыска и запирания формы расположены горизонтально.
Производство и применение литьевых машин вертикального
типа вызвано необходимостью получении изделий с арматурой
Дело в том, что горизонтальная плоскость разъема форм, ха

рактерная для этих машин, удобна для установки армирующих
элементов.
Угловые литьевые машины могут выпускаться с
горизонтальной и вертикальной компоновкой под прямым углом. Эти
машины выгодно использовать для литья крупногабаритных
изделий в том случае, если требуется впрыск расплава не в
центральную, а в периферийную часть полости формы.
Для осуществления некоторых разновидностей метода литья
под давлением промышленностью выпускаются некоторые
специальные виды литьевых машин. К. ним относятся машины
для двух- и многоцветного литья, для литья изделий из
вспененных материалов. Особую группу литьевых машин составляют
многопозицпонные (роторные и револьверные) литьевые
машины.
Поршневые литьевые машины в данном учебнике не
рассматриваются, так как по своим техническим возможностям они
уступают червячным.
Наибольший практический интерес представляет червячная
литьевая машина одноцилиндровой конструкции с осевым
перемещением червяка.
5.2.2. Конструкция червячной литьевой машины
Схема термопластавтомата с червячной пластикацией
представлена на рис. 5.1. Узел пластикации — впрыска машины состоит
из материального цилиндра 3 с обогревом и червяка 4. Червяк
может совершать вращательное и поступательное движения.
Вращение передается червяку от электродвигателя или гндро-
мотора через редуктор 6. Поступательное движение сообщается
червяку от цилиндра 7 гидропривода узла впрыска.
Узел смыкания с гидромеханическим приводом состоит из
малогабаритного гидравлического цилиндра / с поршнем и
передаточного рычажного устройства 2. При движении поршня
Рис. 5.1. Схема термопластавтомата с червячной пластикацией:
/ гидравлический цилиндр улла смыкании: 2 рычажное \4Tpuik' гш
ими цилиндр, -t черняк: 5 — бункер: 6—редуктор; 7 — цилинд
Hiipi.ii. ка
!74
ериал).
идр-.мцжвода

Рис. 5.2. Мнжскшюнные сипла;
и от крытое I для ня ikh \ ча i ериалои). п открмнающееин при упоре
и i > лк> .фирмы; в открывающееся под да плен нем материала
ЛИ!НИКОВ\К»
вверх рычаги выпрямляются, п промежуточная плита вместе
с соединенном с ней подвижной плитой, на которой закреплена
подвижная полуформа, быстро перемещается вправо.
Материальный ц ил и н д р выполняется в виде
толстостенной трубы. В передней части цилиндра в резьбовом гнезде
закрепляется сопло, назначение которого состоит в соединении
полости материального цилиндра с литниковым каналом и
оформляющей полостью литьевой формы. Материальный
цилиндр обогревается электронагревателями; температура
расплава контролируется датчиками термопар с терморегуляторами.
Конструкция и размеры червяка зависят от
технологических режимов пластикации и фпзпко-механнчеекпх свойств
полимера. В связи с этим можно выделить три группы червяков
для переработки следующих термопластичных материалов:
аморфных и кристаллических материалов (полистирола,
полиэтилена и др.); материалов с резко выраженной
кристаллической структурой (полиамиды и др.); материалов, склонных к
деструкции (например, непластнфпцированного поливпннлхло-
рида и др.). Червяки первой и второй групп имеют зоны
загрузки, пластикации (сжатия) и дозирования, червяки третьей
группы — зоны загрузки и пластикации. Каждая из групп
червяков имеет следующие размеры:
первая группа LiD= 1 I = 15; /,=0,4 L\ /, = 0,35 /.; /,, = 0,25L;
степень сжатия 2,5=3 (L и D — длина и диаметр
соответственно червяка; l\, l>, 1Л — длины зон загрузки, пластикации и
дозировании соответственно);
вторая группа: L/D= 13-И8; /,-0,55 L\ /2=0,15 /.; /,=0.3 U
степень сжатия 2 = 2,5;
третья группа: L/D=15=18; /i=0,4 L; /L, = 0,6 /.; степень
сжатии 1,5 -ь 2.
В зависимости от свойств перерабатываемого материала на
ннжекцпонных цилиндрах устанавливают сипла различной
конструкции (рпс. 5.2). Открытое сопло (рис. 5.2, о)
применяют для инжекцип вязких, склонных к деструкции материалов,
например нолпвинилхлорпда. Часто применяют сопло,
открывающееся при его упоре в лптнпков\ ю нгулку формы (рпс. 5.2, п).
17."

Рис. 5.3. Самозаиираюшееся иижек-
ционное сопло:
/ —головка сопла. 2— .п\лка-.
на. 4 — игольчатым клапан. ч
пружч
л н а л
давлением пластицироваиного
сопле пружина отрегулирована
Большой интерес при литье
тонкостенных изделии
предварительно сжатым расплавом
представляет конструкцию
сопла, открывающегося под
материала (рис. 5.2, в). В этом
на заданное инжекциониое
давление. В некоторых случаях применяют запирающиеся сопла
с гидравлическим приводом. Датчик прибора для измерения
давления пластицированного материала, расположенный в
головке инжекционного цилиндра, подает команду на электроуп-
равляемый гидравлический клапан. Клапан распределяет
масло в полости гидравлического цилиндра, под действием
которого перемещается запирающий кран сопла. Датчик
срабатывает только в случае, если давление материала достигает
необходимой величины.
Самозапирающееся сопло (рис. 5.3) работает следующим
образом. При движении инжекционного гюршня или червяка
в переднее положение расплавленный материал под давлением
перемещает головку 1 сопла с втулкой 2 влево до
соприкосновения с литниковой втулкой формы. При этом остающийся на
месте игольчатый клапан 4 открывает канал а, а пружина 3
сжимается. Когда поршень или червяк литьевой машины
перемещаются в обратном направлении, втулка 2 вместе с головкой
возвращается в исходное положение под давлением пружины
¦'>', а клапан 4 перекрывает канал а.
Для предохранения вредного влияния нагрева пружин\
можно установить вне корпуса сопла (рис. 5.4). При этом
пружину охлаждают проточной водой, поступающей в штуцер 6.
Корпус 5 сопла ввинчивается в
g j цилиндр литьевой машины.
Расплавленный материал поступает
через каналы в головку 4
сопла. Под давлением материала на
конус игольчатого клапана 3 ои
перемещается вправо, открывая
Рис. 5.4. Самшанираюшессх ипжокии
онное сопло с пьпккпыч устройп ним
запирания:
/ ott.; ;; [ibiMai: :t — viro.-u.'ui i ul'i кл.-i ими.
4 — головка ^опла; 5 — Kopu\t otii.'ut. i tiil>
uep: 7 - пружина, и центра it. мое огно
в клапане; б — какал; ы — цмлни.фпчегми
точки
пн-
'"в

выпускной канал б. При перемещении иглы рычаг 2
поворачивается вокруг оси / и сжимает пружину 7. Пластицированнып
материал впрыскивается под заданным давлением через
канал б в форму. После заполнения формы давление в сопле
снижается, и под давлением пружины рычаг перемешает
клапан в исходное положение, закрывая канал 6.
В цилиндрической части клапан 3 уплотняется благодаря
проникновению расплавленного материала под давлением из
канала б через центральное отверстие а в клапане. Материал
попадает через цилиндрические выточки в клапана и
уплотняет кольцевой зазор между клапаном и центральным каналом
корпуса сопла подобно поршневым кольцам.
Механизм запирания (смыкания) предназначен
для закрывания и открывания литьевой формы, а также для
удержания формы в сомкнутом состоянии при впрыске и
формовании изделий. Для получения высококачественных изделий
необходимо надежное смыкание формы, так как при неполном
смыкании материал при впрыске может попасть в плоскость
смыкания. Разработано н применяется на практике большое
число различных механизмов запирания. Наиболее широкое
распространение получили гидравлические н гидромеханические
конструкции.
Для привода (вращения червяков инжекцнонного
механизма) применяют электрические и гидравлические двигатели.
В первом случае для изменения частоты вращения червяка
используют электродвигатели переменного тока с регулируемой
частотой вращения, сменные шестерни редуктора и коробки
передач, Во втором случае обеспечивается плавное изменение
частоты вращения червяка в широком диапазоне при
сохранении постоянного крутящего момента. При этом отпадает
необходимость использования предохранительных устройств,
защищающих редуктор, червяк и подшипники от перегрузки. Осевое
перемещение червяка в обоих вариантах обычно обеспечивается
гидравлическим цилиндром.
5.2.3. Работа червячной литьевой машины
Червячная литьевая машина работает следующим образом.
При помощи специальных загрузочных приспособлений или
вручную материал загружается в бункер литьевом машины.
В начале процесса червяк 4 находится в переднем положении.
При вращении червяка материал из бункера 5 захватывается
витками червяка, перемещается вперед, нагревается i;.-i. .:;,;:
руется и нагнетается в переднюю часть цилиндра ¦¦'. !¦
давлением расплавленного материала червяк отходи; н;н;'.л ю
установленного положения, зависящего от объема набираемой
порции материала. При движении назад червяк испытывает
12—81 177

давление со стороны гидравлического цилиндра. Величина
этого давления регулируется и обеспечивает уплотнение
материала в передней части цилиндра, препятствуя проникновению
воздуха в материал.
После накопления определенной порции (дозы) материала
вращение червяка прекращается. При подаче гидравлической
жидкости из гидросистемы машины в поршневую полость гид-
роцилнндра 7 сообщается осевое перемещение влево червяку
4, который впрыскивает дозу расплава в полость сомкнутой
формы. Перед выполнением операции впрыска расплава
материальный цилиндр подводится вплотную к неподвижной пол\ -
форме (в конструкции литьевой машины предусмотрена
возможность его возвратно-поступательного перемещения). В
передней части материального цилиндра закреплено сопло,
назначение которого—соединять полость материального ци
линдра с литниковыми каналами и оформляющей полостью
литьевой формы. Некоторое время червяк остается в крайнем
левом положении, при этом расплав в форме выдерживается
под давлением. Это необходимо для уплотнения материала,
для компенсации усадки и предупреждения обратного
движения материала из формы. После окончания выдержки под дав
леннем червяк, вращаясь, отходит вправо, при этом набирая
материал для следующей операции литья.
Перед раскрытием формы материальный цилиндр отводится
вправо, затем механизм запирания формы обеспечивает ее
раскрытие, и изделие выталкивается. Время от смыкания
формы до полного ее размыкания составляет цикл литья и в
дальнейшем он повторяется в той же последовательности.
Литьевая машина может работать в трех режимах: автома
тическом (все операции литья совершаются автоматически,
цикл за циклом); полуавтоматическом (подвижная плита
машины останавливается в конце каждого цикла в раскрытом
состоянии, а пуск машины на новый цикл осуществляют
всякий раз нажатием пусковой кнопки); наладочном (все узлы
машины включают независимо друг от друга отдельными
кнопками).
5.2.4. Технические характеристики червячных
литьевых машин
Основными изготовителями литьевых машин в СССР являются
Хмельницкое ПО «Термопластавтомат» имени XXVI съезда
КПСС и Одесское ПО «Прессмаш» имени 60-летия Октября.
Из зарубежных машин наибольшее распространение на
заводах нашей страны получили машины из Германской
Демократической Республики серии KuASY. Технические
характеристики отечественных литьевых машин приведены в табл. 5.1,
машин серии KuASY, выпускаемых в ГДР, — в табл. 5.2.
178

5.2.5. Специальные литьевые машины
В настоящее время выпускают в основном универсальные,
преимущественно горизонтальные литьевые машины. Однако
существует необходимость и в специальных литьевых машинах,
а также в модернизированных универсальных машинах,
позволяющих отливать изделия новыми методами. К таким машинам
следует отнести: лабораторные, с вакуумным отсосом,
дисковые, червячнодисковые, конусные, машины для интрузии,
инжекционного прессования, литья двухцветных и многоцветных
изделии, изделий из вспененных материалов и т. д.
Для отливки толстостенных изделий большой массы при
пониженном давлении на обычных одночернячных литьевых
машинах применяют процесс интрузии. Основные отличия
этого способа формования от литья под давлением заключаются
в проведении операций пластикации и впрыска, которые в
данном случае совмещены во времени, а заполнение основной доли
объема оформляющей полости осуществляется вращающимся
и неподвижным в осевом направлении червяком. Основным
преимуществом пнтрузионного формования перед литьем под
давлением является возможность формования изделий, масса
которых во много раз больше максимальной дозы, которую
способен накопить червяк в пластикационном цилиндре.
При литье под давлением методом интрузии (рис. 5.5, а)
форма заполняется постепенно и равномерно расплавом 2,
нагнетаемым червяком / через канал большого сечения сопла 3,
переходящий в литниковый канал формы 4.
При этом методе литья операции пластикации материала,
заполнения формы и охлаждения изделия совмещаются.
Скорость инжекцнп материала при интрузии меньше скорости ин-
жекцип при обычных способах литья под давлением, но общая
длительность процесса литья не увеличивается из-за частично-
Рис. 5.5. Схемы процессов инжекционного формования:
а — интрузии; б. в—инжекцнонного прессования; / — червяк; 2 — расплав; 3—сопло; 4 —-
форма: 5. 6 — полуформы; 7 — изделие (а — литниковый канал)
12*
179

Таблица 5.1. Технические характеристики отечественных однопозиционных
Параметры машин
Номинальный объем впрыска, см3/цикл
Намлнальное давление литья, МПа
Номинальное усилие запирания формы, кН
Ход движения плиты, мм
Высота формы, мм
Диаметр пластицирующего червяка, мм
Мощность обогрева, кВт
Габариты машины, мм:
длина
ширина
высота
ДЕ 3121
23
140
125
160
110—160
22
1,5
2340
730
1825
ДЕ 3127-631L,
95
140
500
250
140—250
36
4,5
3500
1010
1925
го совпадения во времени отдельных операций процесса
литья.
Литьевые машины, работающие в режиме интрузии,
оснащены подпрессовочным устройством для компенсации усадки
материала при охлаждении его в форме. На литьевой машине,
работающей в режиме интрузии, объем отливки может быть
увеличен в 2—3 раза по сравнению с номинальным объемом
отливки для машины данного типоразмера.
Представляют интерес машины для ин ж екц ионного
прессования термопластов. На таких машинах
дозированный объем пластицированного материала впрыскивается в
предварительно сомкнутую под небольшим усилием форму черен
литниковый канал а (рис. 5.5,6). При этом форма слегка раз-
Таблица 5.2. Технические характеристики литьевых
Параметры машин
Номинальное уснлне запирания форны, кН
Номинальный объем впрыска. см3/цпкл
Номинальное давление литья, МПа
Ход подвижной плиты, мм
Расстояние между подвижной и неподвижной
плитами (мин/макс), мм
Диаметр пластицирующего червяка, мм
Мощность обогрева, кВт
Габариты машниы, мм:
длина
ширина
высота
машин типа
105/32-11
electronic
320
52
204
100—220
125
485
28
3,25
3660
950
1800
Ки ASY.
170/55
550
168
177
25A
140
600
36
5,0
3800
1000
1750
• Включая ширину распределительного шкафа.
180

для литья ппд давлением термопластичных материалов
ДЕ
Л 1 _" 7 Ф|
95
140
550
•250
140-160
ГС
4,5
3500
1010
1925
ДЕ
3,530 Ф,
165
140
1000
320
250—320
40
5,5
4050
1100
1940
дп
3332 Ф,
300
140
1600
400
200—250
50
10,8
4600
1600
1990
дп
1,: м ф,
ООП
140
2500
500
100—500
iW
14,0
5400
1(LD
1990
Д .IKlb-1000
1250
140
4000
630
320—400
90
12,32
7700
1650
2610
Д i 1.^-2000
2500
140
6300
850
630—800
100
27,2
9800
2680
2590
ДП3140.2
5000
140
10000
1120
500—1000
125
36,0
10870
2700
2500
мыкается под давлением материала, которып, однако, не
вытекает из нее, поскольку лазор между полуформами расположен
почти перпендикулярно плоскости разъема формы. После ин-
жекцпи полуформа 5 плотно прижимается к полуформе 6 и
форма полностью замыкается под действием прессового меха
низма (рис. 5.5, в). При этом компенсируется усадка
материала 7, избыток которого может выдавливаться через литниковый
канал.
Методом инжекционного прессования можно изготавливать
тонкостенные изделия большой поверхности, изделия большого
объема, а также перерабатывать материалы, требующие
повышенного давления при ннжекипн и имеющие большую усадку
при охлаждении.
выпускаемых в ГДР
lim/ioo
lOod
248
164
320
Kill
(i-10
15
ибо
1200
1840
.Ч1П, IliO
electronic
1750
455
180
450
0
101A
50
17
0330
2200*
2300
13,'ill'L' 111
electronic
2750
755
!80
500
0
110.1
A7
21
7600
2560*
243A
J '.n(l'10 0
, ie.'nmie
405
184
710
i НЮ
X0
<l)
ЧмОО
-'lUl i"
2770
Л000. «00
(K00—8000
283''
177
950
400
1950
100
40
9550
A000*
257S
soon moo
I00O0
5150
175
1250
550
2000
125
54
1 1760
6000*
2875
IliOOO.'IKOO
10000
9650
168
1500
(i3o
ЗоОО
Hio
33
1 I20O
0000
3250

Для литья двухцветных изделий применяют
червячные и поршневые литьевые машины. При этом возможны
две схемы работы машины. Одна схема предусматривает
возможность частичного или значительного смешения
термопластичных материалов различного цвета, поскольку эти
материалы одновременно или последовательно впрыскиваются в одну
и ту же форму из одного или двух инжекционных цилиндров.
Другая схема предусматривает четкое разделение материалов
различной окраски. При этом материалы различного цвета
поочередно впрыскиваются в форму ограниченного объема, где
отливается первая часть изделия, а затем в форму
увеличенного объема, где отливается вторая часть изделия и
сваривается с заранее отлитой частью.
На рис. 5.6 показан поршневой механизм пластикации и
впрыска, работающий по первой схеме. В механизме
установлены два бункера 4 и 5 для материалов разных цветов,
дифференциальный поршень / и комбинированный обогреваемый ин-
жекционный цилиндр 3, центральная полость б которого
предназначена для плавления и впрыска материала одного цвета,
а кольцевая полость а—для материала другого цвета.
Расплавы обоих материалов одновременно впрыскиваются в форму
дифференциальным поршнем / через каналы сопла 2.
В литьевой машине, работающей по второй схеме
(рис. 5.7), из материального цилиндра 6 материал одного
цвета впрыскивается в одну из форм, при этом отливается часть
изделия 5. После разъема формы эта часть изделия вместе
с полуформой 4 переносится в другую форму 8, где из
материального цилиндра 7 впрыскивается материал, образующий
часть изделия 9. Плита 3 с установленными на ней иолуформа-
ми 4 поворачивается гидромеханическим устройством /, закреп-
Рис. 5.6. Механизм пластикации и впрыска машины для литья двухцветных
изделий с частичным или полным смешением цветон:
¦ — дифференциальным поршень; 2 — сопло; Ч — материалыи-ш цилиндр: 4. 5 ™ бункеры:
и — кольценая полость: п — центральная полость
J82

'in-. 5 7 „Ъщ.еная машина для литья дпухцпетныч ii.ur.niii с четким ра.чле-
ii'iiih \i циепт:
цилиндры;
фор-
ИЛИ I tt.
— чао I.
-/ но |уформа:
Неделин
..енным на подвижной плите 2. Материальные цилиндры
обычно располагают параллельно или так. что ннжекцня из одного
цилиндра осуществляется в плоскость разъема формы, а из
;i;i\:nio цилиндра — в перпендикулярном направлении через
¦.ей: ральньш литник. Технические характеристики
отечественных машин для литья двухцветных изделии приведены ниже:
Д
Д .JH.37
CM"
1 loMiiiia.'ibiioe давление литья. МПа
Поминальное усилие запирания фор-
Mi,!, кН
ХОД ll'UH!!>M{Ol'i Ц.ЦГГЫ, \|М
Дпачеф червяка. \ivi
.Митинги, narpeuaтелеп цилиндра.
I чоярп i i.i машины, \i\i:
. i. 11111 a
iiiiipiina
63 • 2
140
1250
:i20
(i
4800
2200
НЮ0
250 2
160
5000
500
45
14
7500
2100
2000
В последние годы разработаны специальные литьевые
машины для литья пол давлением вспененных пластмасс.
Большой интерес представляют литьевые машины, выпускаемые в
странах-членах СЭВ (например, в Болгарин). Технические
особенности литьевых машин для литья вспененных пластмасс и
технологические характеристики этого процесса рассмотрены
подробно в гл. 12.
183

5.2.6. Роторные литьевые машины
Роторные литьевые машины разделяются на ротационные (с
непрерывным вращением ротора или стола с формами) и
револьверные (с периодическим поворотом ротора на
определенный угол). Роторные литьевые машины позволяют наиболее
эффективно использовать возможности узла пластикации ;;
повысить производительность процесса литья. Вначале роторные
машины применяли в основном для литья толстостенных
изделии, требующих длительного охлаждения в форме. Применение
ротора или стола с несколькими формами позволяло сократить
продолжительность цикла формования. Однако с разработкой
высокопроизводительных червячных механизмов инжекции
роторные машины стали успешно использовать и для отливки
тонкостенных изделии массового производства. Роторные
машины удобны также для отливки двух- или трехцветных
изделии. Такие машины оснащают соответственно двумя или тремя
инжекциоинымн механизмами, которые последовательно
впрыскивают материал разных цветов в каждую форму.
Фирма «Десма» (ФРГ) выпускает серию мощных
револьверных литьевых машин, предназначенных главным образом
для литья обуви из термопластов и резиновых смесей. Машины
состоят из горизонтального червячного инжекционного
механизма и вертикального прессового механизма для замыкания
формы. Литьевые машины укомплектованы двух-, четырех-, шести-,
восьми- или десятипозиционным прессовым механизмом.
Прессовый механизм установлен на роторе и циклически
поворачивается на необходимый угол (в зависимости от количества
позиций и форм). На револьверных машинах можно
одновременно устанавливать формы с разным числом гнезд для литья
различных изделий.
1 i
Рис. 5.8. Схема работы револьверной литьевой машины'
/ шлрянлнческнй цилиндр; :' — фирма: Л —-епплм; 4 — че|>нмкг э — i
чип л шфыека; 6 — бункер. 7 - цилиндр

Схема работы револьверной литьевой машины
приведена на рис. 5.8. Вначале форма 2 сомкнута под низким
давлением с помощью верхнего гидравлического
цилиндра /, а материал, поступающий из бункера 6, пластициру-
ется вращающимся червяком 4. Под давлением нижнего
гидравлического цилиндра форма запирается под высоким
давлением, а механизм пластикации и впрыска 5 перемещается влево
до упора сопла 3 в литниковую втулку формы. Затем червяк
4 перемещается влево под действием нагнетаемого в цилиндр
7 масла и впрыскивает пластицированный материал в
сомкнутую форму. После выдержки материала под давлением
механизм пластикации и впрыска возвращается п исходное
положение. По окончании охлаждения отлитого изделия форма
размыкается, изделие извлекается из формы и цикл повторяется.
5.3. ЛИТЬЕВЫЕ ФОРМЫ
Качество изделий и трудоемкость их изготовления зависят or
конструкции и качества литьевой формы, которые должны
обеспечить получение изделий заданной геометрической формы
и точности без последующей механической обработки, с
автоматическим сбросом отливки и отрывом литника, Технический
уровень литьевых форм во многом определяет
технико-экономические показатели производства изделий из пластмасс.
Конструкции литьевых форм отличаются большим
разнообразием. Это обусловлено рядом факторов: конструкцией
изделия, свойствами полимерного материала, из которого должно
отливаться изделие, конструкцией выбранной машины,
.характером производства и т. д.
Классификация литьевых форм приведена в табл. 5.3.
Использование многогнездных литьевых форм повышает
производительность труда, но стоимость их по сравнению с од-
ногнездными формами значительно выше. Многогнездные
формы должны иметь'надежную конструкцию с автоматизацией
операций по извлечению изделий и отделению литников.
Формы для изготовления изделий с резьбой имеют различ
ные конструкции. Наружная резьба, как правило, оформляется
в разъемных полуматрицах и не требует никакого привода для
-свинчивания. Для изготовления изделий с внутренней резьбой
применяются формы с ходовым винтом, формы с
пневматическим или электромеханическим приводами свинчивания.
Детали литьевых форм (рис. 5.9) в зависимости от их
назначения можно разделить на формообразующие и конструк
тивные.
Формообразующие детали непосредственно соприкасаются
с расплавом, участвуют в той или иной степени в оформлении
•отливки и являются рабочими деталями. К этой группе отно-
185

Таблица 5.3. Классификация литьевых форм

Классификационный признак
Характерm-тика литьевой
фирмы
Характеристика отливаемых
и.иелий
Число
оформляющих гнезд
Конструктивные
признаки
Литниковая
ма
Одногнездиые
.Мпогогиездпые (два и
более)
Формы для изготовления
простых изделий
Формы для изделий с
поднутрениями
Формы для изделий с
резьбой
Формы с одной плоскостью
разъема
Формы с двумя н более
плоскостями разъема
Формы со стержневыми и
трубчатыми
выталкивателями
Формы с n.inroii съема,
с пневматическим сбросом
изделий
Формы со стержневым
центральным литником
Формы с боковым
ленточным впуском
Формы с боковым
туннельным впуском
Формы с точечными
отрывными литниками
Формы горячеканальные
Изделия сложные или
крупногабаритные, изделнч
простые небольшой серии
Изделия. изготавливаемые
в массовом и
крупносерийном производствах
Изделия простой
конфигурации, не имеющие подп> т-
ренин
Изделия сложной
конфигурации с поднутрениями, (ад
ковыми отверстиями или
выступами, боковой apvaiy-
рой
Изделия с наружной или
внутренней резьбой;
изделия, имеющие несколько
резьбовых отверстий
Изделия простой конфпп
рации
Изделия с поднутрениями
на боковых поверхностях
Плоские изделия; изделия
с отверстиями, расположен
иыми перпендикулярно
плоскости разъема
Крупногабаритные изделии
Крупногабаритные изделия,
изделия, требующие литья
в центр
Плоские изделия
ТОЛЩИНЫ
Изделия
3 мм
Тонкие
изделия,
канчиков
Изделия из полиэтилена,
полипропилена,
полистирола, имеющие топкие стенки
малой
высотой более
крупногабаритные
изделия типа ста-
сятся (см. рис. 5.9): матрицы 1. пуансоны 17, знаки 18, литии
ковая втулка 2, центральная втулка 6, выталкиватели 16.
Так как формообразующие детали взаимодействуют с
расплавом и воспринимают гидравлические и тепловые удары, их
изготавливают из легированной стали, обладающей высокими
физико-механическими показателями.
186

Для уменьшения сопротивления при удалении отливок из
формы и получения изделий высокого качества поверхности
оформляющей полости должны иметь точные размеры и
шероховатость не менее #„ = 0,16 мкм. Для повышения
износостойкости формообразующие детали подвергают термообработке.
Размеры формообразующих деталей должны выбираться
с учетом величины и колебания усадки материала, величин
технологических уклонов и точности размеров изделия. Классы
точности и допуски для изделий из пластмасс, получаемых
литьем под давлением, зависят от колебания расчетной усадки.
Поля допусков деталей из пластмасс приведены в ГОСТ
25349—82. Расчет и проверку исполнительных размеров
гладких оформляющих деталей литьевых форм производят в
соответствии с ГОСТ 15947—70.
Если величина технологического уклона, необходимая для
съема изделия, специально не оговорена в чертеже, то она
назначается для формообразующих деталей в пределах поля
допуска на каждый соответствующий размер изделия.
Минимальная величина уклона для изделий из термопластов
составляет 30'— 1°.
При изготовлении изделий с резьбой оформление резьбы
производится специальными резьбооформляющими деталями:
внутренняя — резьбовым знаком, наружная—кольцом. Расчет
и проверку исполнительных размеров резьбооформляющих де-
Рис. 5.9. Литьевая форма:
/- матрица- 2 —литниковая втулка; .( — неподвижная плита; / направляюща» колон
ка- 5 9 — направляющие втулки; «-центральная втулка: Г опорная плита: Ь — опор
ный biivi- 10- подвижная плита; 11- хшктоиик; VI, 1.1 соединительные планкн вы
талкивающей системы' 14 -опорная колонка. IS - контртолкате.-п,; 16 выталкиватели:
/7—пуансон: /8 — :шак. /9—обойма пуансонов; 20 обойма матриц
187

Рис. 5.10. Схема литникоиой си
стемы:
ч - (плнька: « — pajpej лшьеной i|iop
мы; / — оформляющая полость, J —
впускной канал: .* разволящнм канал:
4 — центральный литник
талей форм следует выполнять в соответствии с ГОСТ 15948-
76.
Конструктивные детали несут на себе формообразующие
детали, осуществляют раскрывание и закрывание формы,
обеспечивают точное взаимное расположение и направление всех
рабочих деталей и крепление формы к машине. К
конструктивным деталям относятся обоймы матриц 20 и обоймы пуансонов
19, опорные плиты 7, неподвижная плита 3, подвижная плита
10, направляющие колонки 4 и втулки 5, опорные колонки
14, хвостовик //, контртолкатель 15 и т. д. Конструктивные
летали должны быть прочными, не должны деформироваться при
передаче усилий на формообразующие детали. Они служат для
обеспечения точного взаимного расположения разъемных
половин формы и всех движущихся мастей, а также для удобного
закрепления формы на машине.
Литниковая система является одним из основных элементов
формы. При помощи литниковой системы осуществляются
соединение цилиндра машины с формой и ее заполнение. Лмтни
ковая система — это совокупность каналов, через которые
расплав полимера попадает в гнездо формы (рис. 5.10).
На рис. 5.11 показаны различные варианты впускных
каналов.
В одногнездных литьевых формах литниковая система ми
жет состоять из одного стержневого литника,
находящегося в литниковой втулке (рис. 5.11. и). Коническое отверстие
I'ik. 5.11. Варианты впускных каналом.
и -центральный стержневой; о — точечным шрынт
а — боковой; г — туннельный
188

этой втулки прямо соединяет сопло литьевой машины с
оформляющей полостью. После затвердевания стержневой литник
удаляется из формы вместе с отливкой, а затем отрезается от
изделия. Недостатком такого литника является необходимость
дополнительной механической обработки отливки в месте
обрезания литника.
Этого можно избежать применяя точечный отрывной
литник (рис. 5.11,6). Этот литник может быть использован
как в одногнездных, так и в многогнездных формах.
Для получения изделий в многогнездных формах
применяется литниковая система с боковым впуском (рис. 5 L1, «)
В этом случае требуется отделение литников от изделий.
При боковой заливке в многогнездных формах наиболее
рационален туннельный впускной качал (рис. 5.11, г)
Литник автоматически отсекается от изделия в момент
раскрытия литьевой формы, так как впускное отверстие выполняется
не в плоскости разъема, а выше нли ниже ее под углом 30—
50° относительно плоскости разъема. Применение туннельных
впусков пригодно практически для всех литьевых марок
термопластов, позволяет просто и надежно автоматизировать отрыв
штника в многогнездных формах непосредственно при разъеме
формы с последующим раздельным сбросом изделий и литника.
Разводящие каналы в многогнездных формах могут
иметь линейное и радиальное расположение (рис. 5.12)
Рис. 5.12. Схемы линейного
(и) и радиального (б)
расположения распределительных
литниковых каналов
189

Рис. 5.13. Предкамерный узел впрыска:
/ сопло; 2—матрица; .? — предкамера
Рис. 5.14. Горячеканальная обогреваемая камера:
/ сопло; 2— предкамера; :i литниковая втулка; 4 - обогреваемая камера; 5 —
нагреватель
Радиальное расположение литников обеспечивает равномерную
и одновременную подачу материала во все гнезда литьевой
формы. Поперечное сечение разводящего канала выполняют
круглой, параболической или трапецеидальной формы.
В последние годы широкое распространение получили
литьевые формы с без литниковыми системами. Без литниковые
системы исключают операцию отрыва литника от изделия,
отпадает необходимость во вторичной переработке литников.
К безлитниковой системе относится предкамерный
узел впрыска (рис. 5.13). Основными элементами предка-
мерного узла являются сопло / и предкамера 3. Предкамера
закрепляется в отверстии дна матрицы 2. Расплав, заполнив
при первом цикле предкамеру, остается в пей. Благодаря
короткому циклу литья расплав, находящийся в середине
предкамеры, не успевает застыть, и очередная операция расплава
беспрепятственно проходит через нее в оформляющую полость
формы.
Г о р я ч е к а н а л ь н ы е безлитниковые методы
залив к и, пригодные как для одногнездных, так и для много-
гнездных литьевых форм, требуют применения обогреваемой
или «пассивной» литниковой камеры.
Конструкция горячеканальной обогреваемой камеры
показана на рис. 5.14. Расплав через литниковую втулку 3,
нагреваемые разводящие каналы в камере 4 и сопло / поступает в
предкамеру 2, которая соединяет отливку через точечный впуск
с литниковой системой. Сопла рекомендуется изготавливать из
бронзы.
Электрическая мощность нагревательного элемента,
устанавливаемого в плите (камере) с разводящими каналами, зависит
от размеров формы и от перерабатываемого материала.
Рекомендуется мощность от 1 до 2 Вт на 1 см3 стальной плиты с
190

разводящими каналами; для небольших форм—от 250 до 400,
я для больших — от 600 до 900 Вт на точечный литник.
В соответствии с размерами формы рассчитывают и сечения
разводящих каналов. Для небольших форм рекомендуется
диаметр каналов от 6 до 10 мм, а для больших форм — от 12 до
15 мм. Форма канала должна быть такой, чтобы сопротивление
течению расплава было минимальным.
«Пассивная» литниковая камера не имеет специального
обогрева, но материал в ней сохраняет вязкотекучее состояние в
промежутках между впрысками за счет большого сечения
разводящих каналов в камере (около 100 мм2). Камера
применяется при коротких циклах литья A5—20 с). Общин объем
камеры, заполняемой материалом, не должен превышать объема
единичного впрыска более чем в 2—3 раза. Камера
выполняется быстросъемной—для извлечения застывшего лигника при
остановке машины с целью переналадки или по другим
причинам.
Охлаждение формы в значительной степени влияет на
производительность литьевой машины От равномерности
охлаждения отдельных участков оформляющих полостей формы зависит
также качество поверхности отливки, величина и колебание
усадки, влияющие на точность изделия и его коробление.
При литье невысоких изделий охлаждающие каналы
выполняются в обоймах матриц и пуансонов. При литье более
высоких изделий наряду с охлаждающими каналами в обоймах
применяют полостные системы охлаждения пуансона и матрицы.
Охлаждение высоких пуансонов производят с помощью
трубки, через которую холодная вода подается к наиболее
нагреваемому участку пуансона; отвод воды осуществляется через
кольцевой зазор, образуемый вокруг трубки (рис. 5.15). В мно~
Вода.
Рис. 5.15. Трубчатая система охлаждения пуансонов
Рис. 5.16. Лабиринтная система охлаждения пуансонов
Вода
19t

югнездных формах охлаждение высоких пуансонов нужно
производить последовательно. Для охлаждения пуансонов и
матриц в литьевых формах для крупногабаритных изделий
применяется лабиринтное охлаждение (рис. 5.16). В полость пуансона
устанавливается вкладыш, в котором выполнен центральный
канал и спиральная проточка по наружному периметру.
Холодная вода подается по центральному каналу в верхнюю
часть полости, где температура расплава при впрыске
наибольшая, а затем по спиральной проточке вода, прижатая к
стенке полости, отводится, отбирая тепло от стенок пуансона.
Такое охлаждение способствует поддержанию постоянной и
равномерной температуры на всей поверхности пуансона.
Гнездность формы. Правильное определение числа гнезд
в форме очень важно, так как от этого зависит рациональное
использование литьевых машин. Из всего имеющегося парка
литьевых машин для изготовления конкретного изделия
следует выбирать такую машину, чтобы объем ее впрыска был
равным или немного больше объема отливаемого изделия. При
^том условии достаточно изготовить одногнездную форму, и
тогда затраты на подготовку производства, а также сроки
подготовки производства оказываются наименьшими.
В общем случае, когда объем изготавливаемого изделия
значительно меньше мощности машины по впрыску, приходится
конструировать многогнездные формы. Тип литьевой формы и
применяемых в ней конструктивных узлов выбирают так, чтобы
можно было обеспечить автоматическую работу литьевой
машины и гарантировать высокое качество изделия.
Число гнезд в форме п предварительно оценивают по
объему впрыска с учетом плотности материала, а затем
определяют, исходя из усилия смыкания по формуле
п = —^-г, E.1)
рАла у '
lie Рем — усилие запирания формы. кН; /ъ--давление литья. к11а; 5и:м —
площадь проекции изделия и литников на плоскость ра<ъема формы, м-:
I — коэффициент, учитывающий снижение давления л форме по сравнению
1- даплением в цилиндре (по экспериментальным данным, А =^0.3 0,5).
и исходя из пластикацпоннон производительности
материального цилиндра выбранной машины по формуле
3(ЗОО/л= т
^ *
где G.,— пластиканнонная производительность (по naciiopiy машины), кг/ч.
in — продолжительность полного цикла литья, с; К — коэффициент, 1анися-
ший от перерабатываемого материала (для полистирола он равен I, для
полиэтилена — 0,8, полиамидов — 0,7, поликарбоната — 0,6,); т — масса из
1С.И1Я, КГ.

! по лица 5.4. Продолжительность цикла
Материал
Полиолефины
Полистирол
Поликарбонат
Полиамиды
ЛИТЬЯ
Продолжительность цикла (с) при объеме впрыска (см*)
2—10
6—1A
5—8
10—15
8-12
к.
12 — 18
10 — 15
18—25
15—20
.и
15—20
12 — 18
20—30
18—25
63 | 125
25—40
20—35
30—50
25-45
3A—50
25—45
40—60
35—55
¦2ьа
50—70
40—60
60—90
60—80
300
70—110
60—90
80—120
70 — 120
1000
90—130
80—120
100—150
90 — 140
Продолжительность полного цикла литья зависит от типа
и мощности машины по объему впрыска от материала и
конструкции изделия (табл. 5.4).
Окончательно число гнезд формы определяется как меньшее
из двух расчетных значений я, полученных по формулам
E.1) и E.2).
5.4. ПЛАСТИКАЦИЯ ТЕРМОПЛАСТОВ В ЦИЛИНДРЕ
ЛИТЬЕВОЙ МАШИНЫ
В материальном цилиндре червячной литьевой машины при
транспортировке материала от бункера к соплу происходит его
интенсивное перемешивание, расплавление, прогревание
(рис. 5.17). Червяк может быть условно разделен на три зоны:
зону загрузки, зону пластикации и зону дозирования.
В зоне загрузки твердые частицы материала
захватываются витками червяка и транспортируются вперед;
коэффициент трения материала о стенки цилиндра должен превышать
коэффициент трения материала о червяк. Условия
транспортировки материала в зоне загрузки зависят от параметров
червяка, температур цилиндра и червяка, формы гранул, а также
свойств полимерного материала. Для пластикации наиболее
предпочтительны материалы, гранулы которых имеют хорошую
сыпучесть и большую насыпную Maccv. Н.;7^; , пшя объемная
производительность достигается "<¦¦ ¦ ';t,: ,i.
цилиндрической и ш?рг ':'¦¦ ¦:¦ и rfw•- .. , , :
л" . чрпал перемешивается в результате
...mt ,:i; , . шодительность зоны загрузки зависит от
параметров червяка — диаметра, глубины канала и угла
подъема винтовой линии. Увеличение диаметра червяка и глубины
канала в зоне загрузки способствует повышению
производительности.
В зоне пластикации по мере продвижения вдоль
цилиндра материал разогревается и размягчается (рис. 5.17, а).
В этой зоне материал плавится и из твердого состояния
переходит в вязкотекучее. Здесь материал поначалу состоит
одновременно из твердых гранул и расплава.
13—81
193

Зона _^ Зона
дозирования пластикации
а
загрузки
Рис. 5.17. Схема изменения состояния материала н материальном цилиндре.
Пояснение и тексте
При движении вдоль червяка в зоне пластикации нераспла-
вившиеся частицы материала смешиваются с расплавившимися
и вовлекаются вместе с ними в винтовое движение. Прежде
всего расплавляется материал вблизи толкающей кромки
винтовой нарезки червяка. Остальная часть канала остается
заполненной гранулированным материалом. В следующих витках
зона расплавленного материала в сечении канала
увеличивается.
На рис. 5.17, б, в представлена схема расположения
материала в первых витках червяка в зоне пластикации. Около
стенки цилиндра (зона /) материал находится в расплавленном
состоянии. Около передней толкающей кромки витка (зона /Л
происходит циркуляционное движение в расплавленном
материале. В зоне /// поверхность гранул оплавляется, гранулы
уплотняются, слипаются, частично расплавляются п
включаются в циркуляционное движение. В зоне IV наряду с
расплавленным материалом в канале червяка находятся твердые
гранулы.
Воздух, поступающий с гранулированным материалом, ухо
дит через зазоры между гранулами и не проникает в расплав.
При переработке порошкообразного материала процесс
удаления воздуха затрудняется.
Размягчение материала сопровождается его уплотнением
в межвитковом пространстве. В конструкции червяка
предусматривается сжатие материала на определенном участке
червяка (в зоне сжатия). Сжатие материала достигается
изменением глубины канала при постоянном шаге пли изменением
шага при постоянной глубине канала.
194

В зоне дозирования материал находится в полностью
расплавленном (вязкотекучем) состоянии (рис. Ъ.\7,г). При
нормальном режиме пластикации твердые гранулы до этой
зоны не доходят. В этой зоне материал стабильно
разогревается и приобретает заданную температуру. В зоне дозирования
движение материала носит сложный характер. Циркуляция
расплава в каналах червяка создает условия для хорошего
перемешивания. Расплав подвергается интенсивным деформациям
сдвига, способствующим выделению тепла. В зависимости от
свойств перерабатываемого материала выбираются червяки
с различными параметрами (глубина канала нарезки и шаг).
В случаях, когда сдвиговые напряжения могут значительно
разогреть материал п вызвать его деструкцию, небольшое
уплотнение создается путем изменения шага червяка (а не глубины
канала, как обычно). Величина деформаций сдвига зависит
также от диаметра и частоты вращения червяка.
Суммарный поток материала в зоне дозирования
складывается из четырех потоков: основного — вызванного вращением
червяка относительно поверхности цилиндра, обратного —
возникающего под действием градиента давления (направленного
вдоль канала червяка по направлению к бункеру),
поперечного— возникающего в нормальном сечении канала червяка и
обеспечивающего смещение материала, а также потока утечек
между гребнями витка червяка и внутренней стенкой цилиндра.
Совокупность процессов, происходящих в каждой зоне,
определяет производительность пластикатора и качество
расплава. Изменением основных параметров процесса и подбором
геометрических характеристик червяка можно регулировать
производительность пластикатора и достигать требуемых
температур материала.
Основными факторами процесса пластикации являются
параметры червяка (длина, диаметр, шаг, глубина капала),
частота вращения червяка, давление пластикации. Эти факторы
определяют производительность пластикационного цилиндра,
температуру материала, точность набора порции.
Пластикационная производительность — это количество пла-
стицированного материала, которое может подготовить инжек-
ционная часть литьевой машины за 1 ч:
<?„., = 3,6 Кр/Гпл. E.3)
где Gn.-i — пластикационная производительность, кг/ч; V — объем отливки, см3;
j>—плотность, г/см3; /„л - время пластикации с.
Время пластикации может быть выражено через
технологическое время цикла, представляющее собой сумму времени
выдержки материала под давлением и времени охлаждения
материала в форме без давления. Продолжительность указанного
технологического времени зависит от теплофизических свойств
13* 195

материала, толщины изделия и режима переработки. Поэтому
производительность машины является величиной переменной.
Для оценки общего влияния совокупности этих факторов,
а также каждого из них в отдельности можно использовать
опыт экструзии термопластов (см. гл. 4). Однако процесс
пластикации пластмасс на литьевых машинах имеет некоторые
особенности, которые следует учитывать.
Как и при экструзии, температура расплава определяется
не только режимом работы внешних источников тепла
(нагревателей цилиндра), но и тепловыделениями от внутреннего
трения, возникающего за счет сдвиговых деформаций материала.
Поэтому температурные режимы в существенных пределах
можно регулировать, изменяя температуру обогревателей и
частоту вращения червяка пластикатора.
В отличие от процесса экструзии процесс пластикации
пластмасс в червячных пластикаторах литьевых машин является
циклическим. Червяки пластикаторов, работающих в
циклическом режиме, отличаются от червяков экструдеров тем, что
общая длина их (и, соответственно, длина каждой из зон)
в среднем на 40—50% меньше. Это возможно за счет того, что
средняя скорость движения материала в канале этих червяков
из-за периодических выстоев меньше, чем при стационарном
режиме. Рабочая длина червяка уменьшается при перемещении
назад для набора порции материала. При этом
производительность червяка падает.
Особенности процессов пластикации, происходящих в
червячных пластикаторах, существенно влияют на требования,
предъявляемые к конструктивным параметрам пластикатора.
Для обеспечения возможности регулирования параметров
процесса пластикации частота вращения червяка должна плавно
регулироваться. Ход червяка не должен превышать 10—15%
его длины. Давление пластикации также должно плавно
регулироваться. Наилучших результатов можно добиться в том
случае, если режим давления пластикации upi: отходе червяк»
регулируется автоматически.
5.S. ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЯ В ЛИТЬЕВОЙ ФОРМЕ
Процесс формования изделия начинается с момента
поступления материала в форму. Термопластичные материалы формуют
в охлаждаемых формах, что вызывает охлаждение и усадку
материала. В результате охлаждения и усадки материала, а
также вследствие притока новых порций материала из инжек-
ционного цилиндра происходит изменение давления в форме
в период формования. В результате затвердевания материала
в литниковом канале форма изолируется от иижекционного
цилиндра. Дальнейшее охлаждение изделия в форме продолжа-
196

Рис. 5.18. Диаграмма р—I для одной
точки формы. Пояснение n текгтг
ется без притока новый
порции материала из цилиндра,
вследствие чего понижение
давления в форме происходит
быстрее. Если сопло отводят
¦от формы до полного
затвердевании литника, то снижение
давления в форме ускоряется
из-за обратного истечении
материала.
После охлаждении и отверждения изделии форму
раскрывают и изделие извлекают.
Температура литьевой формы поддерживаетси при помощи
поды или какого-либо другого теплоносители.
Изменение давления в цикле формовании может быть
наглядно представлено диаграммой давление р — время I
(рис. 5.18). Эта диаграмма иллюстрирует изменение давления
в одной из точек формы. Заполнение формы (участок в) сопро-
иождается повышением давлении (а — время, предшествующее
заполнению), После полного заполнения формы давление в ней
продолжает возрастать (участок с), материал в форме
уплотняется (участок d). Отвод ннжекционного поршни пли червяка
и исходное положение вызывает спад давления в форме
(участок е). Дальнейшее охлаждение материала приводит к
понижению давлении (участок /). Давление к моменту раскрытия
формы становится равным атмосферному или остается
несколько больше его (остаточное давление g).
Характер изменении давления в точках формы,
расположенных на различных расстоиннях от впускного отверстии,
неодинаков. Скорость падении давления тем больше, чем дальше от
впускного отверстия расположена точка. Это объисняется тем,
что в более удаленные точки затруднен приток новых порций
материала, необходимый для компенсации усадки, происходи-
шей из-за охлаждении материала. В результате усадка, вызван-
наи охлаждением материала, не компенсируется.
При заполнении формы {рис. 5.19) фронт материала
перемещается путем последовательного растягивании фронтальной
пленки / и продвижении новых порции вдоль неподвижных
слоен :i уже застывшего материалу, облегающего стенки холодной
формы 2 (рис. 5.19, а). Дальнейшее продвижение фронта
течении в форме (рис 5.19,6 и в) сопровождается нарастанием
давлении в некоторой рассматриваемой точке к. Это увеличение
давления способствует разглаживанию образовавшихся воли
(рис. 0.19. г,д). При медленном течении поверхностные слои

Рис. 5.19. Схема движения материала при заполнении формы. Пояснение в
тексте
могут охладиться, и на изделии остаются следы неразгладив-
шихся волн.
Если литниковое отверстие расположено по ходу течения
материала, то характер заполнения может быть
принципиально отличным от рассмотренного выше. В этом случае при
движении материала с большой скоростью заполнение формы
происходит не сплошным фронтом, а в виде отдельной
непрерывной струи, которая хаотически продвигаясь вперед, заполняет
форму. Отдельные участки струи сплавляются, заполняя
форму. Давление в форме повышается, и материал приобретает
конфигурацию ее внутренней полости.
Основными факторами, влияющими на процесс заполнения
формы, являются свойства и температура материала, режим
прикладываемого давления, геометрия и конструкция формы.
Температура литьевой формы оказывает значительно меньшее
влияние на условия заполнения. В случаях, когда форму
подогревают до высоких температур, условия заполнения
облегчаются, а давление, необходимое для заполнения формы,
понижается.
Для заполнения литьевых форм сложной конфигурации
требуются более высокие скорости литья. При этом необходимо
высокое давление литья и соответственно повышенное усилие
запирания формы.
Давление литья наиболее удобно регулируется
автоматически, для чего устанавливают специальные приспособления в
гидро- и электросистемах машины.
Плотность и масса получаемых на литьевой машине детален
зависят от давления, сохраняющегося в форме к моменту за-

гвердеванин литника. Поэтому свойства отливаемых детален
зависят не только от величины давления, создаваемого на
входе в форму, но н oi времени выдержки под давлением.
Изменение выдержки под давлением приводит к изменению
давления отключения и остаточного давления; последние имеют
существенное влияние на качество изделий. Если выдержку под
давлением увеличить, то давление отключения и остаточное
давление (см. рис. 5.18) будут максимальными; если выдержку
под давлением уменьшить, то давление отключения будет
небольшим, а остаточное давление будет равно атмосферному.
Увеличение остаточного давления способствует повышению
плотности отливки, однако при этом отливку трудно извлечь
из формы, так как при значительных остаточных давлениях
поверхности изделий плотно прилегают к поверхностям формы.
Это затрудняет съем отливки: небольшие шероховатости,
риски, царапины на оформляющих поверхностях при съеме
приводят к повреждению поверхности отливки. Повышение
давления на расплав в материальном цилиндре приводит к
увеличению скорости заполнения формы, к более плотной упаковке
макромолекул; в результате повышается качество отливок из
аморфных полимеров, увеличивается прочность при
растяжении, сжатии и изгибе, ударная вязкость. С увеличением
плотности отливки соответственно уменьшается ее усадка. Путем
изменения давления можно влиять на структуру полимеров.
Так, при повышении давления кристаллизация может
начинаться даже при температурах, превышающих точку плавления
полимера.
Режим охлаждения расплава в форме влияет па структуру
полимера в изделии, на качество изделии, на
производительность литьевой машины и т. п. Если охлаждать
кристаллизующиеся полимеры медленно, то, измеряя температуру полимера,
можно убедиться, что сначала она будет снижаться, затем
наступит момент, когда температура материал;, будет
постоянной, потому что начинает развиваться процесс кристаллизации
п происходит выделение тепла. Поеме окончании
кристаллизации температура снижается до комнатной и материал
полностью охлаждается. Если создать условия для быстрого
охлаждения полимера, при которых не успеет произойти
кристаллизация, материал, затвердев, останется в аморфном состоянии.
При охлаждении аморфных полимеров аморфная структура
сохраняется. Однако изменяется характер надмолекулярных
образовании, т. е. их размеры и строение.
При повышении температуры формы прочность при
растяжении, статическом изгибе, сжатии, а также ударная вязкость
оолыппнетва термопластов возрастают; несколько иначе
изменяются свойства полиэтилена — его ударная вязкость еннжа
отся.

Таблица 5.5. Основные технологические и теп.юфизически
Показатели
Плотность, кг/м^
ПТР, г/10 мин
Усадка. %
Температура плавления, °С
Теплостойкость по Мартеиеу, °С
Коэффициент теплопроводное nt,
Вт/ (м- К)
Коэффициент темпер а туропронод но-
сти, a- I07
Удельная теплоемкое1Ь X10" ,
Дж/(кг-К)
Давление литья. ЛШа
Температура литья. 'С
Температура формы, °С
Полиэтилен
НИЗКОЙ
плотности
920—930
0.2—5,0
1—2
100—130
50—60
0.255—0,324
1.16—1.27
2-2.3
100
150—270
20—60
высокой
плотности
940—960
0 2—15
I 5—3,0
120—140
105—115
0,301
1,8—2,2
2—2.3
90— 120
200—280
40—70
if свойства

Полипропилен
900—920
5—30
1—2,5
160—170
100—150
0.14—0,20
0.8
1.67—1.92
80—140
200—280
40—70
Для обеспечения высокой производительности процесса
температура формы должна быть значительно ниже, чем
температура расплава, т. е. охлаждение расплава и его отверждение
должно происходить быстро. В то же время >та разность
температур не должна быть настолько велика, чтобы увеличились
внутренние напряжения в изделии из-за неравномерности
охлаждения расплава в различных участках изделия. Обычно
этот перепад температур для разных пластмасс составляет
100— !60°С.
Значительное влияние на величину внутренних напряжении
оказывает также конструкция изделия. Так. изделие с разной
'мщпнои стенок неравномерно охлаждается, кто является
причиной возникновения внутренних напряжении. Разные точки
оформляющей поверхности формы должны иметь близкие
температуры. Разность температур не должна превышать 5—6 °С
Значительное превышение разности температур приводит к
неодинаковой скорости охлаждения расплава, а это вызывает
дефекты на поверхности изделия.
В ряде случаев, когда высокие температуры литья
вызывают появление больших внутренних напряжений, рекомендуется
применять подогрев формы. Температуру подогрева формы
устанавливают экспериментально для каждого изделия.
Ориентировочные значения температур форм при охлаждении
различных материалов приведены ниже (в табл. 5.5).
Литьевую форму при работе машины обычно охлаждают
водой или поддерживают заданную температура формы с помо-
200

и режимы переработки термопластов
Полмвнчилхлорид
пластифичн-
рованный
непластифи-
инрованный
Полистирол
Полиаири-
лат


Полиформальдегид
I 1олиамид
1300—1500
10—20
150—160
30—60
0,139
0,9
1.1
50—90
115—200
20—60
1360—1400
10—30
150—160
60—80
0,16
1,0
1,13—2,0
80—150
160—200
40—80
1050—1080
0,2—5,0
0.2—0,8
140—170
65—85
0.093—0,
0,55
1,34
70—120
160—220
40—60
139 0
1180—1200
0,5—3,5
0,4—1,5
160—200
60—90
,139 0,18
0,035
1,5—1,67
80—150
180—250
45—80
1170—1220
1,5—3,0
0,5-0.8
220—280
125—150
0,19
0,046
1,17
100—120
240—320
60—100
1400-1430
1,8-15
1,5—3,5
170—205
100—120
0,313
1,18
1,46
80—120
160—210
60—120
И00—1200
2.5
1—2
170-265
50—60
0,243
1.3
1,67—2, В
80-100
180—280
60—120
щью теплоносителя термостатической установки. Применение
термостатических установок позволяет автоматически регули
ровать температуру формы и количество охлаждающей жид
кости.
5.6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЛИТЬЯ
Основными параметрами процесса литья иод давлением явля
ются температура литья, давление литья, температура формы,
время цикла литья. Кроме этих регулируемых параметров, на
протекание процессов литья оказывает влияние конфигурация
и размеры изделия, конструкция литниковой системы, конструк
ция литьевой машины и свойства материала (вязкость в диапа
зоне температур переработки, термостабильность,
релаксационные свойства п др.). Все эти параметры в совокупности и вза
имосвязи определяют свойства изделий.
Свойства изделия определяются его плотностью, степенью
ориентации макромолекул, уровнем внутренних напряжении,
структурой материала (аморфная или кристаллическая) и т. ч
Качество изделия определяется также состоянием его поверх
нести, изменением размеров во времени и т. д. Свойства и ка
чество детали зависят от характера процессов, развивающихся
в литьевой форме при формовании Количественная сторона
этих процессов изучена недостаточно. Поэтому трудно указать
для каждого конкретного случая оптимальные условия пере
.работки. Однако для правильного подхода к разработке тех-

дологических режимов литья необходимо отчетливо
представлять взаимосвязь параметров формования и их зависимость от
конструкции машины и литьевой формы.
Температура литья определяет текучесть расплава,
плотность, степень ориентации макромолекул полимера при течении
в форме.
Текучесть должна быть достаточной для заполнения гнезд
формы и точного воспроизведения их конфигурации.
Кристаллические полимеры при нагревании переходят в аморфное
состояние, что сопровождается снижением их плотности.
Например, плотность кристаллической фазы полиэтилена — 1000, а
аморфной — 840 кг/.м-'. Следовательно, переход в аморфное
состояние сопровождается увеличением объема материала.
Происходит также термическое расширение полимера. Увеличение
объема полимера при плавлении может достигать 9—10%.
Слишком высокая температура литья может привести к
интенсивной термоокислительной деструкции полимера, а также
к его частичному сшиванию, снижению прочности,
пластичности, изменению цвета и другим нежелательным последствиям.
Материал подается в цилиндр обычно при начальной
температуре Г„ (температуре окружающей среды) или подогретым
в установке над бункером. Выходит из цилиндра
расплавленный материал с температурой Г„. Отношение фактической раз
ности температур к теоретически возможной (если бы матери
ал нагревался до температуры стенки 7\-т) называю) термине
ским коэффициентом полезного действия нагревателя:
Тк - Г„
к, п. д. =^ — — (о.4)
' С7 — 'II
На практике нагреватели материальных цилиндров машин
имеют к. п. д. около 80%.
Фактическая производительность материального цилиндра
определяется по формуле
где 6'„ — мрошпоЛИП'льносгь via н-риа.чьноп) цилиндра, кг/ч; » - масса or
ливки, г; /„ время цикла литья, с.
Полимерные материалы плохо проводят тепло, поэтому для
обеспечения оптимальной производительности материального
цилиндре), разность температур между его стенками и
расплавом должна быть значительной. При этом температура цплин.т.
ра не должна быть близкой к температуре разложения полиме
ра. Толщина же нагреваемого слоя материала должна быть по
возможности небольшой.
В цилиндрах червячных машин условия нагрева лучше, чем
н цилиндрах поршневых машин. Благодаря большой длине mi-
'iYJ

линдра червячной машины можно разделить его на несколько
температурных зон с медленным повышением температур в
направлении к соплу. Тем самым создается более мягкий режим
нагрева по зонам. Кроме того, вращение червяка приводит к
перемешиванию массы и более равномерному распределению
температур.
Чем выше температура, тем меньше вязкость расплава и
тем легче передается давление и заполняется форма. При
значительном повышении температуры возможно разложение
полимера. Снижение температуры расплава приводит к
необходимости увеличения времени пребывания материала в
цилиндре, что может снизить производительность машины.
Для получения изделий высокого качества необходимо
строго соблюдать температурный режим в цилиндре, при этом чем
меньше интервал температур переработки данного материала,
тем точнее следует эти температуры поддерживать.
Температура литьевой формы зависит от температуры литья.
Чем выше температура литья, тем выше должна быть
температура формы. В табл. 5.5 приведены ориентировочные
значения температур переработки основных термопластов. При литье
каждого вида изделия температура литья и температура формы
устанавливаются экспериментально.
Давление литья создается поршнем или червяком узла
пластикации. Под давлением материал, расплавляясь, проходит
через материальный цилиндр, каналы формы и заполняет полость
формы. Максимальное давление в форме создается в конце
хода поршня или червяка вперед и зависит от усилия,
действующего на поршень или червяк, от температуры расплава и от
сопротивления продвижению материала. Сопротивление
обусловливается вязкостью расплава, сужением и расширением ма
териального потока, шероховатостью поверхностей,
ограничивающих поток расплава, и т. д. Поэтому для создания
максимального давления в форме необходимо стремиться к
увеличению усилия, действующего на поршень или червяк, повышению
температуры материала, сокращению длины литниковых
каналов, увеличению их сечения, уменьшению сил трения введением
смазывающих веществ в пластмассу и т. д.
Повышение давления, действующего на расплав в
материальном цилиндре, приводит к увеличению скоростей впрыска и
заполнения формы, что, в свою очередь, способствует росту
сил внутреннего трения при движении материала по каналам,
значительному выделению тепла и ориентации макромолекул.
В табл. 5.5 приведены значения давлений литья для
различных термопластов.
Продолжительность цикла литья определяется, с одной
стороны, технологическими требованиями, т. е. длительностью
заполнения формы, продолжительностью охлаждения отливки
20л

до состояния, позволяющего извлечь ее из формы, а с другом
стороны, машинным временем, необходимым для смыкания фор
мы, для подвода сопла к литниковой втулке и для впрыска, а
также для отвода сопла и размыкания формы. Машинное
время является паспортной характеристикой машины, а
технологическое время (продолжительность выдержки под давлением
п без давления) устанавливается опытным путем.
Продолжительность цикла может быть подсчитана как сум
ма промежутков времени, затрачиваемых на все операции,
составляющие цикл:
'u=fi+f2 + f:l+<4 + fs, E.6)
где 1п - продолжительность никла; Л время смыкании формы. !¦> — время
подвода сопла и пнрыска; t3 — время выдержки под давлением; /, — времи
выдержки пел давлении; /i — время раскрытия формы.
Охлаждение расплава начинается с момента впрыска,
следовательно, время охлаждения /Охл равно
/ох., = /з + /4. E.7)
Относительные значения времени смыкания формы /, и
времени размыкания формы /5 невелики; эти элементы времени
можно учесть в виде коэффициента С, = 1,1-ь1,2. Время
впрыска t2 можно учесть поправочным коэффициентом, так как для
не очень тонкостенных отливок оно не превышает 10—15% от
длительности охлаждения. Таким образом, поправочный
коэффициент Сп будет равен 1,1-^1,15. В этом случае
/ц = С.С2/охл. E.8)
Вели принять температуру формы, охлаждаемой водой, оди
наковон во всем ее объеме н вместо переменной толщины от
ливки исходить из средней ее толщины, то длительность ох
лаждення находится приближенно но формуле
С„ ——"П— In —
п-и \ л Тк - - 7"ф
где /„*., лремя охлаждения, с; б среднее значение толщины отливки, мм ¦
а—коэффициент температуропроводности литьевого материала в рабочем
интервале температур. м-/с: 7\ - температура расплава материала при входе
в форму; Тк - температура отливки в конце периода охлаждения и форме
(принимается па 10—30 °С ниже жаченвй теплостойкости данного литьевой,
материала); 7ф температура литьевой формы
По продолжительности цикла определяют производитель
ность процесса, следовательно, время цикла является важным
технико-экономическим параметром.
?04

5.7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Качество изделии, изготавливаемых методом литья под
давлением, в значительной степени зависит от выбора оптимальных
режимов переработки, точного соблюдения установленного
режима, качества оборудования и оснастки, качества и
подготовки перерабатываемого сырья, последующей обработки
полученных изделий. Технологическая схема производства литьевых
изделии представляет собой систему взаимосвязанных
процессов: подготовительных операций, основного процесса литья,
процессов последующей обработки и упаковки изделий.
В настоящее время наиболее целесообразно применять
технологические схемы производства литьевых ичделий,
осуществляемые в полуавтоматическом и автоматическом режимах
работы оборудования, на автоматических линиях и на
автоматизированных участках.
5.7.1. Общая технологическая схема процесса
Наиболее распространенной является схема в
полуавтоматическом режиме работы оборудования (рис. 5.20).
На перерабатывающее предприятие сырье поступает упако-
канным в мягкие контейнеры '4, размещенные в вагонах /.
Посредством автокрана 2 происходит выгрузка сырья. При
помощи подвесной кран-балки 4 сырье подается на растарочную
установку 5 заводского склада. Пневмотранспортом сырье
перемещается в емкости для хранения сырья 6 и 8.
Из цехового склада сырья гигроскопичные материалы
поступают в сушильное отделение для подсушки в сушилках 9.
Затем сырье пневмотранспортом подается в бункер литьевой
машины 10, откуда он попадает в материальный цилиндр.
Здесь материал нагревается и плавится, после чего впрыскива
стся в литьевую форму, где происходит формование изделий.
Отформованные изделия могут подаваться по конвейеру 11 на
станок 12 для механической обработки, подвергаться
термической обработке в ванне (камере) 13 или без дополнительной
обработки после предварительного осмотра и контроля
поступать на стол упаковки 14.
Литники п забракованные изделия собирают в чистую тару
и направляют на измельчение в дробилках 15, а затем
гранулируют в грануляторах 16. Вторичный материал добавляют к
свежему в тех же количествах, в каких он получается в
технологическом процессе; добавление вторичного материала
допускается для получения менее ответственных детален.
В приведенной технологической схеме можно выделить сле-
п'кмцпе чтлиы: подготовка сырья (прием, хранение, анализ.
20",

Поличеиие
сырья
Хранение
сырья
Растарива-
пае сырья
Заводской
склад
сырья
6 7
Цеховой
склад
сырья

Подготовка сырья
Формование
изделий

Термообработка
Контроль
и
упаковка
5.20. Техпо.нл ическии схема прпншпдс i на литьевым изделий ни термопластов:
ном цшлунатн) .'- ангикрап: .(—мягкий контейнер; V подвесная кран-балка: .•> — растарочиая установка
inu-iHiii. <>. л ¦ с.мкосп! для хранения сырья: 7 пневмотранспорт; 9 — вакуумная сушилка; 10 — литьевая
на. /' конш'йср. /2 —станок механической обработки: /.( — ванна (камера) термообработки: Н — стол
нки ;¦¦ дробилка: 16 — гранулятор для переработки отходов

окрашивание, подсушка); литье изделий; обработка
(механическая, термическая); контроль к упаковка изделии. Рассмотрим
подробнее отдельные этапы.
5.7.2. Подготовка сырья
Сырье следует хранить в сухом помещении без резких
колебании температуры. 1:го нужно укладывать партиями, к каждой
партии должен быть легкий доступ. В целях облегчения погру-
зочно-разгрузочных работ необходимо применять
автомобильные н железнодорожные цистерны, а также мягкие и жесткие
контейнеры.
Перед подачей в производство сырье надлежит проверить
на соответствие его требованиям технических условии.
Сырье, поступающее на переработку в изделия, как
правило, не нуждается в дополнительной подготовке, но в
отдельных случаях перед переработкой его необходимо окрашивать
и подсушивать.
Наиболее простой способ окрашивания полимера — опудри-
панпе. Полимер и краситель в соответствии с рецептурой
загружают н смеситель и перемешивают. Перемешанную композицию
направляют на переработку. Окрашивание можно также
проводить смешением сырья с концентратами красителей В утом
случае н смесителях получают концентрат (смесь полимера
с большим количеством красителя), затем необходимую дозу
концентрата вводит в бункер литьевой машины. В обоих
случаях окрашивания лучшее качество изделий получается при
литье изделии на червячных литьевых машинах.
Подсушка пластмасс перед литьем производится с целью
уменьшения их влажности, а также дли увеличения
производительности оборудования и повышения качества литьевых
изделий. Пластмассы подсушивают обычно при uet-ысоких
температурах G0—90°С) в течение нескольких часов; при таких
условиях подсушивают, например, полиамиды, сополимеры стирола.
Реже применяют высокие температуры подсушки A20—
!40°С) —например, для поликарбоната. Для литьевых машин
с объемом впрыска 250 см' и белее возможна подсушка сырья
непосредственно у машины за счет установки дополнительного
бункера с вентилятором, электрическим нагревателем,
распределителем воздуха п системы контроля и управления. Для
машин с меньшим объемом впрыска рекомендуется
централизованный способ подготовки сырья.
Материалы типа поликарбоната. полиуретана, полиамида,
полиформальдегида, нолпакрнлата перед переработкой
необходимо подвергать вакуумной сушке. Для чтоп пели
рекомендуется использовать вакуум-гребковые сушилки с реверсивным ро-
iopo\i (тип СВГРк технические характеристики которых прние-

Таблица 5.6. Параметры сушки некоторых термопластов
Термопласт
Сополимер АБС
Полиамид 12
Полиуретан
Поликарбонат
Полиформальдегид
Полиакрнлат
Условия
предварительной
сушки
|емперату-
1>а, °С
70—85
8A
80
JJO—J20
85
UK»—120

продолжительность, ч
2^1*
4—6*
0.5**
8—J6**
4**
4—5**
Допустимая
влажность
материала,
0.1
Н. 15
—
0.015
0,2
0.1-0,2
" Воздушная сушка или специальны" бункер машины.
*• Вакуумная сушка.
дены ниже (остаточное давление н корпусе для всех трех
сушилок составляет 5,33 кПа):
Емкость аппарата,
ОИГР0.2
0.2
1.7
СВГР-1.2
J.2
7,5
СВГР-1,.1
1.5
4.й, 5.7/7.5
Мощность мектро-
диигателя
привода мешалки, кВт
Габаритные ра.чме- 2400 1267 8(iO 2<>70 1310 2970 4060 1410 .3120
ры. мм
Режимы предварительной сушки и значения допустимо!1!
илажности для различных материалов приведены в табл. 5.6.
S.7.3. Литье под давлением различных термопластов
Правильно выбранный и хорошо отработанный
технологический режим, применение прогрессивного оборудования —
основные условия получения качественных изделии и достижения
высокой производительности труда.
При отработке технологических режимов опытным путем
устанавливают зависимость между различными факторами,
определяющими процесс литья, например текучестью материала,
температурой литья, давлением литья, длительностью цикла и
многими факторами, от которых зависит производительность
процесса и качество изделии Как правило, испытание проводят
па трех и более партиях сырья с различном текучесть/о.
Рекомендуется начинать отработку режимов с определении
интервала температур расплава и интернала давления литья.
При нижних пределах утих параметров па отливке будут
появляться недоливы, a fipn верхних пределах — переливы или при
208

знаки перегрева массы, т. е. пузыри, потемнения. В пределах
полученных интервалов температур и давлений устанавливают
оптимальный режим температур, давлении и длительности
циклов. На основе опытных данных на каждое изделие
составляется технологическая карта.
При работе на литьевой машине необходимо строго
соблюдать установленный режим, варьировать значения параметров
процесса допускается только в установленных пределах в
соответствии с технологической картой. Работу машины следует
поддерживать в определенном ритме. Всякое изменение ритма
вызывает нарушение режима, поэтому при регулировании
работы машины нельзя быстро менять параметры процесса, а
изменив тот пли иной параметр, необходимо дать машине
возможность войти в ритм. Лишь после этого можно приступить
к изменению следующего параметра. Автоматический режим
работы литьевой машины позволяет стабильно выдерживать
установленные параметры литья.
При литье под давлением различных термопластов
необходимо учитывать их особенности. Ниже приведены сведения о
специфике литья под давлением некоторых термопластов. На
рис. 5.21 показаны диаграммы изменения температуры по дли
не литьевого цилиндра и температурные области переработки
этих термопластов.
Полиэтилен. Полиэтилен легко перерабатывается литьем
под давлением. Структура полимера в изделиях зависит от ре
жима переработки. Температура переработки полиэтилена низ
коп плотности (ПЭНП) колеблется в пределах 150—270 СГ
(рис. 5.21,6). Температура переработки полиэтилена высокой
плотности (ПЭВП) выше, она составляет 200—280°С и даже
до 300°С (рис. 5.21.0).
Для ПЭНП температура формы составляет 20—60 СС (до
90 °С), для ПЭВП — 40—70 °С (до 100 3С).
При охлаждении полиэтилена в форме происходит его
кристаллизация, степень кристалличности влияет на твердость,
прочность изделий и характер их деформации.
Для уменьшения внутренних напряжении в изделиях из
полиэтилена не рекомендуется охлаждать их на воздухе,
изделия погружают в горячую воду при температуре 70—80 °С (не
выше 100°С) п выдерживают в течение 2 ч.
При конструировании форм для получения изделии из
ПЭВП необходимо уделять особое внимание системе
охлаждения. Неравномерное охлаждение вызывает деформацию
отдельных участков изделия, особенно вблизи литниковых
каналов. Места входа воды в форму следует располагать рядом с
литниковыми каналами, а места вывода — как можно дальше
от них. Система охлаждения форм больших размеров должна
обеспечивать зональное регулирование температуры. Централь-
14—81 20"

I/O
Z40
ZOO
160
1Z0
BO
40
V//
'¦77/
¦'/¦'/
oil
'//////
к
i:
''/777?,
¦MA
///.'у ^
i;
\ ;
t0
y////
Г
I
zeo
Z40
zoo
IFO
1Z0
flO
hO
,-
777
777
m
7777\
'/'///л
7////,
{/; ¦' '.
7/.v7
4 \ '//,
jf
I'.;-; \
¦ ¦y /,
\<7.-,,
//>•,'-.'
7-7
П
^——1
:,, \ 1
I
rtt
\
A
zoo
160
no
60
40
77/\
¦nil
?////
ii
. 1
'-'///л
: ij
v
Рис. 5.21. Диаграмма изменения температуры по а.чпне литьевого цилиндра
и температурная область переработки некоторых термопластов:
о полистирола; и полиэтилена низкой плотности; е- иилиутилеh;i нькоксщ плотности
г ¦¦¦ полипропилена, it поликарбоната: е поли акрила гон и иолн мет гжрм/ы го в; ж ни
лиформальдегида; < пластифицирован ного поли ни ннл\ лори ia ; и т-члаечнфшиинжаи-
ного иоливннилхлорида: к ~- полиамид*»

ШШ
ISO
по
во
40
?1
7/fs
-TTf
W/,
У///Л
''////А
i
Г"
¦ V
i
ч
1
у)
V7//7,
У////,
IU-0
100
160
по
во
40
'///
{///
ri
/////,
/////
*////<
/М-^Л
////А
{////
'//А
N
!;
/У/Л
У///
тум
Г"
V
л
\
I
1
ные литниковые каналы большого диаметра необходимо
охватить специальным кольцевым охлаждающим каналом. Форма
должна заполняться быстро, поэтому необходимо
предусмотреть короткие литники и разводящие литниковые каналы
большого сечения; форма сечения разводящих литниковых
каналов— круглая или трапецеидальная. Точечные литники
рекомендуется выбирать диаметром 1 —1,5 мм при длине не более
2 мм.
Чтобы обеспечить быстрое заполнение полости формы,
необходимо создать хорошие условия для выхода из нее воздуха.
Для уменьшения деформации изделий, которая может
возникнуть из-за различной усадки в направление: течения и в
направлении, перпендикулярном течению, при литье больших и
плоских изделий целесообразно снабжать форму
многочисленными разводящими каналами или несколькими точечными
литниками.
Усадка полиэтилена составляет 1—3% (до 5%) и зависит
от типа полимера, режима формования и других факторов.
ПЭНП отличается высокой текучестью расплава и высокой
эластичностью. ПЭВП по сравнению с ПЭНП обладает
меньшей текучестью расплава, но большей прочностью, жесткостью
и повышенной теплостойкостью. Из него можно получать
тонкостенные изделия высокой жесткости.
Полипропилен. Полипропилен (ПП) — это полимер с
высокой степенью кристалличности (до 60%). Температура литья
14'
211

полипропилена 200—280 С, а для некоторых марок—до
300сС (рис. 5.21, г). Давление литья составляет 80—140 МПа
Характерной особенностью ПП является то, что его
вязкость в большей степени зависит от градиента скорости, чем
от температуры. Поэтому при заполнении формы ПП
чувствителен к изменению давления. С повышением давления
увеличивается текучесть расплава, что улучшает условия течения
материала в форме. При формовании тонкостенных изделий и
изделий сложной конфигурации целесообразней повышать
давление, а не температуру, вследствие чего не возникает не
обходимостп в увеличении продолжительности охлаждения н.ч-
делия в форме.
ПИ склонен к образованию пустот и вмятин в изделии, по
этому материал в форме следует выдерживать при высоком
давлении и тщательно подбирать время впрыска.
Температуру формы поддерживают в интервале 40—70°С
(до 90—100 °С) в зависимости от вида изделия, режима
переработки и т. д. Более высокую температуру формы рекоменд\ ¦
ется использовать для тонкостенных отливок, чтобы свести к
минимуму последующую деформацию Изделия из ПП
характеризуются стабильностью размеров и имеют блестншлю
поверхность в пределах всего интервала температур nepep;i
боткг
ПП быстро охлаждается в форме, что обеспечивает
высокую скорость формования (уменьшается аре.мя выдержки при
охлаждении). Литьевые формы для получения изделий из IIII
должны иметь тщательно продуманную и надежную систем>
охлаждения. Усадка ПП составляет I—2,5% в зависимости <п
конфигурации изделия и условии литья. Усадка отливок из Г111
возрастает с увеличением толщины стенки изделия. После нч-
влечения изделия из формы оно претерпевает вторичную yca.i
ку; 90% вторичной усадки происходит за первые 6 ч носче
того, как нзделне извлечено из формы. При понижении темпера
туры материала и формы, повышении давления литья.
увеличении времени впрыска и времени выдержки материал;!
под давлением вторичная усадка уменьшается.
Степень кристалличности ПП зависит от скорости охлажде
ния, а степень ориентации материала в изделии—от нанравле
ния и условий течения. Для литья ПП рекомендуются литники
круглого сечення, по возможности короткие и прямые.
Поливинилхлорид. Пластифицированный поливинилхлорид
(ПВХ) и различные виниловые сополимеры перерабатываются
без особых затруднений. Эти материалы имеют широкий темпе
ратурный интервал переработки: 150—200 °С (рис. 5.21, з). При
перегреве материала выделяются различные газообразные про
дукты, в том числе и хлороводорода, поэтому следует
тщательно следить за температурой материала.
¦212

Текучесть пластифицированного ПВХ и его сополимеров
изменяется в широких пределах. Давление литья применяют
сравнительно невысокое - 50—90 МПа. Температуру формы
поддерживают равной 20—НО - С Усадка материала составляет
1—5% п повышается с увеличением содержания
пластификатора.
Переработка непластпфпцпрованного ноливннплхлорнда за-
!р\ диена из-за низких теплостойкости п теплопроводности, а
также из-за узкого интернала температур плавления и разло-
/кенпи полимера. Темиератх pa ,1итья различных марок
полимера составляет 160 — 200 "С (рис. 5 21.//).
При нагревании пеплаеттрпипрованнып ПВХ переходит
и высокоэ.тастпческое состояние, а при дальнейшем нагрева-
ниц -- в нязкотекучее coi. таяние Визкотекучее состояние у ПВХ
очень нестабильно; после расплав.тения начинается разложение
полимера с выделением ч.юроводорода. Этот процесс является
автокаталитическим.
При литье иод давлением необходимо обеспечить быструю
пластикацию материала, подач\ его в форму и охлаждение
изделия. При длительном охлаждении изделия в форме время
пребывания материала в цилиндре также увеличивается.
На качество изделий влияет структурная однородность
расплава п однородность распределения температур, Однородность
расплава зависит от геометрии червяка н параметров
пластикации: частоты вращения червяка (обычно она не превышает
-Ю—50 обмин) п давления
Точное регулирование температуры расплава, а
следовательно, и его вязкости, позволяв достичь высоких температур, не
подвергая материал деструкции.
Давление литья при переработке непластпфнцнрованного
ИВХ составляет 80—150 .МПа.
Скорость впрыска должна, быть максимальной, что особенно
необходимо при литье тонкостенных изделий. В литьевой ма-
пшие. на которой перерабатывается неиластпфнцпрованный
ПВХ. необходимо обеспечить регулирование скорости впрыска.
Температура формы выбирается в пределах 40—80 °С, При
переработке неиластпфпцированного ПВХ не рекомендуется
применять формы с обогреваемыми каналами. Система
охлаждения должна обеспечивать равномерное охлаждение формы
Осадка непластпфпцприваппого ПВХ составляет 0,4—1%.
При переработке непластпфнцнрованного ПВХ не следует
применять точечные литники, так как при прохождении череч
них материала может произойти местный перегрев отдельных
участков изделия. Целесообразно применять кольцевые и ii.ie-
чочпые литники, конструкции которых обеспечивают достаточ
но быстрое охлаждение материала. К тому же использование

этих литников обусловливает более равномерное заполнение
формы, и изделия получаются с хорошей поверхностью.
Полистирол. Полистирол (блочный, эмульсионный,
ударопрочный и др.) имеет широкий диапазон температур
переработки— от 150 до — 250 °С (рис. 5.21, а). В интервале рабочих
температур полистирол (ПС) характеризуется высокой
текучестью, хорошими литьевыми свойствами. ПС хорошо
перерабатывается на машинах любого типа. Полимер
негигроскопичен, поэтому не требуется подсушивание его перед
переработкой.
Предварительный подогрев материала в бункере до 50—
70°С улучшает условия работы машины, повышает ее
производительность. Давление литья колеблется в пределах 70—
120 МПа. Выбор давления литья зависит от конструкции
формы, конфигурации изделия, различных технологических
факторов.
Температура литьевой формы может поддерживаться в
пределах 20—60°С. Для уменьшения внутренних напряжений
изделия из полистирола можно подвергать термообработке,
погружая их в водяную ванну с температурой 65—85°С на I—Зч.
В результате улучшаются их эксплуатационные свойства.
При проектировании литьевых форм для переработки ПС
пользуются обшими правилами, применяемыми при
конструировании форм, прел означенных для литья термопластов.
Изделия из ПС легко выталкиваются из формы. Однако при
переработке иемодифнцнрованного ПС, который отличается
сравнительно высокой хрупкостью, необходимо обеспечивать
равномерное распределение усилия выталкивания, особенно в
тех местах, где имеются ребра.
Усадка изделии из ПС составляет 0,2—0,5%. Величина
усадки зависит от направления течения материала, марки
материала, температуры, давления и т. д.
Следует обращать особое внимание на расположение
литника и лптнкковых каналов.
Ударопрочный ПС (смесь сополимеров стирола с акрило-
нитрилом и бутадиенового каучука) перерабатывается при
температуре 180—210°С, давлении литья 60—100 МПа и
температуре формы 50—5Г)°С.
Полиакрилаты и полиметакрилаты. Полиакрплаты и
полиметакрилаты тру '.iin перерабатывать, так как температуры
плавления и разложения этих полимеров близки, а вязкость
расплава высокая. Температура литья различных марок
составляет от 180 до 250 СС (рис. 5.21, с). При превышении этой
температуры происходит термодеструкция материала. Из-за
чувствительности этих полимеров к изменению температуры
необходим строгий температурный контроль в пнжекцпонном
цилиндре.
211

Полиакрила1Ы и полиметакрплаты перед переработкои
необходимо подсушивать при температуре 65—90°С в течение
'2 —'Л ч. Слои материала в сушилке не должен превышать
50 мм. Бункер машины рекомендуется снабжать устройством
1.;я предварительной подсушки. ,\\атерпал следует хранить в
герметичной таре и предохранять от загрязнения, так как он
обладает 'электростатическими свойствами, в результате чего
на нем осаждается пыль.
Давление литья при переработке полпакрилатов и поли.мет-
акрплатов составляет 80—150 МПа. Если к качеству изделия
предъявляются высокие требования (линзы, призмы и другие
катали дли оптических приборов), то поверхности литьевой
формы должны быть обработаны дополнительно. При
переработке полпакрилатов и полпметакрплатов не допускается
колебание температуры, давления литья, а также температуры
формы.
Температура формы составляет 45—65СС (до 70—80°С).
При увеличении вязкости расплава температуру формы следует
повышать. При впрыске расплава в холодную форму в массе
материала образуются п\зырп из-за быстрого охлаждения.
При впрыске расплава в чрезмерно нагретую форму
поверхность изделия iio.i} чается недостаточно гладкой.
При разработке литьевых форм необходимо учитывать
высокую вязкость материала. Чисто переходов но внутренней
полости формы должно быть минимальным. Из-.:а низкой текуче-
сгп полимера необходимо увеличивать толщину сменки
изделия. Центральные и разводящие литниковые каналы должны
иметь большой диаметр и ма.т\ю длину. Рекомендуются
каналы круглого сечения. Литники следует располагать в
утолщенных участках формы во избежание закупорки каналов.
Диаметры литниковых каналов выбирают в пределах 5—7 мм при
объеме отливки 32—63 см3 и 8—10 мм при объеме отливки
1K—125 см!. Большие круглые или прямоугольные лнтннкн
применяют для толстостенных изделии, пленочные—для
тонкостенных. Широко применяют точечные литники с диаметром не
менее 1,5 мм. Пленочные литники позволяют отливать
оптические линзы, к качеству поверхности которых предъявляются
ныижпе требования. N садка по.тпакрп.чатов п полпметакрила-
1он не превышает 1,5''(,.
Полиформальдегид. Температура перераб< тки различных
марок полиформальдегида составляет ItiO— -2ЮХ (рис. 5.21.ж).
Полиформальдегид очень чувствителен к действию температу
ры, так как свойства материала при повышенных температурах
изменяются. Верхний температурный предел переработки
ограничивается температурой, при которой происходит 1ер\юдест-
р\ кцпи, а нижний —температурой, при котор< и материал стл-
ноннтся текучим.

При переработке полиформальдегида следует учитывать его
низкую термостабильность. Длительная выдержка материала
при повышенной температуре приводит к изменению его
окраски, а затем и к выделению паров формальдегида. Сильный
перегрев расплава полиформальдегида влечет за собой его
обесцвечивание. При нарушении температурного режима литья,
вызывающего перегрев и разложение материала, расплав
следует быстро охладить или удалить из цилиндра. Необходимо
строго соблюдать температурный режим и избегать появления
застойных зон в материальном цилиндре литьевой машины.
При переработке полиформальдегида предварительная
подсушка рекомендуется только при использовании отходов.
Перед началом переработки полиформальдегида
температура загрузочной зоны цилиндра не должна превышать 150—
155°С (охлаждение загрузочного отверстия небольшое). В
передней части цилиндра и в сопле устанавливают температуру
165—175°С. При этой температуре материал (если им заполнен
цилиндр) выдерживают в течение 30 мин. Затем температуру
цилиндра в первой зоне п температуру сопла повышают до
температуры переработки, после чего включают обогрев второй
и третьей зон. Материал вторично выдерживают в течение
15 мин. Затем червяк начинает вращаться с небольшой
частотой (примерно 4 об/мин). Открывают загрузочное отверстие
цилиндра, и материал из бункера поступает в цилиндр. Далее
отверстие плотно закрывают, чтобы предотвратить насыщение
материала влагой.
При появлении из сопла первой порции материала частоту
вращения червяка повышают до необходимого значения F0—
80 об/мин). Первая порция расплава, выходящая из сопла,
может быть бесцветной и разложившейся, при этом появляется
сильный запах.
Прежде чем загрузить полиформальдегид в цилиндр
литьевой машины, в которой ранее перерабатывался другом
полимер, необходимо тщательно очистить цилиндр с помощью
полиэтилена с низким значением ПТР. Перед остановкой машина,
перерабатывающая полиформальдегид, должна поработать
вхолостую (без материала), затем выключают обогрев и
выдавливают материал до тех пор. пока он не выйдет m цплиндр-ч
окончательно.
Полиформальдегиду не свойственно комкование, налипание
на стенку загрузочного отверстия. Расплав
полиформальдегида обладает низкой текучестью, поэтому давление литья
должно быть высоким (80—120 МПа). Скорость впрыска при
заполнении формы должна быть максимальной.
При прохождении через сопло материал может
дополнительно разогреваться за счет тепла трения, поэтому сопли
должно быть открытого тина, чтобы материя,! свободно проте-
¦>\н

кал через него без сжатия. Для того чтобы материал не
скапливался в мертвых зонах цилиндра и сопла и не разлагался
там, внутренние полости цилиндра и сопла, а также наконечник
червяка должны быть обтекаемой формы, без резких углов.
Место соединения сопла с цилиндром должно быть тщательно
уплотнено. Для уменьшения времени пребывания
расплавленного материала при повышенной температуре необходимо
пластикацию материала заканчивать непосредственно перед
впрыском его в форму. Для этого на машине устанавливают
дополнительное реле времени, определяющее момент начала
пластикации.
Температура формы составляет 60—120°С. Усадка
полиформальдегида при охлаждении достигает 1,5—3,5% и зависит
от режима литья, конфигурации изделия, конструкции формы
и литника и т. д. Диаметр литника для полиформальдегида
должен быть не менее 2—3 мм и не должен превышать У2
толщины стенки изделия. Литниковые и разводящие каналы
должны иметь круглое сечение и небольшую длину. Входной
канал лучше подводить к поверхности детали. Если
литниковые каналы имеют недостаточное сечение, то на поверхности
изделий отчетливо видны линии потока материала.
Для удаления паров кислот, выделяющихся при перегреве
материала, в форме следует предусмотреть вентиляционные
каналы.
Поликарбонат. Для поликарбоната (ПК) характерна
высокая вязкость расплава, материал отличается эластичностью в
широком интервале температур и термической стабильностью
в области температур переработки.
Температура литья составляет 240—320°С (рис. 5.21,d).
Вязкость в основном зависит от температуры. При
изготовлении изделий из ПК температура литья оказывает большое
влияние на их свойства. При изготовлении из поликарбоната
изделий технического назначения нужно проводить процесс литья
при возможно более низкой температуре расплава и
повышенной температуре формы (выше 100 °С).
ПК благодаря своей относительно высокой вязкости легко
вытесняет из цилиндра другие материалы (при переходе с
переработки других полимеров на переработку ПК). Исключение
составляют ПВХ и другие нетермостабильные материалы,
которые нельзя подвергать воздействию высоких температур, тан
как может произойти термодеструкция. В этом случае для
очистки цилиндра применяют полиэтилен, который используют
также для очистки цилиндра от поликарбоната. При
прерывании процесса литья не рекомендуется выключать обогрев
цилиндра, необходимо поддерживать температуру 150°С. После
окончания работы цилиндр следует тщательно очистить от ПК,
217

обладающего высокой адгезией к металлу, во избежание рн.
рушения цилиндра.
Поликарбонат — гигроскопичный материал. Поглощение им
влаги в обычных условиях составляет 0,15% (масс).
Перед загрузкой гранулированного ПК в бункер литьевой
Машины материал предварительно подсушивают при темпера
туре 70—75°С в течение 4—6 ч (если материал был
предварительно упакован) или при температуре 120—130ЭС в течение
12—20 ч (если материал был увлажнен). В воздушных или
вакуумных сушилках время сушки сокращается до 3—5 ч. Со
держание влаги в ПК не должно превышать 0,05%.
В бункер литьевой машины рекомендуется загружать подо
гретый материал, чтобы на воздухе он не успевал увлажниться.
ПК должен находиться в бункере не более 30 мин.
Целесообразно производить предварительную подсушку материала
непосредственно в бункере машины.
Из-за повышенной вязкости расплава ПК необходимо при
менять высокие давления литья — в пределах 80—120 МПа.
Скорость впрыска должна быть максимальной. При
изготовлении деталей сложной конфигурации скорость впрыска
следует регулировать: вначале заполнять форму при небольшой
скорости, а затем увеличивать ее до максимального значения.
Температура формы при переработке ПК составляет 90—
100 °С (до 120°С). Рекомендуется регулировать отдельно
температуру каждой половины формы. С повышением
температуры формы возрастает прочность изделий (на 5—8%), но
снижается их относительное удлинение при разрыве (до 40%).
Усадка поликарбоната составляет 0,5—0,8% (до 1%).
Усадку изделий из ПК можно уменьшить, правильно выбирая ре
жим литья (давление впрыска и формования, время выдержки
материала в форме под давлением). Вторичная усадка для
ПК незначительна и при комнатной температуре составляет
0,05%- При литье поликарбоната специальной смазки формы
не требуется, так как изделия легко извлекаются из нее.
Полиамид. Полиамиды (ПА) — кристаллические полимеры
Температура плавления различных марок ПА составляет
180—280°С. Температура материального цилиндра должна
приблизительно на 20°С превышать температуру плавления по
лимера (рис. 5.21, к). При переходе из твердого состояния н
расплавленное объем материала увеличивается примерно на
15%.
Время пребывания материала в цилиндре должно быть
ограничено, так как при перегреве материал окисляется и
происходит его разложение.
Сопло материального цилиндра должно иметь самостоятель
ный регулируемый обогрев. Если переработка идет нормально,
расплав вытекает из сопла в виде струи густой жидкости бе.»
2 is

пузырьков. Появление пузырьков означает, что температура
расплава стала слишком высокой или содержание влаги в
сырье превышает допустимое.
Трудности переработки ПА связаны с их повышенной
гигроскопичностью. При относительной влажности воздуха 65%
влажность ПА достигает 3%, повышенная влажность
материала может вызвать изменение линейных размеров изделий на
0,2% и более, ухудшение диэлектрических и прочностных
свойств и т. д.
Перед загрузкой в бункер литьевой машины ПА необходимо
предварительно подсушить. Обычно ПА подсушивают в
течение 4—5 ч при температуре 70—80 °С. ПА можно сушить в
сушилках с принудительной циркуляцией воздуха. Наилучшие
результаты дает сушка в вакуумных сушилках при температуре
85—90°С под давлением 0,02—0,03 МПа в течение 3 ч.
Толщина слоя материала ие должна превышать 25 мм.
Подсушенный материал не следует оставлять на воздухе более чем 2—
2,5 ч. Высушенный материал упаковывают в герметичную тару.
Влажность загружаемого в бункер ПА ие должна
превышать 0,15—0,25%. Из-за высокой гигроскопичности ПА
желателен предварительный подогрев материала непосредственно в
бункере литьевой машины. Благодаря высокой текучести ПА
хорошо заполняют форму и не требуют высоких давлений
литья. Давление литья составляет 80—100 МПа. Благодаря
низкой вязкости полиамид способен течь с высокой скоростью.
Скорость впрыска материала в форму должна быть большой
во избежание преждевременного остывания полимера.
Температуру формы поддерживают в пределах 60—120°С
и строго регулируют, чтобы предотвратить преждевременный
переход материала в твердое состояние в литниковых каналах.
Необходимо обеспечить равномерный и постоянный нагрев
формы. При большой скорости литья температура формы
может быть несколько понижена, что позволяет сократить время
охлаждения материала в форме. Скорость охлаждения изделия
в форме влияет на степень кристалличности материала в
изделиях.
Охлаждающие каналы в форме располагают таким
образом, чтобы температура в полости формы была несколько
ниже, чем в литиике. Это предотвращает застывание полимера
в разводящих литниках.
Полиамид имеет высокое сопротивление истиранию. При
литье в горячую форму поверхность изделий приобретает
большую твердость и лучшее сопротивление истиранию, чем при
литье в холодную форму. Твердость изделия может быть
увеличена последующим прогреванием его при 150—200°С в
нейтральной жидкости (например, в минеральном масле).
219

Усадка ПА может достигать 2% в зависимости от
конфигурации изделия, режимов литья и т. д.
При литье ПА особое внимание следует уделять конструк
ция.м сопел, литников и литьевой формы. При низкой вязкости
расплава материал вытекает из сопла между циклами.
Поэтому для ПА применяют специальные конструкции запирающихся
сопел. Обычно применяют игольчатые сопла с наружной пр\ -
жипоп. Литники рекомендуются круглой или трапецеидальной
формы с углом наклона до 10° Внутреннюю поверхность
литников полируют. При литье полиамидов помимо обычных
конических литников применяют точечные лнтннки диаметром и
длшкш 0.5—0.75 мм.
Наполненные термопласты. Особенностью переработки
наполненных термопластов литьем под давлением является то.
что расплав с наполнителем имеет повышенную вязкость,
поэтому необходимо перерабатывать наполненные термопласты
при повышенных (на 10—30°С) температурах н повышенных
(на 15—30%) давлениях литья.
Для уменьшения времени пребывания материала при по
вышенных температурах (во избежание перегрева материала)
следует тщательно следить за временем цикла. В некоторых
¦случаях, например при переработке наполненных полиамидов,
полиформальдегидов, рекомендуется устанавливать на машине
дополнительное реле времени, определяющее время начала
пластикации. Это время подбирают таким образом, чтобы
подготовка материала к впрыску заканчивалась непосредственно
перед началом следующего цикла.
При переработке наполненных термопластичных
материалов используют тот же вид литьевого оборудования, что и при
переработке ненаполненных полимеров. Наилучшие результаты
достигаются при использовании литьевых машин с червячной
пластикацией. Однако из-за повышенной вязкости расплава
требуется повышение мощности привода при пластикации и
впрыске.
При пластикации термопластов, наполненных
стекловолокном, применяют небольшую частоту вращения червяка A5—
30 об/мин) и малое давление пластикации (в н оторых
случаях давление пластикации можно снижать до нуль).
При увеличении скорости движения материала и
противодавления возрастают тепловыделения л а счет трения, что
может вызвать перегрев материала в цилиндре.
При литье напо.1 ненных полимеров температура формы ни
15—25СС выше температуры формы при литье ненаполненных
материалов.
Распределение стеклонаполнптеля в полимере влияет на
качество изделия и его поверхности. При уменьшении длины
волокон их расположенно в отливках более беспорядочно. Стек-
220

ловолокно распределяется неравномерно не только по длине
детали, но и по сечению. В наполненных изделиях на границе
полимера со стекловолокном образуется напряженный слой, и
возникают внутренние напряжения. Эти напряжения
увеличиваются с ростом ориентации наполнителя при течении.
Правильно выбранная система охлаждения формы,
обеспечивающая равномерное распределение температуры по поверхности
формы, позволяет уменьшить ориентацию материала и снизить
напряжения в изделиях.
Направление ориентации волокон не всегда совпадает с
направлением течения материала. Степень ориентации зависит от
температуры расплава, толщины и конфигурации изделия, кон
струкцни и месторасположения литника, температуры формы и
скорости охлаждения детали.
Наполненные полимеры обладают большой анизотропией
физико-механических свойств (существенное различие свойств
в направлении течения и в поперечном направлении). Анпзо
тропия свойств вызывает повышенное коробление армирован
ных материалов, которое увеличивается с уменьшением толщи
ны детали.
При литье наполненных полимеров необходимо уменьшать
сопротивление сопел и литниковых каналов, увеличивая разме
ры их сеченнй и сокращая длину. Конические литники должны
иметь большую конусность. Литниковые каналы следует тща
тельно полировать. Кроме обычных конических литников, при
меняют точечные литники с горячими литниковыми каналами
Расположение литника при изготовлении изделии из
наполненных пластмасс имеет большое значение, так как оно
определяет направление течения материала и его усадку. Усадка
наполненных пластмасс меньше, чем усадка ненэполненных
полимеров.
Чистота поверхности изделий зависит в основном от
чистоты поверхности формы и содержания стекловолокна, а также
от технологических параметров литья. При полировании и
хромировании форм качество поверхности изделия улучшается.
При разработке конструкции формы следует избегать резких
изменений направления течения материала. Вентиляционные
отверстия в форме должны иметь большие размеры, че^ а
форме для литья ненаполненных материалов.
5.7.4. Обработка изделий
Одним из преимуществ метода литья под давлением является
возможность получения изделий из пластмасс, которые совсем
не нуждаются или в незначительной степени нуждаются в
механической обработке. Успехи в конструировании и
изготовлении литьевых форм, обеспечение их специальными устройства-

ми и приспособлениями для формования полостей, n.i > в,
отверстий и т. д. в процессе литья обусловливают т-уклоши-е
уменьшение числа изделий, подлежащих мехамическ<<Г|
обработке на специально предусматриваемом для этой цели
оборудовании. Количество литьевых изделий, подвергающихся
обработке, составляет не более 10—15% от общего объема их
производства.
К основным видам механической обработки относятся
удаление литниковых систем, сверление, фрезерование, зачистка,
полировка. Основное оборудование, применяемое для
механической обработки, будет рассмотрено в гл. 15.
Одним из направлений повышения прочности и
долговечности изделий, полученных литьем под давлением, является
термическая обработка, в результате которой снижаются
внутренние напряжения. В результате преобразования структуры
полимера в процессе термообработки изделия могут приобретать
дополнительную прочность, химическую стойкость,
термостойкость, стабильность линейных размеров и т. д.
Особенно эффективно действие термообработки на
кристаллизующиеся полимеры (полиолефины, полиамиды,
полиформальдегид, фторопласты). При соблюдении оптимального
режима литья под давлением можно несколько снизить
внутренние напряжения в изделиях, однако полностью избежать их без
значительного увеличения цикла литья не удастся.
Большое влияние на изменение свойств оказывают процессы
релаксации и кристаллизации, которые не успевают
завершиться в полимере в процессе формования и протекают в течение
длительного времени даже при комнатной температуре.
Ускорению этих процессов может содействовать обработка
изделий при температурах несколько ниже температур плавления
полимеров. При этом сохраняется ориентация макромолекул в
изделии, созданная при переработке, и одновременно
увеличивается прочность за счет изменения степени кристалличности
полимера в изделии и снижения внутренних напряжений.
Для правильного выбора технологического режмма
термообработки изделий из полимерных материалов необходимо
знать требуемые свойства изделий, молекулярные
характеристики полимера (ПТР, степень кристалличности и т. д.) и
технологические параметры процесса литья. Для термообработки
изделий можно использовать воздушную среду, газовую и
жидкостную (вода, масло, глицерин и др.). Следует помнить, что
некоторые полимеры (например, полиамиды,
полиформальдегид) окисляются и подвергаются деструкции при нагревании
на воздухе, и жидкий теплоноситель в этих случаях является
надежной защитой.
Цикл термообработки можно разделить на три этапа:
нагревание изделия до необходимой температуры, выдержка при
222

чтои температуре и охлаждение. Время нагревания изделия а
ноде и в масле колеблется в пределах 5—10 мин на 1 мм
толщины изделия.
В зависимости от скорости охлаждения термообработка
подразделяется на отжнг и закалку. Под отжигом полимерных
изделии подразумевается нагревание их до температур
кристаллизации, выдержка при этих температурах и последующее
медленное охлаждение. Закалка—термообработка с быстрым
охлаждением. Отжиг применяется для получения изделий с
высокой степенью кристалличности, закалка—для получения
изделий с мелкокристаллическими и аморфными структурами.
В отличие от кристаллических полимеров, аморфные не
могут быть подвергнуты термообработке при температурах, пре-
вышающих температуру стеклования. Простым способом выбора
итпимальной температуры термообработки аморфных
полимеров является определение теплостойкости по Мартенсу,
причем температура отжига устанавливается на 5—7°С ниже
теплостойкости исходного полимера.
Среды — теплоносители для термообработки аморфных
полимеров — в основном те же, что и для кристаллических
полимеров. Например, изделия из ПС следует обрабатывать в
воздушной среде (80 °С), ПВХ — в воде F0 °С), ПММА — в
воздухе A20°С), ПК — в воде или в силиконовых маслах.
Установлено, что при термообработке изделий из аморфных
полимеров прочность их повышается на 20—30%.
Термообработка имеет очень большое значение для
изделии с высокой точностью размеров, а также для изделий, ра-
Гютающнх в условиях знакопеременных нагрузок, агрессивных
сред, влаги, магнитных н электрических полей, высоких темпе-
рлтур и т. л.
5.7.S. Контроль и упаковка изделий
Контроль качества изделий производится в соответствии с
требованиями технических условии на изделие или требованиями
технологического регламента производства. Готовые изделия
упаковывают в соответствии с утвержденными техническими
условиями на упаковку.
5.7.6. Дефекты питьевых изделий и способы их устранения
Соблюдение необходимых условии переработки различных
термопластов (технологических режимов литья, требований к
оснастке и оборудованию) позволяет получать
высококачественные изделия с необходимыми физико-механическими
свойства ми.
223

Таблица 5.7. Возможные дефекты литьевых изделий
и способы их устранения
Дефект
Причина дефекта
Сшк-об устранения
Полосы и
продолговатые пузыри на
поверхности дета-
.'ш
.Матовые пятна на
поверхности
изделии
Темные полосы на
поверхности
изделия
Темные разводы и
воздушные пузыри
Пустоты в изделии
•Местный пережог
летали
Загрязнение
дня
нзде-
Пленка или пятна
на поверхности
детали
Недоливки
Волнистая
поверхность удаленной
от литника части
тделия
Линии на поверх-
п<к I и детали
Влажность материала
Перегрев расплава
Местный перегрев
материала; наличие мертвых чин
в цилиндре ил» сопле
Своевременно не удален
попавший в цилиндр воздух
Сильный нагрев (в
результате сжатия) воздуха,
попавшего в форму
Сильный разогрев гтнаише-
го в форму воздуха, сжатие
его и. как следствие,
пережог материала
Попадание в материал
посторонних частиц или
наличие задиров на
поверхностях цилиндра, поршня или
червяка
Соприкосновение расплава
с маслом, чрезмернан
смазка формы
.Малая пориия впрыска,
низкая температура
расплава; шюкая температура
формы, малая скорость
впрыска, недостаточное
давление литья; недостаточная
толщина :¦¦••'
; ¦'' ¦ ' '!¦;> .tain».ч-,^.i>я
Ф'^НМЫ
Охлаждение pacn.iaua и
процессе течения
Нарушение течения
материала, неравномерное
заполнение формы
Подсушка сырья
Понижение температуры
расплава, полирование лит-
ппковых каналов
Понижение температуры
расплава: ликвидация
мертвых зон
Повышение давления
пластикации
Улучшение условий выхода
воздуха из полости формы;
уменьшение скорости
впрыска и снижение
температуры материала
То же
Контроль за чистотой
материала, поступающего в
бункер, проверка поверхностей,
соприкасающихся с
материалом
Пронерка чистоты ннжек-
тюнного цилиндра; очистка
формы, уменьшение смазки
Увеличение порции
впрыска, температуры расплава,
юмпературы формы,
скорости впрыска, давления
.штьн, толщины стенок;
проверка режима занол '--мия
•lonvbi. изменение паиран
и,,.: 1СЧСШ1Я расплава
Повышение
материала
нпрыска
температуры
н скорости
Пронерка режима
заполнения формы; при
необходимости — изменение размером
литников и н.\ расположения
224

Продолжение табл. 5./
Дефект
Причина дефекта
Способ устранения
Пузыри в виде
белых включений
Пустоты, впадины,
раковины
Коробление нзде-
¦|»я
Швы и ^кладки
около лнтника
Сварные швы
Отслаивание иа-
ружиого ..лия
детали
15-в 1
Высокая температура
цилиндра м низкое давление
лнтья, недостаточное время
выдержки материала в
форме под давлением
Неполная компенсация
усадки при выдержке
материала под давлением
Неправильный
температурный режим переработки,
неудачное расположение
литиика
Излишне быстрое
охлаждение расплава на участке
вблизи литника
Чрезмерное охлаждение
расплава при «полпенни
формы
Включение посторонних
материалов
Снижение температуры нн-
лнндра, повышение
давления лнтья и времени
выдержки под давлением,
увеличение размеров литников
или литниковых каналом
для снижения потерь
давления
Увеличение загружаемой
порции, времени выдержки
материала в форме ihu
давлением, давления впрыг-
ка или вторичного давления
формования; увеличение
размеров литника во избе
жаиие преждевременного
охлаждения в них материи
ла; компенсация потерь ген
ла в сопле усилением натре
ва сопла в местах чрезмер
ного охлаждении: ириб.т
жен не литники к месту <
наибольшим поперечным се
чением; увеличение времени
охлаждения детали (ео.ш
Дефекты образуются после
съема изделия)
Увеличение времени оллал
дения изделия, снижение
температуры материала и
формы, термообработка ii.i
делпя. изменение
расположения литника
Повышение температуры
формы вокруг литника,
увеличение размеров
литниковых каналов
Повышение температурь
формы к материала, скоро
сти впрыска. давление
литья, изменение располо
ження литника (для изме
нения направления течения
расплава)
Очистка Цилиндра и cuiua
от посторонних материалон

Продолжение табл. 5.7
Дефект
Причина лефектл
Способ устранения
Грат на изделии
Недостаточное усилие
запирании формы, нарушение
параллельности
соприкасающихся поверхностей форм
Затруднения при
съеме изделий,
деформации изделий
при съеме
Неправильный режим литья,
неправильная конструкция
формы
Увеличение усилия
запирания формы или снижение
скорости впрыска и
давления формования; проверка
правильности затяжки ко-
лоии при образовании грата
с одной стороны изделии;
уменьшение загружаемой
порции материала; проверка
параллельности
соприкасающихся поверхностей фирмы;
уменьшение вторичного
давления формования
Уменьшение давления лшья.
увеличение конусности
стенок формы или
сердечников, полирование
поверхности формы, обеспечение
воздушных зазоров,
сталкивание изделия воздухом (во
избежание образования ва-
)
В табл. 5.7 указаны возможные дефекты изделий,
полученных методом литья под давлением, а также причины и
способы их устранения.
5.8. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
ПЕРЕРАБОТКИ ТЕРМОПЛАСТОВ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Основным направлением развития переработки пластмасс
литьем под давлением является переход от отдельных литьевых
машин, работающих в автоматическом режиме, к участкам и
цехам с полной автоматизацией технологической цепочки. Выпуск
во все возрастающем объеме комплекса машин и устройств,
управляемых ЭВМ, ускорит этот процесс.
Литьевые машины с числовым программным управлением
в комплексе с устройствами для автоматической подачи сырья
из тары в бункер машины, для перестановки литьевых форм,
для термостатирования литьевых форм, с автоматическими
манипуляторами для съема и выноса из зоны формования гото-
вых изделий, транспортерами для перемещения изделий от
машины позволяют комплектовать автоматические поточные
линии по выпуску литьевых изделии.
С внедрением системы автоматизированного
проектирования (САПР) с помощью ЭВМ и автоматизированных, управля-
226

емых ЭВМ литьевых машин с комплексом перечисленных выше
устройств и механизмов, а также устройств дли автоматической
упаковки отлитых изделий появляется возможность создания
гибких автоматизированных производств (ГАП). ГЛП
обеспечивает высшую производительность, стабильность
технологических параметров, а значит и высокое качество изделии.
Необходимо отметить следующие основные тенденции и на
правления дальнейшего повышения технического уровня
конструирования литьевых форм: автоматизация работы литьевом
формы (пусть даже за счет усложнения ее конструкции), до
стигаемая путем поэтапного съема отливки из формы,
использования систем с подпружиненным выталкиванием, применения
различных механизмов автоматического удаления
оформляющих знаков, пневматических и гидравлических выталкивающих
систем; оснащение литьевых форм системой термостатирования,
обеспечивающей максимальную производительность форм и
высокое качество изделий; создание литьевых форм,
позволяющих получать отливки, не требующие дальнейшей
механической обработки, благодаря использованию точечных и
туннельных литников, горячеканальных литниковых систем,
механизмов для автоматического срезания литников и удаления их
из формы; применение различных манипуляторов для съема
отливки и удаления ее из зоны литьевой формы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Какова принципиальная схема литья под давлением
термопластов?
5.2. Как устроена литьевая машина, из каких основных
узлов она состоит?
5.3. По каким признакам классифицируются литьевые
машины?
5.4. Какие специальные виды литьевых машин применяю!
для переработки термопластов?
5.5. Каковы конструктивные особенности литьевых форм,
пути их совершенствования?
5.6. Каковы особенности пластикации термопластов в
материальном цилиндре литьевой машины?
5.7. Что такое пластикационная производительность
литьевой машины?
5.8. В чем заключается процесс формования изделий в лить
евой форме?
5.9. Каковы основные параметры процесса литья под
давлением, как они взаимосвязаны?
5.10. От каких факторов зависит время охлаждения, время
цикла?
15* 227

5.11. Как определяется фактическая производительность
литьевой машины?
5.12. Каковы основные этапы технологического процесса
производства литьевых изделий?
5.13. Каковы особенности переработки полиамидов, поли
формальдегидов, поливинилхлоридных пластиков?
5.14. Расскажите о возможных дефектах литьевых изделий
и способах их устранения.
5.15. Расскажите о путях повышения качества литьевых
изделий нз термопластов.
5.16. Каковы основные направления совершенствования про
цесса переработки термопластов литьем под давлением?
ГЛАВА 6
ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ
ТЕРМОПЛАСТОВ
6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Формование изделий из листовых материалов заключается в
нагреве заготовки из листового термопласта до температуры,
соответствующей высокоэластичному состоянию полимера (при
переработке аморфных термопластов) или до температуры
начала плавления кристаллов (при переработке кристаллических
термопластов), закреплении ее в зажимном устройстве,
установлении над формой и оформлении в изделие за счет
разности давления над свободной поверхностью заготовки и
давления в полости, образованной заготовкой и оформляющей
поверхностью формы (перепад давления может быть создан ва-
куумированием полости формы или созданием избыточного дав
ления над заготовкой: пневматического, гидравлического или
механического).
Иногда формование изделий нз листовых термопластов
проводят без их предварительного подогрева или с незначительным
подогревом—на 20—40°С ниже температуры стеклования.
Этот метод получил название холодного формования
При холодном формовании для образования формы
используется механическая вытяжка, и процесс формования
протекает с высокой скоростью. При этом за счет превращения
механической энергии в тепловую происходит частичный разогрей
формуемой заготовки. Этот метод производительнее, чем метод
горячего формования, однако он может быть применен лишь
для получения особого ассортимента изделий и не пригоден для
переработки хрупких полимеров.
228

Формование листовых термопластов с предварительным
подогревом — термоформование — получило большее
распространение, чем холодное формование. Ниже рассматривается
технология гермоформования листовых материалов в изделия.
6.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ТЕРМОФОРМОВАНИЯ
Для термоформованных изделий используются листовые и
рулонные материалы из ударопрочного полистирола, АБС-плас-
тнков. полиолефинов, непластифицированного и
пластифицированного ПВХ, полиметилметакрилата, поликарбонатов и
других термопластов.
В зависимости от способа создания перепада давления над
и под нагретой заготовкой термоформование подразделяется
на три основных типа: вакуумформование, нневмоформование
и механическое формование.
В промышленных формовочных машинах часто
применяются различные комбинации способов создания давления:
вакуумное формование сочетается с механическим, используется
пневмо-вакуумформование и т. д.
Вакуумформование реализуется в виде негативного и
позитивного методов. Наибольшее распространение получил метод
негативного формования, принципиальная схема
которого показана на рис. 6.1. Листовую заготовку закрепляют в
зажимном устройстве и нагревают до высокоэластнчного
состояния. В зависимости от конструкции формовочной машины
зажимное устройство может быть подвижным или
неподвижным При подвижном зажимном устройстве лист подводят под
стационарны]"] нагреватель, нагревают и отводят на позицию
формования. Если применяется неподвижное зажимное
устройство, то перемещается подвижный нагреватель.
В формовочных установках применяются различные
способы нагрева .чистовых полимеров: теплорадиационнып,
конвективный, контактный и смешанный. Чаще всего используется
одно- или двухсторонний тенлорадиационный нагрев.
Зажимное устройство состоит из прижимной рамы и
зажимных приспособлении.
ю t 1 * ю
V
'лшл\А
|
Т".
I
\Л ХЛ YA У Л
1
и
1
/
/,
1
1
¦
(i.l Cu-va негативного формой а и ни.
iai[KH ja го топки; ''> свободное формование, t
питы, it окончательное оформление щделии
офо|) м.чоние с i емок;
оформлг
229

ттт
Рис. 6.2. Схема подитипного формопания:
и — нагрен .iaroT<iHKn; rt оформление и.чделин
После разогрева заготовки из
герметизированной формы откачивается воздух,
создается разность давлений над листом и под
ним, и заготовка начинает деформироваться.
Такая деформация продолжается до тех пор,
пока термопласт прикасается только к
верхней кромке матрицы. Эту стадию называют
стадией свободного формования (рис. 6.1,6).
Температура термопласта па стадии свободного формования
остается постоянной. Площадь поверхности заготовки в конце
свободной стадии формования больше, чем начальная площадь
заготовки. Так как объем материала постоянен, то в процессе
формования уменьшается его толщина.
За стадией свободного формования следует стадия
формования на инструменте. На этой стадии часть формуемой
заготовки входит в контакт с рабочими поверхностями матрицы, а
¦lacTb формуется свободно. Стадия формования на инструменте
н свою очередь включает оформление боковых стенок и днища
(рис. 6.1, в, г). Температура материала, соприкасающегося со
стенками формы, понижается, на его поверхности образуется
тонкая прочная пленка застеклованного термопласта. Та часть
заготовки, которая формуется свободно, непрерывно утоньча-
ется и в результате толщина изделия непрерывно уменьшается
от горловины к днищу.
Разнотолщинность изделия, особенно при глубокой
вытяжке является существенным недостатком негативного
формования.
Позитивное в а к у у м ф о р м о в а н и е применяется для
изготовления изделий, отношение глубины к ширине которых
не превышает 0,5, с плавными переходами между
образующимися поверхностями. Принципиальная схема метода показана
на рис. 6.2. При формовании этим методом разогретый .чист
соприкасается в первую очередь с верхним торцом пуансона,
па котором образуется днище будущего изделия. Поэтому
наибольшую толщину имеет днище изделия. Этим методом можно
формовать листы, дающие при нагреве малый прогиб под
действием силы тяжести. При позитивном методе получаются
большие отходы материала.
Пневматическое формование производится давлением
сжатого воздуха, прижимающего нагретую заготовку к полости
формы. На практике давление формования колеблется от 0,15 до
2,5 МПа. Метод позволяет формовать изделия более сложной
фор.\-1Ы и из более жестких материалов, чем при вакуумформо-
12.4A

вании. Этим методом хорошо формуются изделия из толстых
заготовок и с глубокой вытяжкой.
Достоинствами метода являются высокое давление
формования, высокая точность размеров изделия, хорошая равнотол-
щинность, высокая производительность.
Механическое формование реализуется в различных
вариантах.
При формовании с помощью сопряженных
металлических форм (рис. 6,3, а) нагретый лист 3 помещается на
нижнюю часть формы — матрицу /. Пуансон 2 опускается,
обжимает заготовку и придает ей форму изделия. Может
применяться также и иесопряженный инструмент —
эластичный пуаисон и жесткая матрица или эластичная матрица
п жесткий пуансон. На рис 6.3,6 показано формование с
помощью эластичного пуансона: листовая заготовка
устанавливается над матрицей / и обжимается эластичным пуансоном 5.
Еще одной разновидностью механического формования
является вытяжка на пуансоне (протяжка) (рис. 6.3, г).
Заготовку 3 помещают в зажимную раму 7 и придают ей
определенную форму, вдавливая в нее пуаисон 2. Давление при
механическом формовании составляет от 40 до 70 МПа. Этим
I'iic. 6.3. Схема механического формования сопряженными матрицей и
пуансоном (о), эластичным пуансоном (б), эластичной матрицей (ii) и младом
' — ч.прици. '2 пуансон: -* - taroTOHKa; V -оОопма. 5 пластичный .iy;inkuu, U элн
¦ шчнач матрица; 1 —лажпмннн рама
231

Рис. 6.4. Схема негативного (/) и почитинного (//) формования с предва
рптелыюй механической вытяжкой:
' — магреи .(аготоики;
»фо|)мление И1делия
предварительная механическая нытяжка в - окончательное
методом перерабатываются полипропилен, полиэтилен, АБС-
иластики, полиформальдегид.
Из комбинированных методов термоформования
применяются негативное и позитивное вакуумформование с
предварительной механической вытяжкой (рис. 6.4). При
негативном формовании с предварительной
механической вытяжкой (рис. 6.4, /), закрепленный над матрицей
.чист термопласта вдавливается в нее толкателем Толкатель,
опускаясь, придает листу форму, приблизительно
соответствующую форме матрицы, и производит предварительную
механическую вытяжку листа. Когда толкатель опустится в нижнее
положение, в матрице происходит вакуумное формование —
.чист прижимается к внутренней поверхности матрицы,
воспроизводя рисунок формы.
При позитивном формовании с
предварительной механической вытяжкой (рис. 6.4, //) .чист
термопласта зажимается в раме над расположенным под ней
пуансоном и нагревается. Далее пуансон прижимается и
разогретый лист плотно его обтягивает. Затем происходит вакуум-
формование. При таком методе формования самыг толстым
получается дно изделия; боковые стенки получают более или
менее равномерную вытяжку.
Аналогично осуществляется и иневмоформованне с
предварительной механической вытяжкой.
Преимуществом негативного формования с предварительной
механической вытяжкой является возможность получении глу-
-»32

боких изделий с более равномерной толщиной стенок, чем при
простом негативном формовании; к недостаткам метода
относятся усложнение оборудования и увеличение числа
контролируемых технологических параметров.
Преимуществами позитивного формования с
предварительной механической вытяжкой являются возможность получения
более глубоких, по сравнению с простым позитивным
формованием, изделий и сокращение количества отходов; к
недостаткам метода относится ограниченность номенклатуры
перерабатываемых материалов (ударопрочный полистирол, АБС-плас-
тик, полиметилметакрилат).
Из других разновидностей вакуум- и пневмоформовання
следует отметить формование с предварительной
пневматической вытяжкой, при котором роль пуансона выполняет сжатый
воздух.
6.3. ФОРМОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Формовочные машины для термоформования листовых
(пленочных) материалов в объемные изделия классифицируются по
следующим признакам:
по методу формования — вакуумформовочные машины,
иневмоформовочные машины, машины для механического,
гидравлического и комбинированных методов формования;
по виду управления—машины с ручным, полуавтоматичес
ким и автоматическим управлением;
но назначению — универсальные, специализированные и
комбинированные машины:
по числу позиций — однопознционные машины,
многопозиционные машины с позициями разного назначения, многопозн
ционные машины с однородными позициями;
но траектории движения перерабатываемого материала -
на машины карусельного, барабанного и ленточного типов;
по комплектации оборудования — на машины с вырубными
устройствами, с устройствами для заполнения отформованном
тары, с устройствами для подачи и закрепления заготовок,
с устройствами для съема, ориентации и упаковки изделий;
но виду заготовок — на машины для формования заготовок
определенного размера и для формования рулонных материалов
Основными техническими параметрами формовочных машин
являются максимальный размер ее зажимного \. гройства и
наибольшая глубина формования. Минимальные размеры за
ж и мной рамы составляют 200x200 мм, максимальные разме
ры могут достигать 2000x1000 мм. Глубина формования сое
тавляет от 100 до 600 мм.
Наиболее распространенной формовочной машиной являет
ся однопозиционная универсальная машина для ппевмо-вак\ ¦
2.3. i

Рис. 6.5. Схема однопознционнои
универсальной машины для пнев-
мо-вакуумформования. Пояснения
в тексте
умформования (рис. 6.5).
Она состоит из
вакуум-насоса /, ресивера 2.
инфракрасных нагревателей 3 и
4, верхнего пуансона 5.
рамки 6 и формы 7. Лист
термопласта закладывают в
рамку, которую затем
перемещают на позицию
нагрева между нагревателями 3 и 4. Рамку с нагретым листом
устанавливают над формой 7 и приступают к формованию.
Пуансон 5 может использоваться как для предварительной
механической вытяжки, так и для позитивного формования.
В случае пневматической вытяжки или формования с
воздушной подушкой к пуансону через клапанный распределитель
10 подводится сжатый воздух. Затем открывается клапан 8,
полость формы соединяется с ресивером 2 и из нее быстро
отсасывается воздух. Когда давления в ресивере и форме
сравниваются, клапан й закрывается и открывается клапан 9.
соединяющей форму с вакуум-насосом /, создающим в форме-
окончательное разрежение.
Схема двухпозиционной вакуум-формовочной машины
VP2000 с однородны\1и позициями показана на рис. 6.6.
Машина имеет общую вакуум-систему с ресивером 6. два механизма
Рис. 6.6. Схема двухпозиционной пакуумформовочной машины VP-2000 с
однородными позициями. Пояснения в тексте
2Л4

Рис. 6.7. Схема трс.чпозицнонной
вакуум-формовочной машины карусельного
типа. Пояснения в тексте
подъема стола о. два комплекта
форм /, два зажимных
устройства 2, два нагревателя 4. На
некоторых машинах установлен
стол крепления верхних
пуансонов 3. предназначенных для
предварительной вытяжки.
Схема трехпознцноппой
машины карусельного типа
показана на рис. 6.7. Основная часть машины—ротор / с
укрепленными на нем тремя зажимными рамами 2—при работе
периодически поворачивается на угол 120°. При положении ротора
в позиции / оператор (или робот) закладывает в зажимную
раму листовую заготовку п подает команду на ее зажим.
Затем ротор поворачивается па '/з оборота, и заготовка
попадает в позицию // под двухсторонние инфракрасные
нагреватели 4. По окончании нагрева ротор вновь поворачивается па
120\ и нагретая заготовка оказывается в позиции
формования /// над формующей камерон 3. В чтон позиции происходи!
формование и охлаждение изделия. Следующее движение
ротора вновь приводит отформованную заготовку в позицию /. с
которой оператор снимает готовое изделие н закладывает н
раму новую заготовку Время поворота на 120° выбирается тл-
ким. чтобы оно было равно продолжительности разогрева
заготовки. Поскольку время нагрева обычно в 2—2,5 раза
превышает время формования, то для увеличения
производительности применяют четырехпознциоппые машины, в которых
нагрев заготовки осуществляют на двух соседних позициях.
Формование изделий из рулонных материалов можно
производить па многопозицнопных машинах ленточного и барабан
лого типов. Агрегат ленточного типа для производства мелкой
тары (рис. 6.8) состоит из раскаточноп стопки, на которой
устанавливается рулон перерабатываемого материала /, блока
двухсторонних нагревателей 2. механизма формования 3,
дозатора 4, механизма протяжки 5, раскаточной стойки с рулоном
материала для крышки 6, сварочного блока 7. на котором к
заполненному контейнеру приваривается крышка, вырубного
пресса 8, механизма намотки отходов 9 и приемного
транспортера 10. С раскаточноп стойки полотно термопласта попадает
в зону нагрева, где оно находится столько времени, сколько
необходимо для его нагрева. Затем шаговый движитель
механизма протяжки 5, с иневмоцнлнндром // перемещает ленту
на один шаг. и нагретый участок ленты попадает на позицию

формования, где происходит оформление контейнеров (чаще
всего в многогнездной форме) и их охлаждение. Лента с
оформленными контейнерами подается к дозатору 4 для заполнения
жидким или сыпучим продуктом. Следующий ход механизма
протяжки перемещает заполненные контейнеры в сварочным
блок 7, где к ним термоимпульсной сваркой по контуру
приваривается слой фольги, дублированном полированной
полимерной пленкой. На вырубном прессе 8 готовые упакованные кои
тейнеры вырубаются из ленты термопласта и попадают на ран
грузочный транспортер 10. перемещающий их в приемный бун
кер. Перфорированная лента термопласта 12 сматывается в р\-
лон механизмом намотки отходов 9.
Машины ленточного типа работают, как правило, в
полностью автоматическом режиме и имеют высокую
производительность. В настоящее время их применяют не только дли
производства мелкой тары, но и для формования изделий
средних габаритов (например, панелей дверей холодильников)
Основными узлами формовочных машин являются
нагреватели, зажимные устройства, пневмо- и вакуум-системы, привод.
Нагреватели осуществляют нагрев листа до
температуры формования. Обычно применяются инфракрасные
нагреватели, проволочные и стержневые нагреватели, кварцевые
излучатели. Конструкция нагревателя должна обеспечить
равномерную температуру по всей поверхности нагреваемого листа.
Если площадь обогреваемого листа превышает 0,5 м2, то
нагреватель разделяется на несколько тепловых зон с
индивидуальным регулированием температуры. Для нагрева жестких
термопластов (полистирол, винипласт, поликарбонат и др.) и
толстых листов рекомендуется использовать двусторонний
обогрев. Поэтому машины снабжаются двумя нагревателями
с одинаковой площадью нагрева, излучающие поверхности
которых направлены навстречу друг другу. На одно- и двухпо-
10
Рис. 6.8. Схема агрегата ленточного щпа для пронл
водстпа II заполнении мелкой тары. Пояснения и тексте
36

Рис. 6.9. Зажимная рама с общими
цилиндрами подъема и крепления заготовки:
¦ качающийся цилиндр, 2 кормов >ччая
камера, ч нижняя рама: 4 перхння [)лми. S
шарнир
пшионных машинах чаше всего
применяются подвижные
нагреватели, перемещающиеся в
горизонтальной плоскости; па мпогопози-
чиопных машинах обычно
используются неподвижные нагреватели. В некоторых случаях листо
вые заготовки нагреваются в закрытых камерах с помощью
горячего воздуха, инфракрасных нагревателей и др.
Зажимные устройства обеспечивают закрепление
формуемого листа. По принципу действия зажимные устройства
делятся на два типа: рамные и лепестковые. Устройство
рамного типа (рис. 6.9) состоит из двух рам, между которыми
закрепляется лист. Нижняя часть рамы при раскрытии остается
неподвижной. Верхняя часть рамы при установке заготовки и
съеме готового изделия откидывается на шарнирах; в некоторых
конструкциях приподнимается параллельно нижняя часть рамы.
Принцип работы лепесткового зажимного устройства
показан на рис. 6.10. Нижняя рама 6 устройства неподвижна,
а верхняя часть, состоящая из репки 5 с рычагами 3 шарнирно
закреплена на оси 4, на которой она может поворачиваться на
90°. Пружина 2, оттягивая рычаг 3, открывает зажим. После
установки в нижнюю раму листовой заготовки шток шарнирно
закрепленного пневмоцплнндра / нажимает на рычаг 3 и
плотно прижимает лист 7 к уплотнителю 8. По окончании
формования давление из рабочей полости цилиндра сбрасывается, и
пружина 2 откидывает зажим.
П н е в м о- и вакуум-системы. Пневмосистемы
используют как для создания давления формования, так и для
привода различных вспомогательных механизмов. Формовочные
машины либо имеют собственный компрессор и ресивер, либо
питаются сжатым воздухом из цеховой магистрали. Рабочее
давление сжатого воздуха составляет 0,4—2,5 МПа.
Вакуум-системы используются, как правило, только для создания
перепада давлений, обеспечивающего формование. Они состоят из
вакуум-насоса, ресивера, системы клапанов управления и тру-
I'ipc. 6.10. Зажимное устройство .кнемконого типа. Пояснения и

Таблица 6.1. Технические характеристики установок УМПФ и УМПВФ
Параметры
Усилие. кН
смыкания
механической
вырубки и механической
ныгяжкп
Пневматическое
давление формования. МПа
Мощность нагрева. кВт
Удельная энергоемкость
на одно изделие,
кВт-ч/шт
Габариты изделия, мм
длина
ширина
высота
Максимальная
производительность, шт/ч
Максимальный годовой
объем переработки
термопластов, т
УМПФ-йЗ
630
90
0,6
II
—
600
500
250
30
160
УМПФ-100
1000
125
0,6
19.5
0.25
900
550
28A
¦30
260
\"МПВФ-1й0
1E00
2A0
0,6
23.4
0.3!
1100
650
320
30
400
УМПФ-2 30
2500
400
0,6
30
0,33
1800
800
440
28
800
УМПВФ-
.'50-3
2500
400
0.6
53,6
0,42
3000
800
440
26
1600
бопроводов. В вакуу.мформовочных машинах обычно
применяются насосы низкого давления, создающие при нулевом
расходе во всасывающем патрубке минимальное давление 4-10 :! —
1,3- Ю-5 МПа.
Привод формовочных машин обеспечивает перемещение
рабочих органов (зажимных рам, пуансонов, матриц, вырубных
устройств) и создание ими необходимых рабочих усилий,
а также перемещение рулонного материала в агрегатах
ленточного типа.
В Советском Союзе разработан ряд моделей установок для
механо-пневмоформования (УМПФ) и механо-пневмо-вакуум-
формования (УМПВФ), технические .характеристики которых
приведены в табл. 6.1.
включает
резку за-
6.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ТЕРМОФОРМОВАНИЯ
Технологический процесс термоформовання изделии
следующие основные операции: разметку материала,
готовок, формование, механическую обработку.
Разметка материала — это способ рационального
размещения будущих заготовок на листе. Размеры заготовки
L при формовании объемного изделия можно рассчитать по
(pop.муле
L = [nl^-2z-i (/;- l)i-,] A-г tv 100),

где п — число изделий, расположенных вдоль искомой стороны заготовки;
1 — размер изделия; z—припуск на зажим, составляет 10—100 мм в
зависимости от габаритов и конфигурации изделия и от конструкции зажимного
устройства; г, — расстояние между гнездами; ц — усадка материала.
Разметку проводят на специальных столах с ровной чистой
поверхностью. Ее можно выполнять с помощью масштабной
линейки или шаблонов из фанеры, пластмассы или жести.
Контуры изделия обозначают остро заточенным резцом или
чертилкой. Листы полиметнлметакрилата размечают карандашом.
Резка заготовок производится механической ножовкой,
ленточной пилой, дисковой милой, гильотинными ножницами,
абразивным кругом, нагретым инструментом, ультразвуком (см.
гл. 13).
Формование изделий осуществляется на
формовочных машинах. Основными технологическими параметрами
формования являются температура нагрева листовой заготовки,
температура формующего инструмента, рабочий перепад
давления, скорость вытяжки материала.
Температура нагрева заготовки влияет на условия
формования, физико-механические свойства и однородность толщины
изделия. При заниженной температуре нагрева в углах изделия
могут появляться пятна переохлаждения — «отбеливания»,
свидетельствующие о хрупкости материала. При завышенных
температурах заготовка приобретает излишнюю мягкость и
провисает иод собственной тяжестью, кроме того, она может
пригореть за счет деструкции термопласта.
Температура формующего инструмента — матрицы и
пуансона должна быть ниже температуры стеклования материала,
так как в противном случае посте снятия давления изделие
может потерять форму. Чрезмерно низкая температура формы
\южет стать причиной коробления и других дефектов изделия.
Температура вспомогательного формующего инструмента
(пуансонов для предварительной механической вытяжки и т. п.)
подбирается так, чтобы получить изделие с минимальной раз-
нотолщпнностью и чтобы на поверхности изделия не было ми-
ген переохлаждения. Примерные температурные режимы
переработки листовых термопластов приведены в табл. 6.2.
Рабочий перепад давления зависит от толщины листа,
вида термопласта, конфигурации изделия и скорости вытяжки.
При производстве неглубоких изделии простой формы
рекомендуется применять вакуумное формование с перепадом давления
до 0,1 МПа. При формовании изделии из более толстых листов
рекомендуется пневматическое формование с давлением до
1 ДАПа. Для получения глубоких изделии со сложным
тиснением на поверхности требуется повышенное давление.
Скорость вытяжки материала зависит от толщины листа,
температуры и давления формования. Замедленная вытяжка

Таблица 6,2. Температурные режимы переработки листовых
а пленочных термопластов методами пневмо- и викуумформования
Материал
АБС-пластнк
Полпенни лхлор ид непластифннп-
рованный
Поликарбонат
Полиметнлметакрнлат
Полипропилен
Полистирол ударопрочный
Полисульфон
Полиэтилен высокой плотности
Полиэтилен низкой плотности
Этрол
заготовки
140—160
100—160
190—230
120—200
15A—200
110—150
220—270
12U—135
9И—135
1.30-170
Температура.

формообразующей ос-
насткн
40—50
40—50
45—55
40—60
50—90
50—65
140—165
50—70
50—70
110—120
°С

вспомогательного формующего
инструмента
75—115
60—150
—
170
130 — 160
80—120
—
150
150
приводит к преждевременному охлаждению и растрескиванию
материала; при высокой скорости вытяжки может произойти
разрыв заготовки или чрезмерное утонение стенок на местах
углублений и в углах изделия. < ярость вытяжки регулируется
изменением рабочего перепада л ,.,ения.
Механическая о б р а б о i к а формованных изделии
включает вырубку готового изделия из листового полотна,
зачистку изделия, шлифование и полирование его поверхности.
Вырубку изделии можно произвол!, ib на формующих
машинах, если они оборудованы узлом вырубки или на
вспомогательном оборудовании.
Зачистка изделии выполняется вручную, на ленточных пли
дисковых зачпстных станках, а также переносными
шлифовальными машинами.
Полировка изделий выполняется па войлочных или
полотняных шлифовальных кругах.
6.5. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОТФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Методы формования .[истовых термопластов применяются для
производства таких изделии, изготовление которых технически
п экономически невыгодно (пли невозможно) другими метода
ми, например изготовление упаковочных материалов п изделии
больших размеров и небольших количествах,
Тсрмоформовапнем изготавливают различные глубокие
объемные пздг.шя: шкафы п дверцы домашних холодильников.
ванны, умывальники; тара, производственного п
потребительского назначения. Производственная тара vin яшпкп, простые и
миогогнездные поддоны для транспортирования нетяжелых
940

изделии. Потребительская тара применяется с виде коробок и
стаканчиков для упаковки сыров, джемов, сметаны, различных
мастик и т. п. Коробки и стаканчики снабжаются крышками
или запечатываются фольгой и пленками.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
6.1. Какие существуют методы термоформованни изделий?
6.2. Что такое холодное формование?
6.3. Каковы достоинства и недостатки позитивного и нега
тивного формования изделии?
6.4. Каковы достоинства и недостатки формования изделии
с предварительной механической вытяжкой?
6.5. Из каких основных- операций состоит технологический
процесс термоформованпя изделий?
6.6. Кпкнм образом выбираются технологические параметры
формой: я изделии?
6.7. г .к устроена однопозицпонная универсальная машина
для ваку\ м-пневмоформоваиия?
6.8. Как устроены чвух- и многоиозпцнонные формовочные
машины?
ГЛАВА 7
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕРМОПЛАСТОВ
7.1. ПЕРЕРАБОТКА ТЕРМОПЛАСТОВ МЕТОДОМ СПЕКАНИЯ
Переработка методом спекания заключается в том, что при
нагревании полимера до температуры несколько ниже темпе
рятуры плавления происходит расплавление и соединение
частиц по поверхности, при -лом ядро частиц полимера остается
твердым.
Метод спекания применяется для получения полых бесшов
пых крупногаиарчтных изделии из различных видов
термопластичных материалов, нанесения порошкообразного полимера ни
металлическую поверхность, а также для переработки иолпме
ров, из которых нельзя полушть изделия другими методами
К таким полимерам относится, например, фторопласт-4.
Фтороп.кнг-4 нредп анляег собой белый рыхлый
волокнистый порошок плотностью !21ГH--2270 кг/ч1 и насыпной плот
постью 400—500 кг/м:!. Выпускается фтороьласт-4 с молек\
лярноп массой A,4 •:-о) 10\ Это кристаллический полимер; сте
1С— 81 2-!'

пень кристалличности может достигать 80—90%, но при
нагревании она уменьшается.
Фторопласт-4 обладает уникальными свойствами:
исключительной химической стойкостью к агрессивным средам, высо
кими диэлектрическими показателями, которые достаточно
стабильны в различных условиях. Он также имеет стабильные
механические свойства в широком диапазоне температур — от
—260 до +260°С низкий коэффициент трения и т. д. Это
обусловливает его широкое применение в народном хозяйстве. Но
при всех положительных качествах фторопласт-4 имеет
существенный недостаток: он трудно перерабатывается в изделия
обычными методами. Это связано с тем, что фторопласт-4
практически нельзя перевести в вязко-текучее состояние, так как
температуры плавления и разложения его очень близки. При
температуре 415°С и выше начинается интенсивное разложение
полимера с образованием газообразных продуктов. Поэтому
для получения изделий из фторопласта-4 используют метод
спекания.
Процесс состоит из следующих стадий: подготовка порошка
к формованию, холодное прессование заготовок, спекание
заготовок, охлаждение заготовок и механическая обработка их на
станках.
Подготовка полимера заключается в его рыхлении на
центробежной машине с червячным дозатором и калибрующим
диском. Рыхление перед формованием необходимо, так как
фторопласт-4 легко комкуется при хранении. В отдельных
случаях перед рыхлением политетрафторэтилен подвергают
термообработке в течение 2 ч при 250—270°С с целью удаления ннз-
комолекулярных фракций.
Формование (холодное прессование) заготовок
проводят на гидравлических прессах в съемных пресс-формах при
давлении 20—40 МПа без нагревания. При очень высоких
давлениях (выше 70 МПа) наблюдается растрескивание заготовок,
а при низком давлении получаются изделия с недостаточно
плотной структурой, что может привести в дальнейшем к
понижению их механической прочности и повышенной усадке.
Плотность заготовок должна составлять примерно 1830 кг/м3.
Такая плотность практически достигается при давлении 30 МПа.
Чем выше давление при прессовании, тем меньше усадка
при спекании, но при давлении выше 40 МПа таблетка
практически не уплотняется. С целью равномерного уплотнения
порошка в пресс-форме и предотвращения появления трещин а
заготовке давление при прессовании следует поднимать
равномерно и медленно.
Продолжительность выдержки заготовки под давлением
также влияет на усадку, плотность и механические свойства
•2B

материала. Продолжительность выдержки определяется
высотой и диаметром заготовки.
Спекание заготовок осуществляется в специальных
электрических печах с воздушной циркуляцией для выравнивания
температуры. Нагревание проводится ступенчато. При
температуре 342 °С происходит плавление кристаллической фазы, а при
360—380°С — сплавление отдельных частиц полимера; при
этом заготовка становится прозрачной и дает усадку
(плотность ее повышается до 2200 кг/м3). Заготовки при спекании
располагаются на вращающемся столе в печи, что обеспечивает
равномерность их прогрева. Продолжительность спекания
составляет от 2 до 50 ч в зависимости от размеров заготовки:
примерно 1 ч за 3 мм толщины заготовки. Слишком длительное
нагревание или перегрев выше 390°С вызывает частичную
деструкцию полимера, появление пористости, что ухудшает
механические свойства изделий.
Охлаждение заготовок является наиболее ответственной
операцией, так как от скорости и равномерности охлаждения
зависят структура полимера и, следовательно, свойства
изделий. Охлаждение может происходить как с закалкой, так и без
нее. Сущность закалки заключается в быстром охлаждении
заготовок в интервале температур от 327 до 250°С. При этом
аморфная фаза успевает перейти в кристаллическую в
значительно меньшей степени, чем при медленном охлаждении, и
материал становится более эластичным. Закалка производится
быстрым погружением заготовок в воду (ледяную или
комнатной температуры). Незакаленные заготовки получают при
медленном охлаждении после спекания непосредственно в печи до
температуры 250—300°С. а затем при комнатной температуре
или в воде.
Обычно при закалке изделия получаются более гибкими и
прочными, а при медленном охлаждении — более жесткими п
менее газопроницаемыми. В закаленном виде фгоропласт-4
имеет степень кристалличности около 50%; при медленном же
охлаждении от 380 до 300°С степень кристалличности
возрастает и может достигать 62%.
Закаливать можно заготовки толщиной до 5—6 мм; более
толстые заготовки следует охлаждать медленно, так как
охлаждение внутренних слоев происходит со значительным
запаздыванием по отношению к наружным.
Охлажденные заготовки обрабатывают па механических
станках с целью получения изделии.
Механическую обработку следует производить
через 2—3 дня после спекания, так как за это время
наблюдается некоторое изменение размеров заготовок. При обработке
фторопластов рекомендуется применять высокие скорости
резания и малые подачн режущего инструмента. Заготовки из
16* 24.4

фторопластов легко поддаются фрезерованию, распиливанию,
сверлению и обработке другими методами. W? заготовок
изготавливают пленки и изделия разной конфигурации.
Для получения пленок из фторопластов вначале
приготавливают цилиндрический блок, с которого на строгальном
станке снимают стружку в виде пленки толщиной 15—1000 мкм
Такая пленка не ориентирована и обладает сравнительно невы
сокой электрической прочностью (около 30 кВ/мм) из-за
наличия мелких отверстий. Для устранения отверстий пленку
раскатывают между горячими валками, в результате чего получается
пленка толщиной около 7 мкм с электрической прочностью
100—250 кВ/мм. При нагревании раскатанной пленки
происходит ее усадка, что используется при наложении изоляции
путем намотки пленки на жилу кабеля.
В настоящее время разработан непрерывный способ
получения фторопластовой пленки. Для этого порошкообразный по
лимер из вибропитателя подается на валки, где образуется
лента полимера. Полученная лента поступает в печь (ванну)
с температурой 380°С для спекания. По выходе из печи пленка
принимается тянущим и раскаточнымп валками и после
обрезания кромок сматывается в рулон.
Для получения покрытий на основе политетрафторэтилена
применяют его суспензии в органических растворителях. По
крытия наносят пульверизатором, кистью или окунанием.
Для получения полых изделий из порошкообразного фторо
пласта применяют метод формования заготовок с
использованием гидравлического или воздушного давления и эластичных
мембран, играющих роль пуансонов или матриц. Порошок
полимера вводят в пространство между пуансоном и матрицей
и под давлением формуют заготовки, которые затем подверга
ют спеканию.
Кроме технологии, предусматривающей прессование и
спекание заготовок, используют экструзию с помощью червячных
или поршневых машин. Для переработки фторопласта-4 этим
методом применяют порошки с хорошей сыпучестью,
получаемые, например, предварительным спеканием исходного порошка
с последующим измельчением. Экструзией изготавливают
трубы, стержни и профильные изделия. Из суспензионного фторо
пласта этим методом получают также листы, которые в
дальнейшем подвергают горячему штампованию.
Экструзию фторопласта-4 осуществляют на одночервячном
прессе с постоянным шагом м глубиной нарезки, i. e. 6e.i
сжатия в канале червяка. Уплощение происходит при
продавливай пи полимера из цилиндра, в котором расположен червяк.
в оформляющую головку через коническим переход (угол
конуса равен 20°). Червяк дву.хзаходнып, вращается с частотой
30—45 об/мин, охлаждения не имеет. Каналы охлаждения на-
244

чодятся в цилиндре. Формующая головка представляет собой
длинную трубу с полированной внутренней поверхностью.
Оформленная полимерная труба спекается при прохождении
через нагретую головку и затем охлаждается. Чтобы успели
произойти спекание и охлаждение, головка должна иметь
достаточную длину. Обычно длину головки принимают равной
80—90Ь и более (D—диаметр головки). Внутренняя
поверхность трубы оформляется дорном, длина которого должна
перекрывать зону спекания. Центрирование дорна осуществляется
концентрической втулкой, свободно насаженной на дорн.
Получаемая труба выталкивает эту втулку в начале экструзии и
далее сама центрирует положение дорна.
Поршневой пресс может быть вертикальным п
горизонтальным. Он состоит из цилиндра с поршнем, профилирующей
головки и печи для сушки, спекания и охлаждения полученного
изделия. Полимер смешивается со смазкой и таблетируется
в форме, находящейся на прессе. Таблетка поступает в
цилиндр пресса, на котором производится формование труб,
стержнем и нанесение фторопластовой оболочки на
металлические жилы для изготовления кабелей. Полученный профиль
полают далее в печь для спекания.
Изделия из эмульсионного политетрафторэтилена обычно
также получают экструзией. С этой целью предварительно
подготавливают пасты из порошка полимера с жидкими
углеводородами. Полученную пасту затем продавливают через головку
укструдера. При изготовлении труб полученный экструдат
перед спеканием подвергают сушке.
Разновидностью фторопласта-4 является фторопласт-4Д,
который имеет более низкую молекулярную массу. Для
облегчения переработки в изделия фторопласта-4Д применяют компо-
4ицин, содержащие смазку — бензин или 6%-й раствор по.чи-
нзобутплена в нем. Из фторопласта-4Д изготавливают
кабельную оболочку, трубы и другие профильные изделия, которые
подвергают спеканию при температуре выше 300 °С с
последующим быстрым охлаждением.
Фторопласт-4 нашел применение для изоляции проводов и
кабелей, работающих при низких и высоких температурах,
д также в условиях агрессивных сред. Из него изготавливают
трубы, прокладки, вентили, сильфоны для нужд химической
промышленности, а также различные детали машин и
приборов. Низкий коэффициент трения позволяет использовать
фторопласт-4 для изготовления подшипников.

7.2. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ И АВТОКЛАВНОЕ ЛИТЬЕ
ТЕРМОПЛАСТОВ
Для получения изделий, имеющих форму тел вращения
(втулок, шкивов, труб, шестерен и др.), применяют метод
центробежного литья. Этот метод особенно эффективен для
литья толстостенных крупногабаритных изделий, которые
трудно изготавливать на литьевых машинах из-за значительной
усадки, образования пузырей и утяжин. При центробежном
литье расплавленный термопласт заливается в форму, которой
затем сообщается врашенне. Вращение формы достигается
в результате установки ее на специальном оборудовании или
на обычном токарном станке. Способ основан на
использовании центробежной силы, прижимающей расплав к стенкам
формы, т. е. на том же принципе, что и центробежное литье
металлов.
В отличие от металлов пластмассы имеют малую
плотность, поэтому для их отливки и уплотнения требуются
большие центробежные силы. Значение центробежной силы
определяется частотой вращения формы и радиусом изделия.
Под действием центробежной силы расплав располагается
на внутренней поверхности формы плотным слоем, принимая
требуемую конфигурацию. Охлаждение формы происходит при
дальнейшем вращении, изделие при этом затвердевает.
Извлечение изделия из формы происходит после ее остановки.
Установки для центробежного литья могут быть с
горизонтальной или вертикальной осью вращения. Вертикальную ось
вращения используют для коротких втулок, у которых размер
по оси не больше диаметра. Схемы с горизонтальной осью
вращения применяются для получения более длинных в осевом
направлении изделий (труб, длинных втулок, гильз).
Метод позволяет перерабатывать .материалы с невысокой
вязкостью расплава (полиамиды, полиуретаны), а также нолп-
мер-мономерные композиции Нагревание и плавление
материала проводится в плавильном автоклаве или тигле, после чего
его загружают в форму в количестве, зависящем от массы
изделия. Давление уплотнения определяется частотой вращения
формы; при недостаточном давлении возможна ра.чпотолщнн-
ность, наличие воздушных включении. Качество расплава и
частота вращения формы в основном определяют качество
получаемых изделии.
Центробежным литьем можно изготовлять многослойные
изделия, например втулки и подшипники скольжения из
полиамидов, наполненных графитом (теплопроводным наполнителем).
Из-за разной плотности полиамида и графита полиамид
располагается во внутреннем слое, а смесь полиамида с графитом —
в наружном слое втулки или подшипника.
-'¦Hi

1'ис. 7.1. Установка для
центробежного лнтья изделий из
полиамидов:
/. ь — клиновые шчнны; 2 — ремень;
¦> кожух; 4 — чаша: 5—тахометр. 7 —
-«л г к тр од виг а те ль
Установка для
центробежного формования с
вертикальной осью вращения,
представленная на рис. 7.1,
предназначена для
переработки полиамидов. Она
оснащена неразъемной
цилиндрической чашей 4,
внутри которой может
устанавливаться форма.
Чаша 4 имеет привод от электродвигателя 7 через клииоременную
передачу, состоящую из ступенчатых клиповых шкивов / и 6 и
ремня 2. Частота вращения измеряется тахометром 5. Чаша
закрывается снаружи кожухом 3. Загрузка материала в форму
производится специальным дозатором.
Форма для центробежного лптья изготавливается из бронзы,
алюминия или стального литья. В данной конструкции чаша 4
не обогревается, а формование изделия из расплавленного ка-
нролактама происходит в холодной вращающейся форме при
частоте вращения 30—40 с '.
Риг. /2, Установка д.чн т'нтробежпого лшьи труб:
! подшипник: J иривидноО ролик. V прижимной роли к ( 1 нал; -г>
форм у кипа и труба ; 7 колони»: Л1 к|>онш гейн
247

Рис. 7.3. Центробежная
машина для получения пленок ни
литьевых полиуретанов:
/ —станина; 2- >лск тродвига i ель;
3 — обечайка; 4. 7 - крышки. .5.
// — теплоизоляция; в — гайка с сп-
водом; « — прокладка: 9—кожух.
10 — электрическая
ротор
спираль: VI —
Примером
конструкции агрегата с
горизонтальной осью вращения
может служить
установка для получения труб
(рис. 7.2). Установка
имеет станину 5, на
которой в подшипниках /
установлены два вала 4.
На каждом из этих
валов укреплены по два
приводных ролика 2. На
приводных роликах укладывается формующая труба 6, которая
вращается с частотой 30—50 с~'. Прижимной ролик 3
переметается вдоль колонны 7 на кронштейне 8. Формующая
труба 6 заполняется расплавом материала, закрывается с обоих
концов и приводится во вращение до окончания процесса
формования. Затем готовое изделие извлекается.
Метод центробежного литья характеризуется простотой
технологического процесса и применяемого оборудования, поэтому
может быть использован при производстве крупногабаритных
мелкосерийных изделий. Недостатком центробежного литья яв
ляется высокая трудоемкость процесса, низкая
производительность. В целях устранения этих недостатков создаются
специальные машины для центробежного литья на базе
промышленных центрифуг.
На рис. 7.3 представлена центробежная машина для пол\-
чения тонкостенных изделий и пленок, изготовленная на базе
центрифуги ЦЭ-3. ;Чашина состоит из станины /, на которой
установлен электродвигатель 2 с регулируемой частотой
вращения E00—6000 об/мин). На станине закреплена обечайка :i
с крышкой 4, снабженной теплоизоляцией 5, Внутри обечайки
расположен электронагреватель, состоящий из кожуха 9,
электрической спирали 10 мощностью 0,8 кВт и теплоизоляции //.
На вал электродвигателя посажен ротор 12 диаметром 0,2 м,
закрепленный гайкой с отводом 6 для замера частоты
вращения. Ротор закрыт крышкой 7 с прокладкой 8.
Технологический процесс производства пленок из полпурета-
нои на данной установке состоит в следующем. Полимер, сип

тезированный в реакторе, дозируют в форму-ротор, нагретую
до 70 °С. после чего ротор приводят во вращение. При
установившейся скорости вращения в течение 5—10 мин сохраняется
первоначальная температура для полного удаления воздушных
включений, распределенных в массе полимера. Затем
температура поднимается до 120°С. Термостатирование при вращении
длится до 5 ч, после чего выключается двигатель и обогрев,
снимается крышка, ротор охлаждается до 50СС и производится
съем готового продукта.
Достоинством таких машин являются компактность и
удобство обслуживания.
Центробежный способ формования пленок из полиуретанов
находит широкое применение в карбюраторостроении.
В каждом конкретном случае выбор метода центробежного
литья для изготовления изделия зависит от вида и свойств
перерабатываемого материала и назначения изделия.
Для переработки текстильно-трикотажных отходов капрона в неответст-
иенные детали применяют метод автоклавного лнтья.
Промытые и высушенные до остаточной влажности 0.2% отходы в
количестве 10—12 кг н более (в зависимости от емкости автоклава)
загружают и автоклав, обогреваемый при помощи рубашки с высококипящей
жидкостью. Загруженный сосуд продувают азотом из баллона, чтобы содержание
кислорода в автоклаве не превышало 0.5—1%. так как капрон легко
окисляется кислородом воздуха. После окончания продувки закрывают краны,
через которые подавался азот, включают обогрев и расплавляют термопласт,
нагревай его до температуры на 20—30 °С превышающей температуру
плавлении. Расплав разливают в съемные формы с температурой 60—80 °С под
давлением азота 1.0—1.5 МПа.
Автоклавное литье не получило широкого распространения из-за малой
механической прочности изделий, слабой механизации и невысокой
производительности процесса.
7.3. ПЕРЕРАБОТКА ТЕРМОПЛАСТОВ ЛИТЬЕМ БЕЗ ДАВЛЕНИЯ
7.3.1. Общая характеристика метода
Классические методы переработки пластмасс в изделия —
экструзия и литье под давлением—требуют дорогостоящего
оборудования и оснастки, а главное, позволяют получать
изделия ограниченных размеров и массы. Производство
крупногабаритных изделий ограничено мощностью литьевых машин и
некоторыми технологическими трудностями: возникновением
значительных внутренних напряжении и появлением пустот в
изделиях.
С внедрением в промышленность метода литья без
давления появилась возможность непосредственно в форме при
атмосферном давлении получать готовые изделия или заготовки
практически любых размеров и массы с хорошими
физико-механическими свойствами.
249

Переработка термопластов литьем без давления — это
формование изделий из мономеров, или полимер-мономерных
композиций, полимеризующнхся непосредственно в форме в
присутствии инициаторов или катализаторов без приложения
внешнего давления. Данный метод объединяет в единый
технологический цикл синтез полимера и его переработку, позволяя
получать изделия по схеме: мономер — готовое изделие. При литье
без давления мономер или смесь его с полимером с
необходимыми добавками заливается в форму, в которой процессы структу-
рообразования и формования изделия протекают одновременно.
В результате образуются термопластичные материалы с
упорядоченной структурой и высоким содержанием кристаллической
фазы, что обеспечивает высокие физико-механические
показатели.
Объем производства изделий методом литья без давления
постоянно возрастает, так как эти изделия имеют важное
значение дли развития целого ряда отраслей народного хозяйства-
машиностроения, станкостроения, архитектуры, строительства,
медицины и т. д. Это способствовало созданию в отдельных
отраслях промышленности принципиально новых технологических
процессов изготовления изделий, требующих меньших трудовых
затрат и характеризующихся сокращенным производственным
циклом.
В настоящее время литьем без давления в промышленности
получают изделия из полиамидов (например, капролона) и
композиций на основе полиакрилатов (полимер-мономерные
композиции); этим методом можно перерабатывать также эфиры
целлюлозы.
В зависимости от назначения изделий в состав полимериза-
ционной композиции могут входить различные добавки:
пластификаторы, стабилизаторы, красители и др. Перспективным
направлением улучшения и направленного изменения свойств
полимеров является использование смеси различных мономеров
что приводит к реакции сополимеризации (синтезу блок- и
привитых сополимеров).
Технологический процесс получения изделий литьем без
давления состоит из следующих стадий: подготовка сырья;
приготовление композиции; формование изделия.
Литье без давления может осуществляться горячим и
холодным способами. При горячем способе полнмеризацп-
онная смесь заливается в предварительно нагретые формы, и
процесс полимеризации протекает при температурах, близких
к температуре плавления полимера. При холодном
способе весь процесс получения изделий проводится при нормальной
температуре.
Для литья без давления применяют формы из металла,
пластмасс, гипса, цемента и других материалов. При конструн-
250

г i..-шпм форм необходимо учитывать, что процесс протекает
при ;п мосферном давлении и что заливаемая в форму
композиции шм'пт нпзк\"ю вязкость, бысо.-л к) химическую активность,
а лкже нначптелым ю адгезию к ряду материалов. Большое
;¦ ; !сн.,е при выборе материала форм имеют условия протека-
пи»; процесса полимеризации — холодная или горячая
полимеризация.
При горячей полимеризации для форм применяют
материалы с высокой теплопроводностью с целью обеспечения быстрой
юредачп тепла форме от теплоносителя при полимеризации и
отвода тепла при охлаждении. Этим требованиям
удовлетворяют термообработанные алюминиевые сплавы, к которым
полимерные композиции имеют наименьшую адгезию.
При холодной полимеризации для изготовления форм
применяют материалы с низкой теплопроводностью, так как в этом
случае для создания оптимальных условий образования
структуры полимера и формирования свойств изделий необходимо
сохранить тепло, выделяющееся в процессе полимеризации. Этим
требованиям удовлетворяют формы из полимерных материалов,
гипса, цемента, листового стекла, фанеры и картона.
Формы для малогабаритных изделий серийного и массового
производства и отдельные детали крупногабаритных форм
изготавливают из стали и медных сплавов с обязательным
хромированием и полированием рабочих поверхностей.
В последние годы широкое применение нашли формы из
полимерных материалов, которые могут быть жесткими и
эластичными. Отличие эластичных форм от металлических и
жестких полимерных форм состоит в том, что они имеют
переменный объем, т. е. при усадке композиции в процессе
полимеризации и охлаждения они также равномерно сокращаются. Если
в жестких формах можно получать плотные поверхностные
слои изделия, то в эластичных формах достигается одинаковая
плотность по всему сечению изделия, что обеспечивает
наилучшие физико-механические свойства.
7.3.2. Изготовление изделий из полимер-мономерных
композиций
Полимер-мономерные композиции-—это смеси жидких
мономеров и полимерных порошков. В состав полимер-мономерных
композиций могут входить катализаторы или инициаторы,
активаторы, пластификаторы, красители, сшивающие агенты, а
также наполнители. В зависимости от назначения изделий для
удешевления композиции в нее можно вводить до 45%
наполнителей (металлические порошки или стружка, графит,
мелкомолотый кварц и др). Применение наполнителей способствует
снижению усадки при полимеризации, уменьшению количества
тепла, выделяющегося при реакции отверждения, понижению
251

коэффициента линейного расширения и повышению вязкости
композиции. Некоторые виды наполнителей могут придавать
композиции специфические свойства.
Состав композиций зависит от назначения и размеров
изделия.
Процесс получения изделии из полимер-мономерных
композиций предусматривает следующие стадии: подготовка сырья и
формы, смешение компонентов, формование изделий.
Подготовка сырья и формы. Мономеры очищаются
от ингибиторов, которые могут замедлить процесс
полимеризации. Полимерные порошки с повышенной влажностью
подсушивают. Сухие сыпучие компоненты просеивают через сито.
Формы для изготовления изделий тщательно очищают от
загрязнений и в случае необходимости покрывают
разделительным слоем для предотвращения прилипания к ним изделии.
Разделительный слой выбирается в зпвиснмости от материала
формы, ее конструкции, а также состава композиции. Гипсовые
и бетонные формы покрывают разделительным слоем из
жидкого стекла, крахмального клейстера, лаков на основе
природных или синтетических полимеров, дающих пленку,
нерастворимую в заливаемой композиции. Такие разделительные пленки
удаляются из формы вместе с отлитым изделием. В случае
применения металлических форм в композицию вводят смазку
в количестве около 0,5% от массы композиции. К формам,
изготовленным из полимеров, композиции практически не
прилипают, поэтому не требуется нанесения разделительных слоев
или введения смазки в литьевую композицию.
Очищенные детали формы с нанесенными разделительными
слоями собирают и стягивают струбцинами, бандажами или
клиньями, после чего они готовы к заливке.
Смешение компонентов. Литьевую композицию
приготавливают непосредственно перед заливкой в форму.
Смешение проводят в открытом сосуде из нержавеющей стали при
помощи мешалки или лопатки. Вначале перемешивают
мономеры с инициатором и пластификатором, затем добавляется
краситель, предварительно растертый в пластификаторе или
мономере, и после тщательного перемешивания постепенно
засыпается полимерная смесь. Для получения однородной пасты
без комков и сгустков перемешивание продолжается еще
некоторое время. Масса, используемая для литья без давления,
должна иметь консистенцию густого сиропа или сметаны.
Вначале происходит смачивание полимерных частиц
мономером, а затем набухание их поверхности и частичное
растворение в мономере. В дальнейшем происходит диффузия
мономера внутрь полимерных частиц, в результате чего уменьшается
количество свободного мономера и масса «созревает» для
формования изделий. Для удаления пузырьков воздуха, попавшего
252

и композицию при ее перемешивании, процесс созревания
следует проводить под вакуумом около 4—7 кПа. Созревание
протекает в течение 3—4 мин при 20—25°С. Ввиду низкой
жизнеспособности композиций C—7 мин при комнатной
температуре) их готовят небольшими партиями: чаще всего масса одной
отливки составляет 15 кг.
Готовая композиция немедленно выливается в
подготовленную форму. Заливка производится плавной струей без
давления для подвижных смесей и с применением небольших
давлений при густых смесях. При этом форму лучше слегка
встряхивать или наклонять для облегчения выхода воздуха. При литье
в металлические или полимерные формы их постукивают
деревянным молотком, но наиболее рационально для уплотнения
массы композиции использовать вибростенд. После заливки
формы закрывают пуансоном, крышкой или пробкой.
Формование изделий. Для получения качественных
изделий очень важно, чтобы весь процесс от заливки
композиции до полимеризации проходил очень быстро, в пределах
живучести композиции.
После заливки закрытые формы помещают в
нагревательные камеры. Это может быть ванна с кипящей водой, если
полимеризацию ведут при 100"С. Плоские формы устанавливают
на прессе с обогреваемыми плитами. Гипсовые формы перед
прогревом выдерживают при комнатной температуре в течение
30—40 мин, а затем обогревают острым паром в автоклаве при
110°С. Можно иснользова i ¦ -пздушные обогреваемые камеры,
но при этом процесс отве|> - iC-ния замедляется из-за плохой
теплопередачи.
Время полимеризации обычно устанавливается опытным
путем по первой детали. Для форм из алюминиевых сплавов
время отверждения составляет 1 мин на 1 мм толщины изделия.
В остальных формах это время увеличивается, а в латунных и
особенно в бронзовых значительно сокращается, так как
материал этих форм оказывает каталитическое действие на процесс
полимеризации.
На скорость полимеризации влияют почти все добавки,
вводимые в композицию. В присутствии активаторов можно
проводить процесс отверждения на холоду, т. е. без подвода
внешнего тепла. В результате полимеризации за счет тепла
экзотермической реакции температура композиции повышается до
70—90СС. При холодном отверждении лучше использовать
формы из полимеров или гипса с малой теплопроводностью. В
случае же применения металлических форм их следует подогревать
до 40 °С с целью исключения охлаждения композиции в начале
полимеризации.
Полимеризацию плоских изделий можно проводить в
открытых формах под действием ультрафиолетового облучения.
253

После отверждения формы разбираются с помощью
специальных разъемников, а также универсальными
приспособлениями и инструментами: винтовыми разъемниками, клиньями,
молотками. Эластичные полимерные формы легко отделяются от
изделия и поэтому разбираются просто. Гипсовые формы
разбивают.
Готовые изделия в случае необходимости подвергают
механической обработке: снятию грата, сверлению, нарезанию
резьбы, шлифованию и т. д. Их можно склеивать и сваривать,
полировать, лакировать и окрашивать. Лаки и краски наносят
обычными способами, но без грунтовки, так как адгезия их
к поверхности изделий достаточно велика.
Полимер-мономерные композиции можно перерабатывать не
только литьем, но и прессованием, а также другими методами.
Например, негорючие композиции на основе поливинилхлорида,
имеющие высокую вязкость, перерабатываются на прессах или
методом формования с помощью эластичных пуансонов (в
случае очень крупных изделий).
'Литьем полимер-мономерных композиций можно
изготавливать скульптуры, изделия для строительных и реставрационных
работ, декоративные изделия и т. д. Отливки могут быть
весьма значительных размеров — до 10 м высотой.
7.3.3. Изготовление изделий из капролона
Капролон — полимер е-капролактама, получаемый анионной
полимеризацией в форме. При этом получаются изделия с
высокими физико-механическими характеристиками и более
дешевые, чем изделия из других конструкционных материалов, что
обусловливает перспективность применения капролона для
различных целей. В настоящее время капролон используют для
изготовления деталей судовых механизмов, работающих в
узлах трения и активного воздействия морской воды, а также
для изготовления зубчатых колес, втулок, деталей насосов и
фильтров, электротехнических изделий и т, д.
Полимеризация капролактама в присутствии катализатора
и активатора протекает при температуре ниже температуры
плавления полимера и при атмосферном давлении. В качестве
катализатора могут быть использованы щелочные и
щелочноземельные металлы, их гидриды, амиды, гидроксиды, карбонаты
и другие соединения. Активаторами могут служить N-аиил-
производные лактама (ацетилкапролактам) или соединения,
способные ацилировать лактам в условиях полимеризации.
Процесс получения изделии состоит из следующих стадий:
подготовка сырья, приготовление растворов, получение форпо-
лимера (преполимера), формование изделии.
254

Подготовка сырья. Капролактам подвергается сушке
до содержания влаги' 0,1% (не более), а затем плавится в ап-
парате-плавителе при 100—110°С. Сушить капролактам можно
в вакуум-сушильном шкафу при температуре около 50 °С или
в сушильном шкафу с рециркуляцией воздуха. Наиболее
рациональна сушка в среде инертного газа в гребковых или
барабанных сушилках.
В процессе плавления капролактама из него удаляется
остаточная влага под давлением 0,02 МПа инертного газа,
подаваемого в нижнюю часть плавителя. Допустимая конечная
влажность расплава капролактама — не выше 0,02%.
Приготовление растворов. Из плавителя
капролактам через фильтрующий патрон подается в дна отдельных
реактора-смесителя: в первом к нему добавляют катализатор, а
во втором — активатор.
При смешении капролактама с катализатором —
металлическим натрием — температура не- должна превышать 110°С.
Температура смешения капролактама с активатором зависит
от температуры заливки и может изменяться от 120 до 140 °С.
Получение фор пол и мера. Растворы катализатора и
активатора в капролактаме из смесителей поступают в форпо-
лимеризатор. Необходимое эквивалентное соотношение
катализатора и активатора достигается одновременной подачей
растворов по трубопроводу равного сечения. При смешении
растворов образуется форполимер. который по заливочному
устройству поступает в предварительно подготовленные и
нагретые формы. Полимеризация проводится в термокамере при
температуре 160—180°С примерно в течение 1 ч.
Формование изделий. В формах одновременно
протекает процесс синтеза полимера и формования изделий,
который зависит от многих факторов: типа активатора, режима
полимеризации (температуры расплава и формы), скорости
охлаждения и др.
Тип применяемого активатора влияет на плотность и
степень кристалличности полимера. Полифункциональные
активаторы способствуют образованию капролона с разветвленным
и сшитым строением, которое, затрудняя кристаллизацию,
приводит к отсутствию четко выраженной сферолитовон структуры
и уменьшению жесткости полимера. Наиболее полно
полимеризация проходит при эквивалентном соотношении компонентов
каталитической системы, когда на одну функциональную
группу катализатора приходится одна функциональная группа
активирующего соединения. Увеличение мольнсн концентрации
одного из компонентов либо замедляет, либо полностью
прекращает процесс полимеризации. Оптимальная концентрация
каталитической системы составляет 0,3—0,4% (мол.), что
обеспечивает получение высококачественных полимерии

Температура форполимера существенно влияет на весь ход
процесса получения полимера, а также на свойства и качество
готовых изделий. Температура форполимера зависит от
активатора, массы и конфигурации изделия и должна находиться
в пределах 120—140°С. При более низких температурах
образуется полимер с неоднородной структурой, высоким
содержанием низкомолекулярных соединений, а следовательно,
качество изделия будет низким При температурах выше 140°С
реакция полимеризации ;;роик^ет с большой скоростью, и вязкость
форполимера быстро нарастает, в результате чего воздух и
летучие компоненты не успевают полностью рыйти и остаются
внутри изделия. Это является причиной образования
многочисленных мелких пор, усадочных раковин и трещин.
Температура формы зависит от массы и типа отливаемого
изделия. Нижняя граница температуры формы определяется
начальной температурой заливаемого форполимера и должна
быть выше 150°С. При более низкой температуре на
поверхности изделий образуется слон незаполимеризовавшегося
мономера, а полимер будет иметь пониженные прочностные
характеристики. Верхняя граница температуры формы
устанавливается с таким расчетом, чтобы конечная максимальная
температура структурообразования не превысила температуру
плавления полимера и была не выше 180°С. При относительно
пониженных температурах рекомендуется отливать
крупногабаритные, толстостенные изделия большой массы. При
повышенных температурах формы образуются значительные
усадочные раковины, возможно образование пор внутри изделия, а
поверхностный слой изделия из-за сильного окисления будет
иметь темный коричневый цвет.
Время выдержки при температуре полимеризации
устанавливается, исходя из необходимости обеспечить полное
протекание процессов затвердевания полимера и в зависимости от
скорости полимеризации, размеров п массы изделия. Оно может
изменяться от 0,5 до 2 ч. Для более толстых изделий время
выдержки увеличивается, но оно не должно быть более 2 ч,
так как дальнейшее увеличение времени выдержки при
температуре полимеризации не оказывает существенного влияния на
свойства полимера.
Характерной особенностью процесса анионном
полимеризации капролактама является то, что он протекает при
температуре ниже температуры плавления полимера, благодаря чему
процессы роста макромолекул и их упорядочение
(кристаллизация) частично накладываются друг на друга. Скорость
охлаждения оказывает большое влияние на формирование
структуры, и при медленном охлаждении получаются полимеры с
однородной структурой, хорошей поверхностью и высокими
физико-механическими характеристиками.
256

Режим охлаждения оказывает влияние не только на одно
родность структуры, но также на внутренние напряжения,
которые возрастают с увеличением скорости охлаждения.
Поэтому скорость охлаждения должна изменяться в пределах от 5
до 10—12°С/ч и зависеть от массы и толщины отливаемых
изделий. Медленное охлаждение изделии в полимерпзацнонноп
камере до 100°С, последующее охлаждение в термостате до
50 ЭС п далее — на воздухе до 15—20°С наиболее полно
соответствуют требованиям промышленной технологии с точки
зрения эффективности использования оборудования и достижения
наилучшего качества изделий.
Забракованные изделия поступают в отходы производства
и после измельчения могут повторно использонаться как
добавка к капроновой крошке (в количестве 15—120'!-,, ) :щи
получении изделий методом литья под давлением.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
7.1. В чем сущность метода спекания? В каких случаях он
применяется?
7.2. Как изменяются свойства фторопласта-4 при спекании
и охлаждении заготовок?
7.3. Каковы режимы прессования и спекания при
переработке фторопластов?
7.4. Что такое закалка фторопластовых заготовок и с какой
целью она производится?
7.5. Какими способами можно получать пленку из
фторопласта-4?
7.6. Какими способами можно получать трубы из фторо-
нласта-4?
7.7. В чем состоит принцип центробежного литья и каково
его назначение?
7.8. Расскажите об установках для центробежного литья
с вертикальном м горизонтальной осями вращения.
7.9. Каковы пути снижения трудоемкости и повышения
производительности при получении изделии методом
центробежного литья?
7.10. В чем состоит принцип автоклавного литья и каково
его назначение?
7.11. В чем состоит принцип переработки термопластов
методом литья без давления? В каких случаях он применяется?
7.12. Из каких стадии состоит процесс изготовления
изделий методом литья без давления? Опишите их.
7.13. В чем состоит принцип изготовления изделий из поли-
мер-мономерных композиции?
17—81 257

7.14. Опишите процесс изготовления изделии из капролона.
7.15. Каковы преимущества метола литья без давления
перед другими методами изготовления изделии?
ГЛАВА 8
ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ТЕРМОПЛАСТОВ
3.1. ИСТОЧНИК ОТХОДОВ ПЛАСТМАСС
Производство пластических масс является одной из наиболее-
быстро развивающихся областей промышленности. В связи
с непрерывным возрастанием объема производства и
потребления пластмасс увеличивается и количество п.\ отходов. По
источникам образования отходы можно разделить на две
большие "руппы: отходы производства и отходы потребления.
В первую группу входят отходы, образующиеся при
производстве и переработке полимеров: слитки и куски полимеров,
литники, обрезки, дефектные изделия. Отходы переработки
термопластов полностью используются как вторичное полимерное
сырье. Образующиеся при синтезе полимеров небольшие слитки,
также перерабатываются во вторичные материалы; в
ближайшее время намечается организовать переработку и крупногаба
ритных слитков.
Во вторую группу входят отходы потребления, которые
в свою очередь подразделяются на технические отходы (отходы
промышленного потребления) и бытовые отходы (отходы
бытового потребления). К отходам технического назначения
относятся детали, утратившие в процессе эксплуатации
первоначальные показатели свойств: шестерни, втулки, рычаги,
радиотехнические изделия, изоляция проводов, теплоизоляция,
строительные погонажные изделия и т. д. Бытовые отходы
представляют собой изношенные изделия, утратившие
потребительские свойства: тара и упаковка, пленка, детали мебели и
т. п. Иногда очень трудно установить принадлежности
изношенного изделия к тому или иному виду отходов. Отходы
технического назначения состоят из самых разнообразных
термопластов, в бытовых отходах преобладают полполефины E5—62%),
стирольные пластики A8—28%) и поливинилхлорид F—П%).
Использование отходов термопластов, образующихся при
их переработке в изделия, не представляет особых затруднении.
Другое дело переработка бытовых отходов. В этом случае
трудности возникают при организации сбора и при сортировке
отходов по видам пластмасс. Поэтому трудоемкость переработки
бытовых отходов fie всегда окупается и часто их сжигают с
утилизацией тепла.
258

8.2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
8.2.1. Общая технологическая схема переработки отходов
Переработка отходов пластмасс может осуществляться
различными методами. Но общая схема их переработки включает
следующие операции: предварительную сортировку и очистку
отходов, измельчение, отмывку и сепарацию, классификацию
отходов по видам пластмасс, сушку, грануляцию, переработку гра-
нулята в изделие.
Технологическая схема переработки отходов пластмасс
приведена на рис. 8.1. Загрязненные отходы, которые могут
содержать резину, металлы, стекло и другие материалы, с
помощью конвейера / подаются на дробилку предварительного
измельчении 2. Измельченные отходы промываются и
пневмотранспортом направляются в воздушный разделитель 3, в
котором отделяются тяжелые металлы. Далее отходы
дополнительно измельчаются во второй дробилке и проходят через
магнитный сепаратор 4 для удаления оставшихся металлов
Затем измельченные отходы еще раз промывают водой п сушат
в центробежной сушилке 7. Высушенные отходы перемешивают
в турбинной мельнице 8 для предотвращения комкования и
полают в экс тру дер 9, в котором с помощью таблетирующего
устройства 10 материал превращается в таблетки.
Получение вторичных полимеров по данной схеме является
трудоемким и дорогостоящим процессом, который не получил
большого распространения. В основном он применяется для
переработки бытовых отходов.
&^ > [Промыёна
(о°)о
С нонВейера\к Д Д
9 т
га/
Термопласт
I'hc. 8.I. Общая технологическая i-хема переработки отходом:
i конвейер для модачн отходов: 2 дробилки: .4— воздушной класспфи^а го(>: -/ —
магнитный сепаратор: .5 щкшмна гель: в конвеЛер: 7 - иентробеж.Шг сушилки: S-
чельннца; 9 — эксТ|>\ дер: 10 таблетнруюшее устройство: П — бункер дли таблетик
17
259

8.2.2. Переработка отходов измельчением и экструзией
При измельчении отходы термопластов—литники, кромки
листов, отходы вакуумформовочныл производств, дефектные из
делия и другие поступают в дробилки, где измельчаются н
крошку с размером частиц около 2 мм. Наиболее
распространенным типом оборудования для дробления являются
измельчители ножевого типа, в которых измельчение происходит в уз
ком зазоре @,1—0,5 мм) между неподвижными ножами,
закрепленными внутри статора, и ножами, установленными на
вращающемся роторе. В табл. 8.1 приведены технические
характеристики некоторых типов измельчителей пластмасс.
Для дробления хрупких материалов (полистирол, многие
реактопласты) эффективны измельчители, конструкция которых
основана на ударном, ударно-режущем или ударно-импульсном
действии. Промышленностью выпускаются универсальные дез
интеграторы-активаторы, в которых благодаря высокой
скорости удара (до 310 м/с) и многорядности расположения ударных
элементов достигается высокая производительность при
измельчении полимеров —от 20 кг/ч до 50 т/ч.
Для измельчения вязкоупругих полимеров, таких, как поли
амиды, термопластичные полиуретаны, фторопласты, и других
в последнее время все большее применение находят измельчи
тели, снабженные установками для глубокого охлаждения ма
териала — до температур ниже температуры хрупкости изме.чь
чаемых полимеров. В качестве охлаждающего агента использу
ется жидкий азот с температурой —196 °С, что ниже темиерат\
ры хрупкости большинства полимерных материалов.
Измельчение при пониженных температурах имеет ряд пре
имуществ: благодаря охлаждению и инертной среде
исключается термодеструкция полимера, предотвращается окисление
продукта, резко возрастает степень измельчения, повышается
производительность процесса и снижаются удельные
энергозатраты.
Полученная на измельчителях крошка поступаеч па перера
ботку в изделия, чаще всего в виде смеси со свежим
материалом.
Таблица 8.1. Технические- характеристики нолевых тм
пластмасс (ИПР-иямельчи.тсли п.ыст.\ии\' роторные)
.Модель
НПР-100-1А
ИПР-150Л1
ППР-ЗООМ
ИПР-450.М
Л1;1кгима.1ЬAаи
производи ге.м.
НОГ Г!.. KI Ч
60
150
350
1500
Uoiuniii ii.
npiihu-Ui.
кВт
1
1 (i
18'5
27.5
Динм*' 1 р
[мпора. м м
100
150
300
450
4;K'ior;i враии-
ИМЯ |>ОТ.<|1<|.
пЛ. мни
1,-)<Ю
1300
7G0
700
260

Рис. 8.2. Технологическая схема
переработки отходов метолом
экструзии:
/ — измельчитель; 2 — бункер; .V -
магнитный желоб; 4- ¦ ккструдер: 5 о.\
лаждающая ваина; S-~ гранулятор
Отходы
Широко применяется также экструзионный метод перера
ботки отходов. На рис. 8.2 приведена принципиальная
технологическая схема переработки отходов методом экструзии.
Отходы поступают в дробилку /, из которой крошка
пневмотранспортом подается в бункер-смеситель 2. Далее, пройдя
магнитный желоб 3 для отделения металлических примесей,
измельченный материал поступает в бункер экструдера 4. Экст-
рудат в виде жгута или ленты после охлаждения в ванне 5 ре
жется в трансляторе 6 на гранулы.
Установки для переработки отходов экструзионным мето
дом, например линия ЛГВТ9Х120, имеет производительность
до 200 кг/ч.
При измельчении пленочных отходов, обрезков пенопластов.
имеющих низкую насыпную плотность, их предварительно
уплотняют. Для этой цели применяются, например, дисковые
уплотнители, представляющие собой грануляторы с
фрикционными дисками, один из которых вращается, а другой установлен
неподвижно. Спекание и уплотнение отходов происходят за счет
теплоты трения, выделяющейся при вращении диска. После
спекания полученная масса в виде жгута с потоком холодного
воздуха подается в ножевую дробилку.
Для переработки отходов полиэтиленовой пленки
применяется комплексная линия производительностью 1 15 кг/ч, в
состав которой входят узлы измельчения отходов, их уплотнения
и последующей грануляции (рис. 8.3). Измельчение осуществ-
Отходы
ПЗ-пленни
I'wc. 8.3. Технологическая схема переработки отходон иолилпленипой пленки:
1—грамулятор; 2 — охлаждающая каина; i - ^кструдер; V — 6\ккгр; .5 измельчитель
•1ТХОДОВ
2С)

ляется в ножевой роторном дробилке с трехсекционным
ротором, после чего измельченные отходы пневмотранспортером
через дозирующий питатель подаются в уплотняющий конусно-
шнековый экструдер с гранулирующей головкой н далее после
охлаждения режутся на гранулы размером 3X4 мм.
8.2.3. Переработка отходов вальцово-каландровым методом
Этим способом перерабатывают отходы термопластов без их
предварительного разделения. Метод заключается в
вальцевании и каландровании материала и получении плит и листов,
которые могут быть использованы для изготовления линолеума,
тары, мебели. Хорошие пластикация и гомогенизация
материала обеспечивают получение изделий с достаточно высокими
прочностными показателями. В качестве примера можно
привести переработку отходов производства шлангов и различных
прокладок (уплотнители дверей домашних холодильников и
т. п.) из пластифицированного ПВХ. Образцы изделий
поступают на вальцы, на которых происходит их пластикация и
гомогенизация в течение 20—30 мин. При переработке нпикопласти-
фицированных отходов температура рабочего валка 160°С,
холостого 150°С, для высокопластифицированных соответственно
120 и 115°С; коэффициент фрикции 1,25—1,30. Полученные
листы поступают на изготовление плиток для иола.
8.2.4. Автоклавный метод переработки отходов
Этот метод применяется для переработки изношенных изделий
из полиамидов, а также путанки, лоскута и других отходов
прядильного, трикотажного и швейного производств,
использующих полиамидные волокна и ткани.
По этому методу загрязненные изделия (в основном
рыболовные сети) загружают в специальную стиральную машину с
объемом бака 700 л п промывают горячим раствором
кальцинированной соды в течение 20 мин. Далее сети отмываются от
щелочи горячей и холодной водой, отжимаются в центрифуге и
сушатся до содержания влаги не более 3%. Подготовленные
таким образом изделия поступают в автоклав на переплавку.
Автоклав представляет собой вертикальный цилиндрический
аппарат с рубашкой для теплоносителя — смеси дифенила с ди-
фенилоксидом, позволяющего поддерживать температуру
расплава около 250°С. Во избежание деструкции полиамида
плавление проводится под азотом. Расплав полиамида собирается
в коническом днище автоклава и через фильеру выпускается в
охлаждающую ванну длиной 8—10 м в виде ленты.
Затвердевшая лента поступает в дробилку, в которой режется на
крошку 10X5 мм.

Полученным вторичный полиамид можно перерабатывать в
изделия без смешения с исходным материалом.
Принципиальная схема узла плавления отходов показана на рис. 8.4.
8.3. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ОТХОДОВ ПЛАСТМАСС
Композиции на основе смесей отходов термопластов в
качестве связующего и различных наполнителей (отходов
деревообрабатывающей промышленности, бумажно-слоистых пластиков,
стеклопластиков и др.) находят широкое применение в
промышленности. Смешением отходов полистирольных пластиков
с отходами деревообрабатывающей промышленности с
последующим прессованием получают плиты, используемые в
строительстве и в производстве детален мебели. Кроме того, широко
применяются композиции из отходов АБС-пластиков и
бумажно-слоистых пластиков, которые получают путем холодного
смешения компонентов в скоростных смесителях с дальнейшей
экструзией. Гранулы перерабатываются литьем под давлением
или прессованием в изделия неответственного назначения.
Отходы термопластов могут применяться и как
модифицирующие добавки для полимеров. Например, низкомолекулярные
отходы полиэтилена используются в композициях с полнсти-
рольными пластиками для повышения их эластичности. Так,
при добавлении 2% отходов полиэтилена к полистиролу
ударная вязкость его возрастает с 28 до 43 кДж/м?.
Все более широкое применение находят полимерные отходы
для изготовления звукоизоляционных плит и панелей, гермети-
ков, применяемых в строительстве зданий и гидротехнических
сооружений. Один из методов получения строительных плит
заключается в прессовании смеси отходов и песка в
соотношении 1 :1. Песок просеивают, нагревают до 500сС, добавляют к
смеси отходов, смешивают при 150СС в течение 25 мин и массу
прессуют. По такой же технологии получают композиции
отходов пластмасс с мелом, стеклянным волокном, асбестом и
другими минеральными наполнителями. Полимерные отходы и
наполнители подсушивают при
120°С в течение 2 ч, затем пла-
стицпруют в смесителе при 250—
300вС в течение 15 мин,
выгружают при 180 °С в формы и
прессуют. Полученные
материалы имеют хорошие прочностные
Отходы из сушилки
Дзот
Рис-. 8.4. Технологическая схема
переработки отходим автоклавным метолом:
! а нт ок л а в; 2 охлажда лица я i:a н н а: -7 —
I |МН\'ЛМТО|)

показатели и обладают высокой стойкостью к истиранию, что
позволяет использовать их в качестве настила для полов. Для
улучшения внешнего вида в композиции добавляют на стадии
смешения пигменты, например оксид железа, оксид хрома,
желтый крон п др.
Строительные материалы можно получать путем смешения
в расплаве отходов полиэтилена, полипропилена или с
цементом с последующей разливкой массы в формы и охлаждением.
Изготовленные таким образом элементы строительных
конструкции имеют высокую прочность и стойкость к горению.
Композиционные материалы на основе отходов пластмасс
применяются для герметизации швов между панелями здании,
для покрытия частей сооружений, работающих под водой, для
получения гидроизоляционных покрытий, герметизирующих
лент и т. д.
8.4. УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДОВ ПЛАСТМАСС
В некоторых случаях отходы полимеров нельзя переработать
во вторичный грапулят или композиционные материалы, что
связано с высокой степенью их загрязнения. Это относится
прежде всего к городскому мусору, в котором доля
пластмассовых отходов (пленка, пакеты и другие виды упаковки)
довольно значительна. Наиболее рациональными методами
утилизации отходов в подобных случаях являются термические
методы. Термической утилизации подвергаются также
загрязненные бытовые от.ходы.
Термические методы утилизации можно разделить на две
группы: термодеструкцию полимеров с получением твердых,
жидких и газообразных продуктов и сжигание с утилизацией
тепла.
Методом термической деструкции отходов
полиэтилена низкой плотности получают воска—парафиновые
углеводороды с молекулярной массой 500—8000 и
температурой плавления 80—120°С. Деструкция осуществляется в
термодеструкторе при температуре 500°С. Технологическая схема
включает следующие стадии: дозировку отходов ПЭ в экстру-
дер, плавление и подачу в термодеструктор, деструкцию
отходов, охлаждение продукта в теплообменнике, отделение
легколетучих побочных продуктов, фильтрование и усреднение
готового продукта в расплаве и выгрузку образовавшихся восков.
Изменением температуры по зонам экетрудера и частоты
вращения шпека можно регулировать молекулярную массу
продукта.
Получаемые таким образом воска используются для
пропитки бумаги, картона и тканей, для получения топких
покрыли

тий, для заполнения форм при литье металла, в производстве
печатных красок, лыжных мазей и т. п.
Пиролиз — это каталитическое термическое разложение
отходов полимеров при температурах 300—800°С с получением
различных углеводородов: газообразного топлива, керосина,
газолина, тяжелых масел и других продуктов. Ряд полимеров
(полиметилметакрилат, полистирол и др.) разлагается с
высоким выходом мономера.
Полиметилметакрилат был первым полимером, который
впервые использовали на практике для получения мономер;!
Термическая деструкция отходов ПММА осуществляется при
380—400°С с выходом мономера 95%- Технологическая схема
предусматривает подачу дробленых отходов в бункер,
дозировку их в обогреваемый горизонтальный реактор с червячным
транспортером, в котором происходит пиролиз ПММА. Пари
мономера конденсируются в холодильнике, после чего мономер
направляется на очистку и ректификацию.
Пиролиз отходов полистирола проводится при 700—800°С
с выходом стирола 75—85%. При низкотемпературном пи рол и
зе C70°С) выход снижается до 62%.
Пиролиз полиолефинов при 300—360°С протекает с очень
малым выходом исходных мономеров. При одном из методом
пиролиза ПЭНД при 400—450°С, давлении 6,7 кПа получается
смесь газолина и керосина с выходом 92%.
Сжигание как метод утилизации применяется для обра
ботки отходов (прежде всего бытового мусора), в котором
количество пластмассовых материалов (в основном полиэтилена,
полипропилена, полистирола, поливипилхлорида) относительно
велико. Теплотворная способность ПЭ, ПП, ПС и ПВХ оцени
вается следующими значениями (в кДж/кг):
Полиэтилен 46,5
Полипропилен 46,2
Полистирол 40,7
Поливинилхлорид 19,0
Сжигание осуществляется в печах котельных установок, вы
рабатываюших пар.
Следует отметить, что часть пластмассовых отходов никак
не перерабатывается, их закапывают в землю—подвергаю!
захоронению. Разработаны различные методы захоронения не
утилизируемых отходов пластмасс — чаще всего на полигонах с
расчетным сроком эксплуатации не менее 25 лет. За это время
пластмассовые отходы подвергаются полному разрушению и не
представляют опасности для окружающей среды.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
8.1. Какие виды отходов пластмасс Вы знаете?
8.2. Какова особенность технологии переработки бытовых
отходов?
8.3. Какими методами перерабатываются отходы вязкоупру-
гих термопластов (фторопласты, термопластичные полиуретаны
и др.)?
8.4. Чем отличаются пластмассы вторичной переработки от
первичной?
8.5. Какие продукты можно получить при утилизации
отходов термопластов методом пиролиза?
ГЛАВА 9
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ
РЕАКТОПЛАСТОВ
9.1. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ РЕАКТОПЛАСТОВ
Термореактивные полимеры при нагревании переходят в вязко-
текучее состояние, а затем в результате протекания химических
реакций отверждаются с образованием пространственной
(сетчатой) структуры. При этом полимер необратимо изменяет свои
свойства, утрачивает способность переходить в вязкотекучее
состояние, становится неплавким и нерастворимым. Отвержден-
ные реактопласты имеют более высокие твердость,
теплостойкость, модуль упругости, усталостную прочность, более низкий
коэффициент линейного расширения, чем термопласты.
Из-за необратимого изменения свойств термореактивных
полимеров их синтез проводят в несколько стадий. На первой
стадии получают олигомеры (смолы) с невысокой
молекулярной массой. Благодаря низкой вязкости олигомеры легко
смешиваются с наполнителями и другими добавками. На второй
стадии проводят предотверждение олигомерон (при сушке или
вальцевании). Это сокращает продолжительность выдержки
материала в форме при изготовлении изделий и улучшает их
качество. На третьей стадии происходит формование изделий.
На этой стадии олигомеры могут отверждаться
самопроизвольно или при введении отвердителя.
Реактопласты помимо олигомера могут содержать
наполнитель, смазку, отвердитель. специальные добавки и др.
Они могут выпускаться в виде пресс-порошков, волокнистых
материалов и слоистых пластиков.
266

К реактопластам относятся также полимерные компаунды.
представляющие собой жидкие пропиточные или заливочные
составы, отверждающиеся после пропитки и заливки вследствие
протекания химических реакций.
Перерабатываются реактопласты в изделия главным
образом методами прессования, а также литьем под давлением н
другими.
Переработка реактопластов в изделия основана на
пластической деформации материала при одновременном воздействии
на него теплоты и давления с последующей фиксацией формы
за счет химического отверждения олигомера, т. е. образования
пространственной структуры вследствие протекания реакций
поликопдепсации или полимеризации. Качество получаемых
изделий зависит от скорости и полноты отверждения.
Образование трехмерной структуры может происходить в результате
взаимодействия функциональных групп макромолекул или н
результате введения сшивающего агента.
9.1.1. Вязкотекучее состояние реактопластов
При нагревании выше 100—120°С реактопласты вследствие
плавления связующего переходят в вязкотекучее состояние и
приобретают способность течь и заполнять формующую полость
формы. По характеру течения расплавов реактопласты
представляют собой неныотоповские жидкости, и их реологические
свойства описываются теми же зависимостями, что и свойства
расплавов термопластов (см. гл. 2). Наиболее сильно
изменяется вязкость в зависимости от скорости сдвига у
пресс-материалов, содержащих порошкообразный органический
наполнитель.
Это можно объяснить тем, что композиции па основе олиго
мерных связующих представляют собой высоконаполненные
грубодисперспые суспензии. Физико-химическое состояние
расплавов этих материалов качественно отличается от состояния
расплавов термопластов. Олигомерпое связующее представ.niei
собой низкомолекулярный продукт, вязкость которого при тем
пературах переработки в тысячи раз меньше, чем вязкость
термопластов. В то же время композиции па основе олпгомер-
ного связующего за счет большой концентрации наполнителя
имеют высокую вязкость. Вязкость такой системы определяется
характером взаимодействия частиц наполнителя со связующим,
поэтому при деформировании системы обнаруживаются
аномальные явления, обусловленные разрушением «каркаса»,
состоящего из соединенных друг с другом частиц наполнителя.
При дальнейшем нагревании материала вязкость
понижается, по при этом уменьшается и время пребывания реактопласта
в вязкотекучем состоянии. При высокой температуре материал

начинает быстро отверждаться, и текучесть его понижается,
так как по мере увеличения числа пространственных
химических связей вязкость материала возрастает. На начальной
стадии отверждения реакция протекает не в направлении общего
роста молекулярной массы связующего, а в направлении
сужения его молекулярно-массового распределения за счет
увеличения молекулярной массы более подвижных
низкомолекулярных фракций. В этот период вязкость реактопласта в
большей степени определяется сцеплением частиц наполнителя,
которые образуют каркасные структуры, чем вязкостью
связующего. После образования сшитой структуры материал
теряет способность к вязкому течению.
9.1.2. Отверждение олигомеров
Скорость протекания реакции сшивания зависит от времени и
температуры. Чем выше температура отверждения, тем больше
скорость образования пространственной сетки, и чем больше
время отверждения, тем полнее протекают химические реакции.
На процесс отверждения большое влияние оказывает также
давление. При увеличении давления сначала скорость
отверждения возрастает, а затем, по достижении 80 МПа,
замедляется.
Скорость отверждения зависит от качества материала,
в частности, от содержания в нем воды и летучих соединений.
Чем выше влажность материала, тем медленнее протекают
реакции сшивания. Поэтому влажный материал перед
изготовлением изделий необходимо подсушивать.
В зависимости от метода переработки реактопластов
отверждение может происходить: при прессовании — совместно с
формованием изделия в пресс-форме; при литьевом прессовании
и литье под давлением — после оформления изделия в полости
формы; при изготовлении крупногабаритных изделий, например
из стеклопластиков,— при термической обработке
сформованной заготовки. Достижение необходимой полноты отверждения
некоторых видов олигомеров даже в присутствии катализаторов
и при повышенных температурах требует значительного
времени (до нескольких часов). Однако окончательное отверждение
может проводиться вне формующей оснастки, так как
устойчивость формы приобретается задолго до завершения этого
процесса. По этой же причине изделия можно извлекать из формы
без охлаждения.
Таким образом, наиболее важным параметром, оказываю
щим влияние на процесс химических реакций отверждения,
является температура. В зависимости от температуры
изменяются вязкость, время вязкотекучего состояния связующего,
скорость отверждения.

Кроме того, температура наряду с другими факторами
существенно влияет на качество изделия. При низких
температурах реакция протекает медленно, что приводит к получению
некачественных изделий. Поэтому в процессе переработки реак-
гопластов в изделия важно правильно установить и соблюдать
основные параметры — температуру, давление, выдержку.
9.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕАКТОПЛАСТОВ
Реактопластн. так же как н термопласты, характеризуются
комплексом технологических свойств, оценивающих их
пригодность к переработке. К этим свойствам относятся текучесть,
время отверждения, объемные характеристики и
гранулометрический состав, таблетируе.мость, содержание влаги и летучих
веществ и др.
Текучесть реактопластов определяется по методу Рашига.
Метод заключается в прессовании стандартного стержня и
измерении его длины. Текучесть по Рашигу является
относительной величиной, зависящей от времени отверждения
пресс-материала. Определение текучести по Рашигу проводят на съемной
пресс-форме (рис. 9.1). Навеску материала в виде порошка
пли таблетки помещают в загрузочную камеру пресс-формы,
предварительно нагретую до температуры испытания (для
фенопластов 150±2°С). Затем опускают пуансон и создают
давление 30±2,5 МПа. Время выдержки пресс-материала под
давлением составляет 180 с. Материал в течение этого времени
расплавляется, течет, заполняя капал формы, и отверждается.
9.1. Пресс-форма на стержень для определения текучести реактопластоо:
юлу 4;iT|>nu;i. 2 11 :i к :i и \i;ir|>nuu, .f пЛоймл матриц; 4 ¦ livanrnn

После окончания выдержки снимают давление, разбирают
пресс-форму и извлекают стержень. За текучесть по Рашигу
принимают значение, равное длине стержня в миллиметрах,
до границы его плотной части.
В промышленности широко используют текучесть по Рашигу
для оценки входного показателя качества каждой партии ма-
териала, что позволяет выбирать метод и условия переработки
его в изделия. Например, материал с текучестью 30—150 мм
перерабатывают методом компрессионного прессования, а с
текучестью 90—180 мм—литьевым прессованием. Причем высо-
котекучне материалы перерабатываются при меньшем давлении
и могут использоваться для изготовления крупногабаритных
изделий, изделий сложной конфигурации или с арматурой.
Текучесть реактопластов зависит от структуры полимера,
наполнителя и различных добавок. С увеличением содержания
наполнителя (особенно крупнозернистого и
длинноволокнистого) текучесть пластмассы уменьшается. В промышленности для
изготовления изделий применяют пресс-порошки с текучестью
50—200 мм, волокнистые материалы — 30—120 мм; асбоволе.ч-
ниты — 110—190 мм; стекловолокпиты — 140— 190 мм.
Время отверждения (выдержки) — это время, необходимое
для перехода реактопласта в неплавкое и нерастворимое
состояние. Время отверждения зависит как от состава и свойств
пресс-материала, так и от технологических факторов: темперу
туры формы, толщины изделия, предварительного подогрева,
подпрессовок и т. д. Чаще всего время отверждения
устанавливают по запрессовке стандартного конусного стаканчика в
определенных условиях. При этом за время отверждения
принимают минимальное время от момента смыкания пресс-формы
до извлечения качественного изделия (рис. 9.2). Этот метод
1
X
\ 1
X, С
I'nc. 9.2. Конусный стаканчик для определения премепн отпсрждспня
Смс. 9.3. Заппсимос! ь теплостойкости по Мартене.) (/) и innii'iicii уг.чи .иг
¦»лек грпчсчкнх потерь tg6 (!') or прсмони огнерж.депня pi-ак юпластон
.'70

¦.шляется относительным, он позволяет получить лишь
сравнительные данные о качестве различных партий полимерных
материалов и только в отдельных случаях дает возможность
приблизительно рассчитать время выдержки для изделий.
Оптимальное время отверждения по конусному стаканчику,
например для поволачпых фенопластов, составляет 50—60 с.
Более объективные данные получают при прессовании
стандартных образцов (бруски, диски) и определении их свойств:
разрушающего напряжения при изгибе, электрических
показателей н др. Образны изготавливают при различном времени от-
нерждеппя, испытывают пх и строят графическую зависимость
изменения показателей во времени (рис. 9.3). Минимальное
иремя отверждения соответствует точке перегиба кривой.
Проверить качество oiпрессованных изделий па правильность
установленного времени отверждения можно по степени
отверждения.
Степень отверждения определяют методом экстрагирования
растворителем пеотверждеппой части полимера в
отпрессованном изделии. Анализ проводя: в приборе Сокслета. Считается,
что материал отверждеп. ест и содержание растворимой части
связующего составляет 5—7%.
Наиболее полную технологическую характеристику реакто-
пласта можно получить па приборе Капавца. Этот прибор
позволяет определить: напряжение сдвига материала в вязкотеку-
чем состоянии, продолжительность нахождения материала в
низкотекучем состоянии (текучесть), время отверждения, а
также зависимость этих характеристик от температуры и скорости
сдвига.
Пластометр имеет вращающуюся от электродвигателя пресс-
форму, состоящую из двух сооспых цилиндрических деталей —
матрицы п штыря с рифлеными поверхностями для прочного
сцепления с прессуемым образцом. При прессовании образца
записывается кривая отверждения материала во времени
(рис. 9.4). При этом па диаграмме можно выделить два
участка; участок кривой ОВ, соответствующий текучему состоянию
материала, когда напряжение сдвига практически не меняется,
н участок кривой ВС, соответствующий времени, при котором
происходит химическая реакция отверждения. При этом угол
наклона ц кривой характеризует скорость перехода материала
к неплавкое и нерастворимое состояние.
Время отверждения пресс-материала в пластометре т,,1в
соответствует участку кривой ОС. т. е. равно времени от начала
нагревания до достижения определенного напряжения сдвига
о,,,-„. Это напряжение для фенопластов должно составлять
:i.88 МПа. а для амипоп.тастов —3,92 МПа. По времени от-
нерждепня рассчитывается время выдержки при прессовании
конкретного изделия. Напряжение сдвига в вязкотекучем со-
271

сГ,МПч
С! "Г, С
Те. г
Т'С
Рис. 9.4. Кринах кинетики шнержденмх:
[1[)ОДОЛЖИ [
HH.ihDlt'M 4L-TO
продолжительное"! i. притеки чи и
\h\ih4lvkh\ реакции ui верждення. in нпечн о гнерждення m;i гериала (нречя oi
|;.11)евания ди дси-тжения определенного (наченни напряжения сдвкча ^l)Til)
I'm*. 9.5. 3anni:iiMi>rrii upoj«>-"i>*> irj"c."n>ii<>L"i ¦¦ ия^кшекучс! о сиппяиия ш iем
поратуры
iTf)Hiinn ов, можно использовать для расчета пресс-формы пли
определения эффективной вязкости.
С повышением температуры напряжение сдвига в области
вя.шотекучего состояния уменьшается, процесс отверждения
начинается раньше и протекаем с более высокой скоростью. Та-
khv! образом, изменяя температуру испытаний, можно npoc.ic
uiTb изменение скорости отверждения и продолжительности
иизкотекучего состояния тал во в|>емепи и предсказать
поведение пресс-материала при прессовании (см. рис. 9.4).
Зависимость тп1 от температуры используется для
определения максимальной температуры предварительного нагрева
пресс-материала перед прессованием. При нагревании
материала до высоких температур необходимо быстро загрузить его ч
пресс-форму и сомкнуть ее, чтобы не произошло прежлевре
меппого отверждения. Суммарное время загру.чкн и смыкании
(время формования Тф) должно быть не больше продолжите.п>
постп вязкотекучего состояния т„л- Исходя из -лото можно
определить максимально допустимую температур}1
предварительного подогрева Т„р (рис. 9,5).
Кроме того, па пластометре можно получать данные дли
расчета реологической кривой течения (угловая скорое п.
матрицы го).
Таким образом, данный прибор позволяет определить
полную технологическую характеристику реактопласгов. К
недостаткам этого метода относится то обстоятельство, чт огвержде-
пие пресс-материала мропсхс)дит при дес|)орм1|рг)ванпп; при этом
межмолекулярпые связи в макромолекулах полимера частично
разрушаются. Это может привести к изменению кнпешкн \iivm

ческой реакции и повлиять на время отверждения. При ш
верждении изделий в пресс-форме сдвиг слоев отсутствуем
Тем не менее этот прибор широко используется для исследова
тельских целей.
Реактопласты, как правило, выпускаются в виде частик не
правильной формы размером до 2.5 мм. получаемых при
измельчении материалов в дробилках различного типа. Такие
материалы очень неоднородны по гранулометрическому составу
и содержат значительное количество пыли, что затрудняет н\
переработку. Поэтому реактопласты подвергают таблетщюна
нию, т. е. как бы гранулируют. Применение гранулированных
материалов при переработке, а также методы анализа
гранулометрического состава описаны выше (см. гл. 2).
В последнее время гранулирование реактопластов
приобретает особое значение в связи с развитием метода их перера
ботки — литьем под давлением, в котором очень важна
точность дозировки. Однако гранулирование термореактивиыч
материалов затруднено, так как при нагревании возможны
преждевременное их отверждение и потеря текучести. Поэтому
применяют механическое уплотнение при умеренных
температурах и увлажнении материала.
Под таблетируемостью понимают способность пресс-мате
риалов спрессовываться под действием давления и сохранять
заданную форму. Таблетки чаще всего имеют цилиндрическую
форму. Готовые таблетки должны выдерживать нагрузку при
хранении и транспортировании. Таблетируемость пресс
материалов зависит от гранулометрического состава, сыпучести,
содержания влаги. Мелкодисперсные порошки имеют более раз.
витую поверхность, поэтому чем меньше частицы порошка, тем
выше прочность таблетки. С повышением влаги в материале
таблетируемость улучшается. При таблетированип очень важен
показатель сыпучести.
Сыпучесть — способность материала равномерно истекать
через отверстие заданного диаметра; измеряется в г/с. Плохо
сыпучие материалы быстро слеживаются и зависают на стен
ках бункеров, что приводит к неравномерному питанию таблег-
машин и других перерабатывающих агрегатов.
Для испытания на таблетируемость изготавливают таблеткч
диаметром 20 мм и высотой 12—15 мм и проверяют
разрушающее усилие па испытательной машине на сжатие. Если
изготовленные таблетки не разрушаются под действием усилия
8 МПа, то считается, что пресс-материал обладает хорошей
таблетируемостью.
Таблетируемость имеет большое практическое значение, так
как позволяет увеличить плотность пресс-материала и
уменьшить его объем. Таблетироваппый материал обладает повышен
ной теплопроводностью, что повышает производительность тр\ -
18—«1 27 j

да, дает меньшие потери при загрузке и транспортировании
порошков, улучшает условия труда и состояние окружающей
среды.
К объемным характеристикам относятся насыпная плотность,
удельный объем, а также коэффициент уплотнения.
Насыпная плотность рн выражается массой единит.! объе\ы
при свободном насыпании материала и измеряется в кг/м3.
Удельный объем \\а выражается объемом единицы массы
материала при свободном его насыпании и измеряется в м3/кг.
Эти две характеристики взаимосвязаны между собой обратно
пропорциональной зависимостью. Определение этих
показателей проводится следующим образом. Пробу порошка через
воронку прибора ссыпают в измерительный цилиндр
вместимостью 100 см3. Избыток материала удаляют линейкой и
цилиндр с материалом взвешивают. Удельный объем и насыпную
плотность рассчитывают по формулам
Viu=V,,/mn; (9.1) (.„ = /»,Л'„, (9.2)
где V,,, тн — соответственно объем (r см3) и масса (п г) порошка « илмери
тельном цилиндре.
При измерении удельного объема и насыпной плотности
волокнистых материалов навеску укладывают в измерительный
цилиндр и прижимаю! уплотняющим поршнем. По шкале
поршня находят высоту навески и проводят расчет по
указанным формулам. Удельный объем для некоторых видов pea кто
пластов приведен ниже (в см3/г):
Пресс-порошки феио.тьные 1,4-2,2
Волокиты 4,0—4,5
Амштпласти 2.л — 3.0
Коэффициент уплотнения представляет собой отношение
плотности отформованного изделия к насыпной плотности
материала, т. е. показывает насколько уплотнился материал и
процессе формования изделий. Коэффициент уплотнения
рассчитывают по формуле
/Су = р../р... (9.3)
где о..— плотногть отформованного oopa-uia. I'/cvt1: п.. nari.niiiHii млопмггг t.
материала, г/см-'1.
Объемные характеристики зависят от плотности и формы
частиц, гранулометрического состава, влажности и других
факторов. В зависимости от этих показателей рассчитывают объемы
загрузочных камер, бункеров, некоторые размеры
перерабатывающего оборудования, хранилища и i. д. При большом
удельном объеме пресс-материалов требуются загрузочные
камеры больших размеров, что увеличивает их массу, метал.тое.м
274

кость и, следовательно, стоимость. Порошкообразные
материалы с большим удельным объемом имеют плохую
теплопроводность, поэтому время формования изделий увеличивается и
производительность снижается.
Усадка термореактивпых материалов зависит от природы
полимера, химического состава и количества наполнителя,
а также от условий предварительной подготовки материала и
режима формования изделий. При прессовании усадка
обусловлена процессами, происходящими в замкнутой пресс-форме:
плавлением и сближением частиц композиции, уменьшением
ее пористости, уплотнением расплава, превращением его в
монолитную массу, отверждением связующего, выделением
летучих продуктов и т. д.
Процесс отверждения протекает во времени, поэтому чем
больше время выдержки, тем полнее завершается химическая
реакция и тем меньше усадка после извлечения изделия из
формы.
Значительное изменение объема реактопластов при
прессовании происходит сразу же после размыкания формы и
извлечения из нее изделия вследствие перепада температур.
Последующее изменение размеров изделия связано с охлаждением,
которое происходит неравномерно, а следовательно, вызывает
анизотропию усадки.
Анизотропию усадки для наполненных пресс-материалов
можно объяснить различной ориентацией частиц наполнителя
н связующего в момент заполнении формы под действием
напряжения сдвига. Следует учесть, что образцы из
реактопластов после извлечения из пресс-формы охлаждают до
комнатной температуры под нагрузкой во избежание коробления
и усадку определяют не раньше 16 ч и не позже 72 ч после
прессования (см. гл. 2).
Данные о технологической (расчетной) усадке для
некоторых реактопластов (в %) приводятся ниже:
Фенопласты
пресс-порошки с органическим наполнителем 0,4—0,8
пресс-порошки <¦ минеральным нaIloлll^^тeлevl 0,3—0,6
волоки иты 0,3—0,8
асбонолокппты 0,2—0,6
стекловолокппгы 0,1—0,3
Аминопласты 0,4 — 1,3
Содержание влаги и летучих веществ в реактопдастах
также оказывает большое влияние па процесс переработки и
качество получаемых изделий. При повышенной влажности
увеличиваются время выдержки при отверждении и число подпрес-
совок, повышается усадка, па изделиях появляются вздутия,
разводы, трещины и т. д.
"¦" 27Г>

Влияние содержания влаги и летучих веществ на процесс
переработки и качество готовых изделий, а также методы ana
лиза описаны выше (см. гл. 2).
Содержание влаги и летучих веществ в реактопластах
определяют весовым методом, а в пресс-порошках --- также методом
Дина и Старка. Этот метод основан на экстрагировании воды,
содержащейся в пресс-порошке. растворителем (например,
бензолом), не смешивающимся с водой. Содержание влаги и
порошке (в °/о) рассчитывают по формуле
^ (9.4)
где V — объем воды, мл; ш — нанеска порошка, г
Оптимальное содержание влаги для реактопластов состав
ляет 2,5—3,5%.
9.3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РЕАКТОПЛАСТЫ
К основным промышленным реактопластам относятся фепо
пласты, аминопласты, сложные полиэфиры, эпоксидные
полимеры, кремиийоргапические полимеры, пол и им иды и другие
полимеры.
9.3.1. Фенолоальдегидные олигомеры
Фенолоальдегидиые олигомеры получаются по реакции ноли
конденсации фенолов с альдегидами.
В качестве феиолыюго сырья используют фенол п его гоми
логи: крезолы, кснленолы. резорцин, а гакже анилин. Из
альдегидов чаще всего применяют формальдегид, а также ацеталь-
дегид. масляный альдегид, фурфурол.
Наибольшее промышленное значение имеют фенолоформаль-
дегидные олигомеры (фенольпые смолы), производство которых
составляет примерно 95% от общего объема производства всех
фенолоальдегидпых олигомеров.
Обычно па стадии синтеза получают олигомеры с молек\-
лярной массой 1500—2000.
Олигомеры хорошо совмещаются с другими полимерами
(поливипилхлоридом. полиамидами и др.). легко этернфицнру
ются по фенолыюму гидрокснлу, приобретая способность рап-
воряться в неполярных растворителях, являются отверднте.тями
для эпоксидных и карбамндных смол. Высокая адгезия фепо
лоформальдегидпых олигомеров (особенно модифицированных)
обусловила их широкое применение для склеивания разпооб
разных материалов (металла, стекла, попей, древесины и т. д.)
Изделия, полученные из пластмасс па основе фенолоформаль-
-7'i

дегидных олигомеров, отличаются высокими механическими
показателями, теплостойкостью, водо- и кислотостойкостью,
хорошими диэлектрическими свойствами.
Низкая стоимость исходного сырья, его доступность,
простота и высокая производительность технологических процессов
получения и переработки фенолоформальдегидпых олигомеров,
хорошие потребительские свойства пластмасс на их основе
обеспечили выпуск этих материалов в огромных масштабах.
При поликонденсации фенолов с альдегидами в
зависимости от условий реакции могут образовываться как
термопластичные, так и термореактивные продукты. Основными
факторами, определяющими их образование, являются
функциональность фенолов, мольное соотношение фенолов и альдегидов и
рН реакционной среды.
Термопластичные олигомеры—новолаки (новолачпые
смолы) получаются при избытке фенола (двух- и более
функционального) и в кислой среде. Термореактивпые олигомеры—
резолы (резольпые смолы) получаются при избытке альдегида
и в щелочной среде при использовании трифупкцноиального
фенола.
Процесс поликонденсации ({ч-пола с формальдегидом
включает последовательно протекающие реакции присоединения и
поликонденсации. При протекании реакций присоединения
образуются различного рода гидроксиметилфеполы (фенолоспир-
ты). В результате протекания реакций поликопденсации
получаются смолообразные продукты новолачного типа общей
формулы
X)
он
I—СН,—
где п — 4 — 8
В общем виде процесс получения новолачной смолы может
быть описан уравнением
(п+ 1)C6H5OH + /iCH2O—>HOQH,
-СН2-[-С6Н.,(ОН) -СН2-]„
лг Н2О
При избытке формальдегида в щелочной среде па первой
стадии образуется смесь фенолоспиртов. Феполоспирты
относительно устойчивы и могут быть выделены в чистом виде.
При дальнейшей поликонденсации фенолоспиртов
происходит образование разветвленных олигомеров резолов, или резоль-

пых смол, общей формулы
ОН
—сн„-
сн./зн
где /|
_ m
2 — 5;
ОН
>,—сн.,—
т -4- 10
Молекулярная масса резолов колеблется от 400 до 1000,
т. е. она ниже, чем у поволаков.
При нагревании резолы постепенно отверждаются, т. е.
приобретают трехмерное (сетчатое) строение. Процесс
отверждения протекает в три стадии.
На первой стадии — стадия А (резол) олигомер по своим
свойствам аналогичен поволачпому олигомеру; он плавится и
растворяется в щелочах, спирте, ацетоне. Но в отличие от по-
волака резол представляет собой нестойкий продукт, который
при нагревании переходит в неплавкое и нерастворимое
состояние.
На второй стадии — стадия В (резчтол) олигомер частич
по растворяется в спирте и ацетоне, не плавится, по сохраняет
способность при нагревании переходить в высокоэластическое
состояние.
На третьей стадии — стадия С (резит) конечный продукт
отверждения представляет собой неплавкий и нерастворимый
продукт сложного трехмерного (пространственного) строения,
образовавшийся за счет связывания полимерных цепей метиле-
новыми мостиками.
В резольпых смолах могут содержаться также димегилен-
эфирпые группы —СН2—О—СНг - . из которых при нагревании
выделяется формальдегид.
Новолачные смолы являются термопластичными олигомера
ми, однако при определенных условиях они могут быть
переведены в резолы, а затем и в резиты. Так, при обработке их
формальдегидом (параформом). а также гексаметилентетрами-
пом (уротропином) они переходят в неплавкий и
нерастворимый олигомер — резит. При нагревании происходит разложение
уротропина и .молекулы поволачпого олигомера оказываются
связанными диметилемиминовымн —СН2 \Н -СНг-- и три-
метилепаминовымп мостиками — СН2— N — СН2 —. которые :»н-
С П^-
те м распадаются с выделением аммиака, играющего роль
катализатора, а в молекулах олигомера образуются метилеповые
труппы —СНг-— и (ермостабильпые связи — СН —N---СН2—.
-278

Образование неплавких и нерастворимых продуктов при
взаимодействии новолаков с уротропином проходит с большой
скоростью при 160—180 °С. При этом скорость отверждения
тем выше, чем ниже содержание свободного фенола в смоле.
Новолачные смолы отверждаются быстрее резольных,
поэтому им отдают предпочтение в тех случаях, когда
необходима высокая производительность процесса, например при
производстве пресс-порошков общего назначения. Однако по
сравнению с новолачными резольные олигомеры в условиях
переработки способны более длительное время находиться в
вязкотекучем состоянии, что обеспечивает формование
толстостенных изделий из композиций с низкой текучестью. Этим же
объясняется применение резолов в производстве волокнистых и
слоистых пластиков.
Резольные олигомеры способны отверждаться, т. е.
переходить в стадию резита, при хранении даже при комнатной
температуре, а при нагревании до 150°С этот процесс ускоряется
и составляет 50 с. При отверждении резольных олигомеров
наиболее существенную роль играют реакции поликонденсации,
приводящие к образованию метиленовых мостиков между фе-
нольными ядрами. Гидроксиметильные группы при 80—160°С
взаимодействуют между собой, образуя диметиленэфирные
мостики, которые при более высоких температурах
превращаются в метиленовые.
Для ускорения процесса отверждения резолов наряду с
уротропином используют оксиды кальция или магния. Эти оксиды
связывают на стадии отверждения гидроксильпые группы фе-
нольных ядер, образуя феноляты. Таким образом, они являются
как бы дополнительным сшивающим агентом:
t-CaO
-НоО
Возможно также, что оксиды связывают свободный фенол,
содержащийся в олигомерах, и тем самым способствуют
увеличению скорости отверждения:
Са
— O-q/ ч°-
-Н2О \_/
279

Кроме того, применение оксидов металлов способствует
нейтрализации свободных кислот в новолачных смолах и
улучшает некоторые свойства материалов, изготавливаемых на
основе фенольных смол.
В некоторых случаях (при получении лаков, эмалей, пено-
фенопластов и т. д.) резолы отверждают без нагревания в
присутствии кислот, добавляемых в количестве 10—30% от массы
смолы. При этом уже при комнатной температуре начинается
процесс поликонденсации, сопровождающийся выделением
значительного количества тепла. Отверждение в присутствии
кислот происходит с большей скоростью, чем при нагревании,
однако показатели эксплуатационных свойств образующихся
продуктов невысоки.
Новолачные олигомеры представляют собой твердые
термопластичные продукты от светло-коричневого до темного цвета.
Они хорошо растворяются в метаноле, этаноле, ацетоне, но не
растворяются в ароматических углеводородах.
При длительном хранении или при нагревании до 180°С
они сохраняют свою пластичность и не отверждаются.
Резольные олигомеры представляют собой твердые или
жидкие термореактивные продукты, цвет которых изменяется в
зависимости от применяемого катализатора. Например, смолы,
полученные в присутствии аммиачного катализатора, имеют
желтый цвет, в присутствии гидроксидов натрия и калия —
красноватый, гидроксида бария — светло-желтый. Резольные
отвержденпые смолы обладают более высокими
диэлектрическими показателями, водостойкостью, химической стойкостью,
мем новолачные олигомеры, отвержденные уротропином.
Резиты характеризуются высокой термической стойкостью и могут
эксплуатироваться длительное время при температуре до
200 °С.
9.3.2. Фенопласты
Фенопластами называют пластмассы па основе феполоальде-
гндных смол. В промышленности фенопласты выпускают непа-
полпенными (ФС) и наполненными.
Непаполпеиные фенопласты используются в качестве клея
для склеивания конструкций из древесины, металлов,
пластмасс и т. д. при изготовлении фанеры, лаков, эмалей, гермети-
"ков и для других целен.
Фепольиые клеи, лаки, эмали, имеют низкую стоимость, но
наряду с. положительными свойствами обладают большой
хрупкостью, что вызывает необходимость и.\ модификации
различными полимерами: полпацеталями (клей БФ). каучуком (клеи
марок ВК) и др.
280

При получении наполненных фенопластов помимо
наполнителей в них вводят отвердители или ускорители отверждения
олигомеров, смазывающие вещества, красители,
пластификаторы, порообразователи и другие компоненты.
Наполненные фенопласты выпускаются в виде
пресс-материалов с порошкообразным наполнителем (пресс-порошки),
волокнистым наполнителем (волокниты, асбомассы фаолнты,
стекловолокниты), листовым наполнителем (слоистые
пластики), газонаполненные фенопласты.
Пресс-порошки. Фенопласты с порошкообразным
наполнителем являются первыми промышленными конструкционными
материалами. Они обладают достаточной прочностью,
теплостойкостью, стойкостью к действию химических реагентов и
моющих веществ, высокой поверхностной твердостью, хорошими
электроизоляционными свойствами, жаростойкостью
(огнестойкостью) в сочетании с низкой стоимостью.
Благодаря такому комплексу полезных свойств
пресс-порошки широко применяются при изготовлении различных изделий
в автомобилестроении (крышки распределителя, бобины, блоки
предохранителей, изолирующие перегородки, электрические
соединения и детали тормозного устройства), в электротехнике
(патроны для электроламп, выключатели, детали
трансформаторов, вентиляторов, реле, соединители, катушки и устройства
для электропроводки), при изготовлении изделий бытового
назначения (посудомоечных машин, кондиционеров, кофейных
мельниц, холодильников, ручек и т. д.).
Фенольные пресс-порошки состоят из фенольного олигомера,
наполнителя, отвердителя или ускорителя отверждения,
смазывающих веществ, красителя и специальных добавок.
В зависимости от типа фенольного олигомера пресс-порошки
делятся на новолачные и резольные.
Фенольные олигомеры являются связующим в
пресс-порошке, они обеспечивают пропитку и соединение частиц всех
компонентов в однородную массу. За счет отверждения олигомера
достигаются монолитность и сохранение заданной формы
готового изделия. Свойства олигомера определяют основные
качества порошкообразных фенопластов. Так, пресс-порошки на
основе резольных олигомеров имеют более высокие
электроизоляционные характеристики.
Для производства пресс-порошков в качестве наполнителя
применяют древесную муку, микроасбест, измельченный кварц.
слюду, графит, кокс, каолин и др. От природы наполнителя
зависят прежде всего механическая прочность, теплостойкость,
химическая стойкость, водостойкость и диэлектрические
показатели.
Использование минеральных наполнителей улучшает
электроизоляционные свойства, теплостойкость, повышает жесткость,
281

Например, слюда применяется в пресс-порошках, идущих на
изготовление дугостойких изделий и деталей высокочастотной
изоляции; плавиковый шпат увеличивает дугостойкость;
микроасбест способствует улучшению фрикционных свойств,
жаростойкости, кислото- и щелочестойкости.
Органический наполнитель — древесная мука обеспечивает
получение материала с повышенной ударной вязкостью и
необходимой текучестью для переработки в изделия. Введение
графита придает изделиям полупроводниковые свойства.
Механизм взаимодействия наполнителя с олигомером до сих
пор не выяснен. Предполагают, что органический наполнитель
вступает в химическое взаимодействие с полимером, например
целлюлоза и лигнин, входящие в состав древесной муки.
Минеральный наполнитель лишь обволакивается
олигомером. Кроме того, введение минерального наполнителя
позволяет применять более высокие температуры в процессе
переработки пресс-порошков, тогда как древесная мука при
температуре выше 200°С разлагается, что резко ухудшает качество
изделий. Поэтому на практике сочетают наполнители разных
типов, чтобы получить материалы, обладающие определенным
комплексом свойств.
Иногда в пресс-порошки добавляют инертный наполнитель —
бакелитовую муку, но в ограниченном количестве, гак как она
может ухудшать качество пресс-порошков. Бакелитовая мука
представляет собой измельченные отходы производства пресс-
изделий и заусеницы. Активность измельченных отходов
повышается с увеличением дисперсности, так как удельная
поверхность становится больше.
В новолачных пресс-порошках в качестве отвердителя
используют гексаметилентетрамин (уротропин), который
разлагается на формальдегид и аммиак. Выделяющийся
формальдегид создает избыток альдегидного компонента и реагирует с
новолачным олигомером с образованием трехмерной структуры.
В резольных пресс-порошках применяют ускорители
отверждения— оксиды кальция и магния, которые к тому же
повышают твердость изделий, их теплостойкость.
В промышленности выпускают большое число различных
марок новолачных и резольных пресс-порошков как
общетехнического, так и специального назначения.
Пресс-порошки технического назначения обычно
окрашивают в темный цвет (черный или коричневый), что связано с
окисляемостью свободного фенола в олигомере кислородом
воздуха. В качестве красителей чаще всего применяют
нигрозин для окрашивания в черный цвет и мумию — в коричневый
цвет.
Стеарин или стеарат кальция вводят как смазывающие
вещества, которые улучшают таблетируемость и предотвращают
282

прилипание изделий к форме в процессе их изготовления. Каолин,
а также мумия являются к тому же минеральными
наполнителями, улучшающими водостойкость и теплостойкость изделий.
Типичные рецептуры (примерные) пресс-порошков (в
масс, ч.) приведены ниже:
Новолачным пресс-порошок Резольный пресс-порошок
Связующее
Древесная мука
Уротропин
Каолин
Стеарин (стеарат
кальция)
Оксид калышя (магния)
Нигрозин сп up горас
торимый
42,8
43.2
6,5
4 4
0,7
0.9
1,5
Связующее
Древесная мука
Оксид кальция (магния)
Стеарин (стеарат
кальция)
.Мумия
40—50
42—45
2—4
1,5—2,5
3,0
Обычно пресс-порошки перерабатываются в изделия
методом горячего прессования, по в последнее время разработаны
рецептуры для переработки их литьем под давлением. Для
этого пресс-порошки изготовляют с повышенным содержанием
связующего, что обеспечивает большую подвижность
композиции. Кроме того, для увеличения текучести материала в него
добавляют фурфурол или глицерин непосредственно в процессе
пластикации C масс. ч. на 100 масс. ч.).
Рецептуры резольных пресс-порошков изменяются в более
широких пределах в зависимости от назначения, чем рецептуры
новолачных. В резольные пресс-порошки на основе крезоло-
формальдегидных олигомеров или смесей резольных и
новолачных смол вводят также уротропин.
Для изготовления пресс-порошков на основе жидких
олигомеров применяют эмульсионный и лаковый способы (мокрые
способы), а на основе твердых фенолоальдегидных
олигомеров— вальцовый и экструзионный (сухие способы). В
промышленности используют сухие способы изготовления
пресс-порошков, в которых сочетаются периодические процессы
приготовления смеси компонентов и непрерывные процессы
гомогенизации и пластикации смеси компонентов с получением
однородной массы.
Технологический процесс состоит из стадий подготовки
сырья, смешения компонентов, пластикации, дробления, помола
и стандартизации.
Наиболее ответственной операцией является пластикация
смеси, при которой наряду с гомогенизацией происходит
дальнейшая поликонденсация олигомеров с частичным переходом
их в стадию резитола. Пластикация в зависимости от способа
производства может осуществляться на вальцах или в экстру-
дере.
283

Вальцы состоят из двух горизонтально расположенных
валков. Пустотелые валки обогреваются и охлаждаются подачей
внутрь их пара или холодной воды. Рабочий валок имеет ножи
для подрезания и перемешивания массы. Рабочий и холостой
валки вращаются с разной скоростью, что способствует
лучшему перемешиванию материала. Отношение окружных скоростей
вращения валков называется фрикцией. Обычно она составляет
1,17. Холостой валок вращается медленнее (около 10 об/мин).
Композиция материала после подготовки и перемешивания
через бункер-дозатор ссыпается в зазор между валками. Под
действием повышенной температуры смесь размягчается и
обволакивает тонким слоем рабочий валок. Трение и давление
на массу в зазоре вызывает значительное тепловыделение.
В процессе вальцевания материал пластицируется и
перемещается к краю рабочего валка. От провальцованного материала
дисковым ножом отрезается непрерывная лента, которая
снимается плоским ножом и с помощью транспортера подается в
зубчатую дробилку.
Большое влияние на свойства получаемого пресс-порошка
оказывает продолжительность пластикации и температурный
режим.
Для новолачных пресс-порошков время пластикации в 2—
3 раза меньше, чем для резольных, что объясняется большей
скоростью перехода новолачных олигомеров в стадию резитола
под действием уротропина. Кроме того, резольные олигомеры
имеют более высокую вязкость расплава и поэтому для
пропитки наполнителя требуется большее время.
Минимальная и максимальная температуры пластикации
связаны с физическими и химическими процессами,
происходящими при пластикации. Олигомеры должны расплавиться и
обеспечить хорошую пропитку наполнителя и других
компонентов смеси. Поэтому температуру холостого валка (более
горячего) поддерживают в пределах 100—150 °С, а рабочего
валка — ниже, в пределах 50—95°С, что необходимо для
прилипания к нему вязкой расплавленной массы.
Температура пластикации может изменяться в зависимости
от типа связующего и наполнителя, но для резольпых пресс-
порошков разность температур несколько меньше, чем для по-
волачных D0—50СС против 70°С для новолачных). При
использовании плохо пропитывающихся минеральных
наполнителей температура рабочего валка должна составлять 75—90°С.
а холостого — от 100 до 125°С, т. е. должна быть ниже.
При вальцовом способе качество пресс-лорошка зависит
также от размера зазора между валками: чем меньше зазор
{толщина вальцуемого листа), тем лучше при равных прочих
условиях качество материала (однородность, стандартность).
Это связано с низкой теплопроводностью фенопластов, поэтом)
284

ii толстом слое очень трудно добиться равномерного прогрева
материала. Особенно это важно для новолачных пресс-порош
ков, время вальцевания которых невелико, и температура п<>
гн.шине листа не успевает выравниваться.
Экструзиопный способ включает те же стадии, что и
вальцовый, но процесс пластикации осуществляется в экструдере.
При экструзионном методе применяют экструдеры
различной конструкции. Смесь захватывается червяком, размягчается
под действием температуры, перемешивается и пластицируется.
Температура материала внутри цилиндра 80—95°С, а па
выходе— 95—130°С. Композиция выходит в виде жгута, который
нарезается ножами на небольшие кусочки.
В этом случае пресс-порошки получаются лучшего качества
<а счет применения более высоких температур, что
обеспечивает хорошую пропитку в результате снижения вязкости олиго-
чера и меньшего времени пластикации. Кроме того, при экстру-
.-tiuiiiiiOM способе обеспечивается лучшая герметизация
оборудования и, следовательно, лучшие санитарно-гигиенические
условия (меньшие запыленность и загазованность).
Недостатком способа является относительно невысокая (по
сравнению с непрерывным вальцеванием) производительность
оборудования и трудность получения резольных материалов.
В зависимости от назначения пресс-порошки подраздели
ются па следующие группы.
Новолачные пресс-порошки общего назначения с
наполнителем древесной мукой. Применяются для изготовления
непагруженных армированных и пеармированных деталей
технического назначения и изделии народного потребления.
Электротехнические изделия могу г работать в токе низкой частоты.
В л а г о х и м с т о й кие ( Вх) пресс-порошки на основе но
нолачпых олигомеров, совмещенных с поливинилхлоридом.
и минеральных или органических наполнителей. Предназначены
для изготовления водо- и кислотостойких изделий,
радиотехнических деталей, антифрикционных изделий.
Жаростойкие (Ж) пресс-порошки па основе новолачных
смол и минерального наполнителя. Применяются в
производстве радиодеталей и элекгроустановочных изделий,
работающих в условиях высоких температур.
Электроизоляционные (Э) пресс-порошки резольно-
го типа с органическим или минеральным наполнителем.
Применяются для изготовления армированных и иеармпровапны.х
деталей электротехнического назначения и деталей
автотракторного электрооборудования (АТЭ), которые могут
эксплуатироваться в среде бензина и масла, К этой же группе
относятся высокочастотные (Вч) пресс-порошки па основе ре
зольных олигомеров и минеральных наполнителей.
Предназначены для изготовления непагруженных и слабоармированных
28Г)

деталей радиотехнического назначения, работающих на воздухе
в условиях повышенной влажности, а также тропиков.
Резольные пресс-порошки специального
назначения (Сп), безаммиачные с наполнителем древесной мукой.
Применяются для изготовления деталей слаботочной и
радиотехнической аппаратуры, соприкасающихся с поверхностью
серебряных контактов.
Ударопрочные (У) пресс-порошки па основе новолач-
пых олигомеров, совмещенных с каучуком, и наполнителя
древесной мукой. Применяются для изготовления изделий общетех-
пического назначения, армированных деталей сложной
конфигурации.
К порошкообразным фенопластам относится также антег-
мит — материал па основе поволачной феполыюй смолы и
графита; предназначен для изготовления антифрикционных
самосмазывающихся изделий. Благодаря высокой
теплопроводности и химической стойкости он применяется также для
изготовления теплообмешюй аппаратуры, центробежных насосов,
труб, футеровочных плиток и т. д.
Волокнистые материалы. При получении волокнистых
материалов в качестве волокнистого наполнителя используют
волокна органического и минерального происхождения. В
зависимости от типа волокна различают следующие волокнистые пресс-
материалы: волокниты, асбово.нжниты, стекловолокниты,
органоволокннты, углеродопласты.
Выбор волокнистого наполнителя определяется заданными
свойствами изделия. Наибольшее значение из волокнистых
наполнителей имеют хлопковая целлюлоза, асбест, стеклянное
волокно.
В состав волокнистых пресс-материалов входят связующее
(резольиый олигомер), наполнитель, ускорители отверждения
(оксид кальция или магния), смазывающие вещества
(олеиновая кислота) и другие добавки, например тальк, каолин (тальк
или каолин вводят для увеличения текучести волокнита, а
также улучшения качества материала).
Волокниты — пресс-материалы на основе наполнителя
хлопковой целлюлозы. Типичная рецептуры (в масс, ч.)
волокнита приводится ниже:
Резольный олигомер 4(i Оксид кальция (магния) 0,7
Хлопковая целлюлоза 4.4,8 Олеиновая кислота 2
Тальк (каолин) 7,5
В промышленности волокнит получают мокрым способом,
так как применение жидких олнгомеров обеспечивает лучшую
пропитку волокнистого наполнителя. Технологический процесс
включает следующие стадии: смешение, сушку, стандартизацию
и упаковку.
286

Смешение компонентов проводится в смесителях типа
«бегуны». Смеситель представляет собой вращающуюся чугунную
чашу, установленную на роликах. В ней имеются два чугунных
цилиндра (бегуны), которые катаются по чаше со скольжением
п могут перемещаться вертикально, что обеспечивает хорошее
перемешивание и пропитку наполнителя связующим.
Наиболее ответственной стадией является сушка, которая
осуществляется чаще всего в сушилках ленточного типа при
температуре воздуха 55—90°С. Сырой волокнит выгружают в
приемный бункер, а затем подают в ленточную сушилку. Во-
локпит проходит последовательно все лепгы, при этом
температура воздуха в сушилке постепенно повышается. Лента
движется со скоростью 0,9 м/мнн, что обеспечивает высыхание
волокита в течение 30—40 мин. Максимальная температура
сушки не должна превышать норму, установленную
регламентом, так как повышение температуры может вызвать
дальнейшую поликонденсацию связующего.
Контроль процесса сушки ведется по текучести массы D0—
140 мм по Рашигу) и внешнему виду диска, отпрессованного из
высушенного материала. В процессе сушки удаляются летучие
и происходит дальнейшая полпкопдепсацня, в результате
которой олигомер частично переходит из резола в резнтол.
Волокнистая структура наполнителя обеспечивает прежде
всего повышенную прочность к ударным нагрузкам, прочность
па истирание и изгиб. При этом прочностные показатели
зависят от длины волокон хлопковом целлюлозы: чем длиннее
волокно, тем выше, например, ударная вязкость волокнита.
Изделия из волокннта стойки к действию слабых кислот и
щелочен
Волокниты перерабатываются в изделия методом горячего
прессования. Они применяются для изготовления деталей,
обладающих повышенной прочностью при истирании, изгибе,
кручении, ударе и хорошими антифрикционными свойствами
(переключатели, фланцы, кулачки, шестерни, стойки, рукоятки,
втулки, панели, футляры, маховики и т. д.), которые используются
в приборо- и машиностроении, строительстве и др,
А с б о в о л о к п и ты (а с б о м а с с ы) -- пресс-материалы
па основе минерального наполнителя асбеста. Ниже приведена
типичная рецептура асбоволокпнта (в масс, ч.):
Резо. п.ным олигомер 33 Тальк (каолин) 5
Ашсчтоное иолпкио 60 Олеиновая кислота 2
В зависимости oi заданных свойств в рецептуру могут
входить также графиI, латунная стружка (для улучшения
теплопроводности), барит (для повышения водостойкости) и другие
добавки.
2S7

Технологический процесс состоит из следующих стадии:
смешения компонентов, обработки сырой композиции на
вальцах (или прессе), сушки и стандартизации.
Для смешения компонентов применяют лопастные
смесители. Асбестовое волокно плохо пропитывается связующим,
поэтому при смешении оно в основном обволакивается олигоме-
ром. Для более полной пропитки и получения однородной
массы по составу сырой асбоволокнит подвергают холодному
вальцеванию на бесфрнкционных вальцах. Такой процесс
способствует сохранению волокнистой структуры наполнителя,
а хорошее обволакивание достигается многократным
пропусканием материала через вальцы при постепенном уменьшении
зазора между валками.
Сушку осуществляют в ленточных сушилках при
температуре 50—80 °С.
Асбоволокниты обладают хорошими фрикционными
(тормозными) свойствами и повышенной теплостойкостью, но \\о
водостойкости и электроизоляционным свойствам они
значительно уступают пресс-порошкам. Недостатками их является
также невысокая прочность при растяжении и малая текучесть,
что затрудняет процесс переработки в тонкостенные изделия
сложного профиля.
Асбомассы используются для производства изделий
фрикционного назначения, обладающих теплостойкостью и
достаточной механической прочностью: тормозных колодок в подъем-
пых кранах, вагонах, различных накладок и дисков сцепления
в транспортных средствах и т. д.
Фаолит представляет собой кислотоупорную пластмассу
на основе резолыюго олигомера с асбестовым наполнителем.
В зависимости от типа применяемого асбеста и других
вводимых добавок фаолит выпускается следующих марок:
А — с антофиллитовым и хризотиловым асбестом;
Т — с хризотиловым асбестом и графитом;
П — с хризотиловым асбестом и речным песком;
В — с хризотиловым асбестом и тальком.
Фаолиты выпускаются в виде полуфабрикатов: сырые
листы, прессовочные массы, замазки, а также в виде готовых
изделий.
Тип асбеста определяет свойства фаилита: аптофнллнтовый
асбест придает изделию высокую химическую стойкость, хрпзо-
t иловый — повышает механическую прочность.
Фаолиты являются антикоррозионными материалами с
высокой кислотостойкостью. Так, фаолит марки А стоек к
действию серной, соляной, фосфорной, уксусной (до 50%-й концепт-
рации), муравьиной, щавелевой, молочной кислот,
хлорированных углеводородов, минеральных масел, растворов медного
'<упороса и других солей.

Фаолит марки Т стоек также к плавиковой кисло re. Кроме
того, он имеет высокую теплопроводность. Применяют его
главным образом для производства холодильников, которые
могут работать в среде хлора в течение нескольких лет.
Фаолит марки П имеет высокие теплостойкость (до 145°С)
и электрическую прочность. По сравнению с кислотоупорной
керамикой фаолиты как футеровочиые материалы для
химической аппаратуры имеют ряд преимуществ: они вдвое легче,
превосходят керамику в 4—6 раз по динамической и
статической прочности и менее чувствительны к резкому изменению
температур, могут использоваться в более узком интервале
температур.
Из фаолитов изготавливают химическую аппаратуру и де
тали: резервуары, реакторы, скрубберы, фильтры, электролиз
ные и травильные ванны, ректификационные и адсорбционные
колонны, оросительные холодильники, различную запорную
арматуру и т. д. Фаолит широко используется в различных or
раслях промышленности, заменяя свинец, бронзу и нержавею
щую сталь.
Для получения фаолита применяют жидкую резольпую смо
лу с пониженной скоростью отверждения. Технологический
процесс состоит из смешения компонентов и вальцевания фаолито
вой массы. В дальнейшем фаолитовую массу обрабатывают
по-разному в зависимости от назначения фаолита: для
изготовления листов ее калапдруют, для получения труб формуют в
экструдере. Заключительной стадией является отверждение в
камерах туннельного типа при повышенных температурах (от 60
до 130°С). После отверждения изделия поступают на
механическую обработку и при необходимости лакируются.
С т е к л о в о л о к н и т ы—пресс-материалы, содержащие в
качестве наполнителя стеклянные волокна. Связующим в стек
ловолокпите служит резольный олигомер, который может быи,
совмещен с другими полимерами.
Технологический процесс производства стекловолокпига
состоит из пропитки стеклянного волокна смолой и его сушки
Стекловолокниты обладают исключительно высокими
прочностными показателями, жесткостью, хорошей стойкостью к вибра
ционным и переменным нагрузкам. Они отличаются высокими
электроизоляционными и термоизоляционными
характеристиками в сочетании с химической стойкостью к различным
агрессивным средам и воздействию микроорганизмов.
Свойства стекловолокнитов во многом зависят от свойст
наполнителя и связующего. Например, использование щелочных
стекол для производства стеклянного волокна дает
возможность получать материалы с высокой кислотостойкостью,
применение боросиликатного стекловолокна — с более высокими
диэлектрическими показателями и водостойкостью. Большую
19—81 ->ьч

роль играет толщина волокна: чем тоньше стеклянное волокно,
тем выше прочность на изгиб, по ниже ударная вязкость.
Фенолофурфуролоформальдегидные олигомеры,
применяемые для пропитки стеклянного волокна, позволяют получать
стекловолокпит с улучшенными механическими показателями;
фенолоформальдегидпые олигомеры, совмещенные с поливинил-
бутиралем,— с более высокими физико-механическими
показателями; улучшенные диэлектрические свойства имеют стекло-
волокпиты па основе фенолоаннлиноформальдегидных
связующих.
Большое влияние на прочностные показатели стекловолок-
нита оказывает расположение стеклянного волокна. Так,
ориентированное расположение волокон увеличивает прочность при
растяжении примерно в 4—5 раз, ударную вязкость — в 5 раз.
Стекловолокниты широко применяют в различных отраслях
промышленности для изготовления корпусов приборов, крышек,
силовых элементов конструкций, плат, катушек, колодок,
изоляторов, обтекателей аптен и т. д. Изделия конструкционного
и электротехнического назначения могут эксплуатироваться от
—60 до 200сС, а также в условиях тропического климата.
Слоистые пластики. Пресс-материалы с листовым
наполнителем имеют слоистую структуру с чередующимися слоями
наполнителя и связующего, поэтому материалы этого типа
называют слоистыми пластиками.
В качестве связующего в производстве слоистых пластиков
используются фенолоформальдегидные, фенолокрезолоформаль-
дегидные, крезолоформ ал ьдегидные, фенолоанилиноформаль-
дегидные олигомеры. Кроме того, применяют
фенолоформальдегидные смолы, совмещенные с поливинилбутиралем, которые
обладают высокой адгезией к стеклянному волокну.
В качестве наполнителей в слоистых пластиках использую!
хлопчатобумажную, асбестовую и стеклянную тканн, бумагу,
фанеру и древесный шпон. Соответственно слоистые пластики с
этими наполнителями имею] следующие названия;
с хлопчатобумажной тканью —текстолит,
с асбестовой тканью — асботекстолит;
со стеклянной тканью —стеклотекстолит;
с бумагой —гетинакс;
с фанерой, древесным шпоном — древеснослоистые пластики
(ДСП)
К слоистым пластикам относятся также стекловолокпипые
анизотропные материалы (СВАМ).
Технология производства слоистых пластиков с различными
листовыми наполнителями состоит из стадий подготовки сырья,
пропитки и сушки ткани, набора пакетов и прессования
пропитанного наполнителя.
200

Пропитка и сушка осуществляются в пропиточно-сушильных
агрегатах различной конструкции. В ванну пропиточной
машины заливают раствор резольного олигомера; ткань сматывается
с рулонов, проходя через систему отжимных и направляющих
валиков, пропитывается смолой и поступает на сушку в
сушильную шахту агрегата. Сушка осуществляется при температуре
от 60 до 140°С, при этом удаляются летучие продукты (спирт,
вода, фенол, формальдегид и др.), происходит дальнейшая
поликонденсация и частичный переход резолов в резитолы.
Высушенную ткань разрезают на листы определенного
размера, из которых собирают пакеты.
Прессование проводят на этажных прессах нижнего
давления при температуре 150—165°С и давлении 7—10 МПа.
Отпрессованные плиты обрабатывают на фрезерных станках.
Слоистые пластики имеют высокие физико-механические
показатели и по механической прочности превосходят пресс-
порошки и волокнистые пресс-материалы. Они широко
используются в различных областях народного хозяйства, особенно в
радио- и электротехнике, машиностроении, химической
промышленности и строительстве. Свойства слоистых пластиков завися]
от типа связующего и наполнителя, а также от толщины листов
наполнителя и его удельной прочности в различных
направлениях.
Выпускаемый в промышленности текстолит используется
как поделочный и конструкционный материал благодаря
высоким физико-механическим показателям, масло- и бензипостой-
кости и достаточной водостойкости. Он широко применяется в
машиностроении для изготовления прокладочных колец,
шестерен, вкладышей подшипников. Текстолитовые вкладыши
подшипников для металлургических прокатных станов успешно
заменяют бронзовые и служат в несколько раз дольше; они
бесшумны в работе и не требуют специальной смазки. Работая
в паре с металлическими, шестерни из текстолита меньше
изнашиваются.
Для снижения коэффициента трения, истираемости
текстолита и повышения теплопроводности в его состав вводят графит.
Текстолит применяют также в электротехнике для
изготовления электроизоляционных деталей, пазовых клиньев
электрических машин, шкивов, деталей радиоаппаратуры, панелей
и т. д.
Асботекстолит выпускается в виде плит. Он отличаеч-
ся высокой теплостойкостью, хорошими тормозными
свойствами, химической стойкостью, но имеет более низкие
диэлектрические показатели. Основная область использования асботексто-
лита—тормозные колодки и устройства, прокладки, детали
турбогенераторов, панели, работающие при низких
напряжениях и различные детали, работающие при повышенных темпе-
19* 291

ратурах. Кроме того, асботекстолиты применяются в качестве
теплоизоляционного материала.
Стеклотекстолит — пресс-материал конструкционного
и электротехнического назначения. Благодаря высоким
механическим показателям, малой плотности и гигроскопичности,
а также высокой теплостойкости стеклопластики могут
использоваться в различных областях техники, успешно конкурируя с
металлами.
Стеклотекстолит применяют в авиационной промышленности
для изготовления радиолокационных обтекателей, лопастей
вертолетов, секций крыльев и хвостового оперения, внутренних
перегородок, фюзеляжей, маломестных самолетов и спортивных
планеров, а также топливных баков, воздуховодов, брони для
защиты наиболее уязвимых частей вертолетов и самолетов.
Из стеклотекстолита изготовляют катера, спасательные
шлюпки, кузова легковых автомобилей и др.
Стеклотекстолит электротехнического назначения
используется в различных приборах, электрических машинах,
трансформаторах как электроизоляционный материал.
Промышленность выпускает также фольгированный
стеклопластик, который применяют для изготовления печатных плат
и микроэлектронных устройств.
Гетинакс — слоистый пластик на основе бумаги, широко
применяется в электро- и радиотехнике. Гетинаксы устойчивы
к действию жиров и минеральных масел, но не стойки к
действию сильных кислот и щелочей. Их диэлектрические свойства
сильно зависят от влажности окружающей среды. Особенно
большое значение эти материалы приобретают в производстве
печатных схем для радиоприемников и телевизоров, в
конструкциях переключателей, деталей программных и
счетно-решающих устройств и т. д. Благодаря относительно низкой
стоимости гетинакс применяют для изготовления различного рода
панелей, крышек, втулок, шестерен, шайб и др.
Намоточные изделия применяют для изготовления каркасов
катушек индуктивности, высокочастотных контуров.
Декоративный гетинакс используют в судостроении и строительстве, для
облицовки мебели.
Производство гетинакса осуществляется па горизонтальных
пропиточмо-сушильных агрегатах, что связано с низкой
прочностью влажной бумаги.
Древеснослоистые пластики (ДСП) —
представляют собой плиты или тонкие листы, изготовляемые горячим
прессованием древесного шпона, пропитанного фенолоформаль-
дегидным олигомером.
В зависимости от расположения волокон в слоях шпона
выпускаются различные марки ДСП:
292

ДСП-А — с параллельным направлением волокон во всех
слоях шпона;
ДСП-Б — со смешанным направлением волокон (через
каждые 5—20 слоев с параллельным расположением волокон
укладывают один слой шпона под углом 90°);
ДСП-В — с перекрестным расположением волокон;
ДСПТ — со звездообразным направлением волокон (в
смежных слоях ^они последовательно смещены на угол 30°).
Различное расположение волокон обусловливает различные
физико-механические свойства ДСП.
Одним из достоинств древесно-слоистых пластиков являются
хорошие антифрикционные свойства. В ряде случаев ДСП
заменяют бронзу, баббит, текстолит. К недостаткам ДСП
относятся способность поглощать воду (до 5%) и набухать.
ДСП применяют в качестве конструкционного и
антифрикционного материала в судостроении, на железнодорожном
транспорте, в машиностроении, электротехнике (вкладыши
подшипников, шестерни, втулки, фрикционные шкивы и др.).
Стекловолокнистый анизотропный
материал (С В AM) относится к слоистым пластикам,
изготовляемым горячим прессованием стеклянного шпона. По
сравнению с другими стеклопластиками СВАМ имеет ряд
преимуществ, возможность регулирования прочности в заданных
направлениях; более высокую прочность, однородность
материала в результате равномерного распределения стеклянного во-
локна и связующего; надежную поверхностную защиту волокна
от разрушающего действия окружающей среды в момент его
вытягивания.
Исходным сырьем для стеклянного шпона служат
ориентированные волокна, которые пропитывают модифицированными
фенолоформальдегидными олигомерами (чаще всего клеем БФ).
9.3.3. Аминоальдегидные олигомеры
Аминоальдегидные олигомеры получаются по реакции
поликонденсации аминов (карбамида, меламина) с альдегидами
(главным образом, формальдегидом). Наибольшее промышленное
значение имеют карбамидоформальдегидные (карбамидные) и
меламипоформальдегидные олигомеры и пластмассы на их
основе.
Карбамидоформальдегидные олигомеры. При
поликонденсации карбамида с формальдегидом в. зависимости от
соотношения исходных компонентов, рН среды и температурного
режима могут образовываться кристаллические водорастворимые
продукты, аморфные нерастворимые продукты, олигомеры
линейного строения, приобретающие при дальнейшем нагревании
сетчатое строение и переходящие в неплавкое состояние.
293"

В промышленности процесс поликонденсации проводят в
две стадии. На первой стадии при взаимодействии карбамида
с формальдегидом образуются гидроксиметильные
производные карбамида (моно- и дигидроксиметилкарбамиды). Процесс
проводится в нейтральной или слабощелочной среде при 20—
70°С и мольном соотношении 1 : 1 или 1 : 2 во избежание
образования метиленкарбамида.
Дальнейшее взаимодействие гидроксиметильных
производных с карбамидом и друг с другом приводит к образованию
линейных олигомеров, содержащих небольшие разветвления
или циклические звенья.
Так как характер получаемых продуктов зависит от рН
среды, который в ходе реакции постоянно изменяется вследствие
расходования карбамида и окисления формальдегида, то очень
важно контролировать и регулировать рН реакционной среды.
Для регулирования рН среды используют буферные вещества
или гексаметилентетрамин. По-видимому, гексаметилентетрамин
образует с муравьиной кислотой или формальдегидом
буферные соли, которые поддерживают в растворе нейтральную
среду. При нагревании буферные соли разрушаются, и рН
раствора постепенно понижается до первоначального значения.
На протекание процесса поликонденсации благоприятное
влияние оказывает присутствие воды, которая препятствует
отщеплению воды от гидроксиметилкарбамида и мешает его переходу
в метиленкарбамид.
Отверждение карбамидоформальдегидных олигомеров, т. е.
переход их в неплавкое и нерастворимое состояние, происходит
за счет наличия в них свободных гидроксиметильных групп.
При отверждении образуются метиленовые и эфирные мостики
между молекулами.
Отверждение может происходить при нагревании или на
холоду в присутствии катализаторов. Процесс ускоряется при
повышении температуры (до 130—140°С) и в присутствии
кислотных катализаторов (щавелевой, фталевой, фосфорной
кислот или их производных). При этом получаются карбамидные
олигомеры с более высокой водостойкостью. Сильные
неорганические кислоты снижают жизнеспособность олигомеров (время,
в течение которого можно перерабатывать олигомер), по при
уменьшении их концентрации скорость отверждения также
уменьшается. Иногда, особенно при изготовлении клеев, в
качестве катализаторов отверждения применяют соли
неорганических кислот (хлориды или фосфаты аммония), которые в
условиях переработки разлагаются с выделением кислот. При
чтом кислотность среды начинает нарастать не сразу, а
постепенно, что увеличивает жизнеспособность олигомера.
Характерной особенностью карбамидных олигомеров,
отличающей их от фенольных, является то, что они прозрачны даже
294

при Ш—15%-ном содержании в них воды. Вода в олигомере
содержится в диспергированном состоянии и химически не
связана с ним. Вода постепенно испаряется (даже при комнатной
температуре), вызывая усадку материала, что приводит к
растрескиванию изделий. Поэтому для удержания некоторого
количества воды в карбамидные смолы вводят гидрофильные
добавки (например, поливиниловый спирт, крахмал) или
твердые наполнители (например, древесную муку),
препятствующие усадке материала.
Меламиноформальдегидные олигомеры. При
взаимодействии меламина с формальдегидом в нейтральной или
слабощелочной среде при 40°С легко образуются тригидроксиметиль-
пые производные меламина. В кислой среде очень быстро
образуются нерастворимые олигомеры. Поэтому процесс поли-
копдепсации начинают при рНя»8, а затем через некоторое
время вводят слабокислый катализатор для быстрого
завершения процесса, что позволяет получать растворимые производные
меламина.
Отверждение меламиноформальдегидных олигомеров может
происходить не только в кислой, но и в нейтральной и
щелочной средах. В молекулах меламиноформальдегидных
олигомеров содержатся диметиленэфирные группы, количество которых
в процессе отверждения сначала возрастает, а затем снижается
вследствие выделения формальдегида и превращения их в ме-
тлеповые группы. Скорость и глубина отверждения возрастают
при нагревании до 130—150°С и в присутствии кислых
катализаторов.
Так как в линейных олигомерах содержится большое
количество реакцнонноспособпых групп, то в результате
отверждения получаются полимеры с большим числом поперечных
связей. Этим объясняются большая прочность, теплостойкость и
гидрофобность отверждепных продуктов па основе меламина
по сравнению с карбамидными.
Отвержденные меламиноформальдегидные олигомеры
бесцветны, прозрачны, светостойки, легко окрашиваются в
различные цвета. Они имеют более высокие электроизоляционные
показатели, обладают большей дугостойкостью, чем карбамидные
олигомеры, но и стоимость их довольно высока.
Карбамидпые и меламиноформальдегидные олигомеры
используются главным образом в виде водоэмульсионных
растворов при получении различных видов пластмасс, которые от-
верждаются па стадии изготовления изделий.

9.3.4. Аминопласты
Аминопластами называют пластмассы на основе аминоальде-
гидпых олигомеров. В промышленности аминопласты
выпускаются в виде прессовочных материалов (пресс-порошки,
волокнистые материалы, слоистые пластики) и пористых материалов
(мипора).
Аминопласты па основе карбамидных олигомеров
(КФ) отличаются достаточной механической прочностью,
теплостойкостью; они бесцветны, способны легко окрашиваться в
различные цвета, устойчивы к действию света, спиртам,
бензину, ацетону и другим растворителям. Однако они мало
устойчивы к действию воды и нагреванию. Температура их
эксплуатации не превышает 90°С.
Пресс-порошки различных марок на основе карбамидных
олигомеров изготавливаются мокрым водоэмульсионным и су-
ховальцевым способами. Первый способ обеспечивает
получение однородной и стандартной продукции. Технологический
процесс производства аминопластов водоэмульсионным способом
состоит из стадий получения водоэмульсионного олигомера
(конденсационного раствора), смешения компонентов, сушки
композиции, измельчения и просева пресс-порошка.
Исходным сырьем для получения карбамидных олигомеров
служат карбамид, формалин C7%-ный раствор), уротропин и
щавелевая кислота. Синтез олигомера проводят при
температуре не выше 40°С. Полученный олигомер смешивают с
наполнителем— сульфитной целлюлозой, смазывающими
веществами, красителями.
Типичная рецептура карбамидного пресс-порошка (в
масс, ч.) приведена ниже:
Карбамид
Формальдегид
Уротропин
100
75
.5—7
Щавелевая кислота
Сульфитная целлюлоза
Стеарат цинка
0.5
80
1
Красители добавляются в количестве 0,5—1 % от общей
массы пресс-порошка в зависимости от интенсивности окраски.
Кроме красителей, дающих основной цвет, добавляют литопон
или диоксид титана для смягчения тона окраски.
Смешение проводится в лопастных смесителях при 30—
40 °С, сушку осуществляют в вакуум-гребковых или ленточных
сушилках. Температура сушки 80—85°С. На этих стадиях
происходят удаление летучих компонентов и дальнейшая поликон-
депсация.
После сушки масса поступает на измельчение в шаровые
мельницы, после чего просеивается и упаковывается.
Из аминопластов получают прозрачные и непрозрачные
изделия технического п бытового назначения, канцелярские и
29<"

галантерейные товары, детские игрушки, посуду для хранении
сухих продуктов, корпуса электробритв, бритвенных приборов,
мыльниц и др. Аминопласты, содержащие фосфоресцирующие
красители, используются для изготовления электроарматуры,
сигнальных кнопок, знаков и т. д.
Физико-механические показатели аминопластов несколько
хуже фенопластов, но низкая стоимость сырья, декоративные
свойства, простота технологического процесса обусловливают
довольно значительный рост их производства.
Слоистые пластики изготавливают путем пропитки бумаги,
ткани или древесного шпона карбамидным олигомером.
Технологический процесс производства слоистых пластиков
аналогичен производству слоистых фенопластов. Слоистые пластики
широко используются как декоративные материалы для
облицовки мебели, отделки стен общественных зданий, метро,
железнодорожных вагонов и кают теплоходов. Они хорошо моются
теплой водой с мылом, стойки к действию растворителей.
Аминопласты на основе меламиноформальдегид-
н ы х олигомеров (МФ) более водостойки и теплостойки
(температура эксплуатации до 150°С), они обладают хорошими
диэлектрическими свойствами, в частности дугостойкостью.
Способны выдерживать кипячение в воде.
Пресс-порошки на основе меламиноформальдегидных
олигомеров выпускаются разных марок, которые различаются
рецептурой и типом наполнителя.
Пресс-материал МФ (мелалит) получают по технологии,
аналогичной производству аминопласта КФ, описанному выше.
Исходным сырьем для получения меламиноформальдегид-
ного олигомера служат меламин, формалин C7%-ный раствор),
раствор карбоната натрия, моноуреид фталевой кислоты.
Поликонденсацию проводят при температуре 80—90 СС. Полученный
конденсационный раствор смешивают с наполнителем —
сульфитной целлюлозой, диоксидом титана, смазкой и красителем.
Затем сушат, измельчают и просеивают.
МФ применяется для изготовления изделий,
контактирующих с пищевыми продуктами, игрушек, деталей
электроосветительного оборудования и т. д.
Для получения аминопластов можно использовать также
модифицированные меламиноформальдегидные олигомеры и
в качестве наполнителей — хлопковую целлюлозу, слюду,
кварцевую муку, асбест, что обеспечивает высокие дугостойкость и
диэлектрические показатели, не изменяющиеся во влажной
атмосфере, тропикостойкость. Они применяются в
электротехнике, радиоэлектронике, для изготовления приборов зажигания,
выключателей, деталей магнитофонов, телефонов, деталей
коллекторов, дугогасительных камер и т. д.
297

9.3.5. Сложные полиэфиры
Сложные полиэфиры получают по реакции полиэтерификацип
при взаимодействии двухосновных кислот или их производных
с многоатомными спиртами. В зависимости от функциональности
исходных мономеров и условий синтеза могут образовываться
полиэфиры различного строения. При взаимодействии двух
бифункциональных мономеров образуется термопластичный
полимер линейного строения. Из линейных полиэфиров
наибольшее значение имеет полиэтилентерефталат (см. гл. 2). При
взаимодействии трех и более функциональных мономеров
образуются полиэфиры, отверждающиеся при определенных
условиях. К термореактивиым полиэфирам относятся алкидные
смолы и ненасыщенные полимеры (полиэфирма-
леинаты и полиэфиракрилаты).
Синтез термореактивных полиэфиров обычно
осуществляется в две стадии: на первой стадии получается термопластичный
продукт, который на второй стадии отверждается с
образованием пространственной структуры, т. е. переходит в
термореактивное состояние.
Из алкидных смол наибольшее применение в
промышленности нашли глнфталевые и пентафталевые смолы. Глифталевьи'
смолы получают поликонденсацией глицерина с избытком фта-
левого ангидрида. Вначале при 130—180°С образуются кислые
эфиры, содержащие карбоксильные и гидроксильные группы,
которые подвергаются дальнейшей этерификации с получением
полимеров линейного строения.
Превращение полимера в термореактивное состояние
происходит в результате взаимодействия вторичной гидроксильной
группы с фталевым ангидридом при более высоких
температурах, которое протекает значительно медленнее.
Выделение воды начинается после завершения реакции
примерно на 50%. когда все ангидридные группы фталевого
ангидрида практически израсходованы и тогда взаимодействуют
только карбоксильные и гидроксильные группы.
При получении пентафталевых смол в качестве спиртового
реагента применяют пентаэритрит. взаимодействующий с
фталевым ангидридом более энергично, чем глицерин. Поэтому
образование сетчатой структуры происходит быстрее.
Для предотвращения преждевременного отверждения
алкидных смол проводят их модификацию высшими жирными
кислотами, растительными маслами типа льняного и другими
соединениями.
Глифталевые и пентафталевые смолы используются в
производстве лаков, красок, эмалей. Они применяются в
автомобильной промышленности, для покрытия консервных банок, в
электро- и радиотехнике в качестве электроизоляции и т. д.
298

Проводятся исследования по замене глицерина и пента-
эритрита другими многоатомными спиртами (например, триме-
тилолпропаном, триметилолэтаном), частичной замене фталево-
го ангидрида другими кислотами (например, изофталевой, фу-
маровой, малеиновой кислотами, тримеллнтовым ангидридом),
а также по использованию различных модифицирующих
добавок. Все это позволяет получать алкидные смолы различного
строения, которые отличаются повышенными ударной
вязкостью, твердостью, сопротивлением к истиранию и др.
Для синтеза ненасыщенных полиэфиров применяют
многоатомные спирты и многоосновные ненасыщенные кислоты.
С целью регулирования свойств полиэфиров часть
ненасыщенных кислот заменяют (модифицируют) насыщенными или их
ангидридами. В качестве модификаторов используют адипино-
вую, себациновую, терефталевую и другие кислоты, которые
повышают ударную вязкость полиэфира. Наибольшее техническое
значение имеют полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты.
Полиэтиленгликольмалеинаты линейного строения получают
по реакции поликонденсации, а сетчатого строения — по
реакции сополимеризации по стиролом.
Для инициирования процесса отверждения применяют перок-
сиды и гидропероксиды, например пероксид бензоила, гидро-
пероксид изопропилбензола и др. Для более быстрого
разложения инициаторов вводят ускорители (ароматические амины,
меркаптаны, соли и т. д.), которые подбирают в зависимости
от типа инициатора. Так, при использовании пероксида беп-
зоила применяют диметиланилин, а совместно с гидроперокси-
дами—нафтенат кобальта. Применение ускорителей позволяет
вести отверждение при комнатной температуре, что важно при
формовании изделий.
Полиэфиракрилаты линейного строения получают при
взаимодействии акриловой или метакриловой кислоты с
многоатомными спиртами в присутствии миогоосновных насыщенных
кислот, выполняющих роль пластификаторов. Акриловая и мета-
криловая кислоты служат также регуляторами роста
макромолекулы, вызывая обрыв цепи. Отверждение полимера проводят
метилметакрилатом в присутствии инициатора.
Ненасыщенные полиэфиры используются в виде 60—75%-ных
растворов в мономерах, с которыми они при определенных
условиях образуют неплавкие и нерастворимые продукты.
Инициатор и ускоритель вводятся непосредственно перед их
переработкой в изделия.
Ненасыщенные полиэфиры выгодно отличаются от многих
других термореактивных олигомеров тем, что способны отверж-
даться при комнатной температуре без выделения побочных
продуктов. Это позволяет изготавливать из них различные
изделия при низких давлениях. Отверждение сопровождается
299

увеличением плотности и усадкой. Усадка при отверждении
полиэфирмалеинатов составляет до 5%т для лолиэфиракрила-
тов — до 0,5%.
Свойства ненасыщенных полиэфиров можно значительно
варьировать, изменяя их химическое строение и подбирая
сшивающий мономер. В настоящее время выпускаемые
промышленностью ненасыщенные полиэфиры представляют в основном
смешанные продукты различных гликолей с малеиновым и фта-
левым ангидридами. Наличие остатков фталевой кислоты в от-
вержденном полимере улучшает его механические и
электроизоляционные свойства.
Полиэфирмалеинаты используются в качестве связующего
для производства армированных пластиков.
Отвержденные полиэфиры являются твердыми прозрачными
или непрозрачными материалами. Прозрачные полиэфиры
пропускают до 92% света. Они устойчивы к действию минеральных
и органических кислот, многих растворителей, бензина, масел
и т. д.
При введении в состав композиций неорганических
соединений сурьмы, фосфора, хлорированных парафинов и других
можно значительно повысить теплостойкость и огнестойкость
ненасыщенных полиэфиров. Листовые стеклопластики
применяются для устройства световых фонарей, покрытий
общественных и промышленных зданий, навесов, вентиляционных
коробов, душевых кабин и т. д.
Из полиэфирных стеклопластиков изготавливают корпуса
судов, катеров, шлюпок, яхт; их применяют в автомобиле- и
самолетостроении, электротехнике, мебельной промышленности,
в производстве спортивного инвентаря.
Некоторые ненасыщенные полиэфиры применяются в
качестве лаков, наносимых распылением или поливом, для отделки
мебели, корпусов радиоприемников и телевизоров.
Их можно использовать как электроизоляционные
пропиточные составы различных классов теплостойкости заливочных
компаундов, герметизирующих материалов для
полупроводниковых приборов и т. д.
На основе ненасыщенных полиэфиров изготавливают
премиксы и препреги.
Премиксы — реактопласты, представляющие собой смеси
наполнителя с термореактивным связующим и другими
компонентами. В состав премиксов входят 20—50% связующего,
50—80% наполнителя (стеклянное волокно, асбест, мел. каолин
и др.), 1,5—3% смазывающих веществ и красители.
В отличие от пресс-порошков их изготовление
заканчивается после смешения всех компонентов. Они выпускаются в виде
тестообразной массы, расфасованной в заготовки.
Полиэфирные связующие не содержат растворителя и от
300

верждаются без выделения побочных продуктов, поэтому
премиксы не подвергаются предварительному отверждению.
Свойства изделий из премиксов могут изменяться в широких
пределах в зависимости от природы и соотношения
компонентов. Премиксы предназначены для изготовления
конструкционных и электротехнических изделий.
Препреги — реактопласты, представляющие собой
материалы из рулонного наполнителя, пропитанного связующим.
В зависимости от вида наполнителя препреги
подразделяются на три группы:
на основе тканей и бумаги (листовые нерастекающиеся пре
преги), применяемые для изготовления крупногабаритных
изделий простой конфигурации;
на основе матов из рубленого волокна (листовые
растекающиеся препреги), применяемые для изготовления более
сложных изделий;
на основе ориентированных нитей, жгутов, лент,
применяемых для формования изделий, имеющих контур тел вращения.
Препреги имеют более высокие прочностные показатели, чем
премиксы, но уступают им по текучести.
9.3.6. Эпоксидные полимеры
Эпоксидные смолы получаются при взаимодействии эпихлор-
гидрина с многоатомными фенолами, из которых наибольшее
практическое применение нашел 4,4'-дигидроксидифенилпропан.
Благодаря высокой реакционной способности эпоксидные
группы легко вступают в различные реакции присоединения с
соединениями, содержащими подвижный атом водорода (фенолы,
спирты, амины, кислоты и т. д.).
При взаимодействии эпихлоргидрина с^ 4,4'-дигидроксидифе-
пилпропаном последовательно чередуются реакции
конденсации и ступенчатой полимеризации, в результате которых
образуется олигомер линейного строения:
СН2—СН—СН2—Г-О—R-O—СН„—СН-СН,-
\ / А
о i он
сня
где R = _Q_
сн3
Реакция поликонденсации сопровождается выделением хлори-
-стого водорода, поэтому для его связывания процесс проводят
в присутствии щелочи. Кроме того, щелочь катализирует
ступенчатую полимеризацию, при которой происходит присоедине-
301

пне 4,4 -дигидроксидифенилпропана к эпоксидной группе за
счет подвижного атома водорода.
В зависимости от соотношения исходных мономеров можно
получать продукты от вязких жидкостей до твердых продуктов.
Техническое значение имеют полимеры со средней
молекулярной массой 400—1000.
Реакция протекает в две стадии. На первой стадии
происходит образование низкомолекулярных олигомеров, на второй —
отверждение аминами, дикарбоновыми кислотами и их
ангидридами, полимерами и др. Отвержденные эпоксидные олигомеры
менее хрупки, чем фенолоформальдегидные, имеют большую
прочность при изгибе и хорошие электроизоляционные
свойства.
Количество отвердителя (в г/100 г смолы) рассчитывают
по формуле:
G=-^-K, (9.5)
где т — молекулярная масса отвердителя; К — эпоксидное число (число
эпоксидных групп, содержащихся в 100 г олигомера).
Отверждение аминами происходит за счет миграции
подвижного атома водорода аминогруппы к концевым
эпоксидным группам. Реакция протекает с большой скоростью. При
большом содержании эпоксигрупп процесс отверждения
может протекать при комнатной температуре, что дает
возможность формовать из олигомера крупногабаритные изделия.
Вторичные амины реагируют медленнее, и отверждение
необходимо проводить при нагревании.
Реакции отверждения протекают без выделения побочных
продуктов, и олигомеры имеют минимальную усадку.
В качестве аминов используют гексаметилендиамин, диэти-
лентриамин, jw-фенилендиамин, полиэтиленполиамины и др.
Недостатком аминов является их токсичность. Отверждение
сопровождается выделением большого количества тепла,
которое приводит к местным перегревам и образованию внутренних
напряжений или пузырей, что ухудшает качество готовых
изделий.
Ароматические амины менее реакционноспособны, чем
алифатические, поэтому при отверждении ими требуется подвод
тепла. Продукты, отвержденные ароматическими аминами,
имеют более высокие механические показатели.
Отверждение дикарбоновыми кислотами и
их а A гидридам и. При отверждении кислотами могут
протекать различные реакции между карбоксильными, гидроксиль-
ными и эпоксидными группами. Реакция между карбоксильной
и эпоксидной группами протекает с наибольшей скоростью,
особенно в присутствии щелочных катализаторов.
302

При отверждении ангидридами дикарбоновых кислот,
например фталевым ангидридом, вначале реагируют гидроксиль-
пые группы, образуя сложную эфирную связь. При этом
возникает свободная карбоксильная группа, содержащая
подвижный атом водорода, который вступает в реакцию с эпокси-
группой. Образовавшаяся гидроксильная группа может
реагировать с другой молекулой ангидрида и т. д. Отверждение
ангидридами имеет то преимущество перед отверждением
кислотами, что при реакции не выделяется вода. Для придания
негорючести эпоксидным смолам их отверждают ангидридами,
содержащими галогены. Низкомолекулярные олпгомеры
содержат небольшое количество гидроксильных групп, поэтому для
ускорения их отверждения вводятся каталитические добавки
(спирт, вода, третичные амины).
Отверждение эпоксидных смол может проводиться также и
олигомерами и полимерами, содержащими реакциоиноспособ-
пые группы — фенолоформальдегидными. карбамидцыми со
свободными гидроксильными группам», полиэфирами с
карбоксильными группами, полиаминами (аминогруппы) и др.
В отдельных случаях может происходить самоотверждение
эпоксидных смол с образованием поперечных связей.
Для повышения термостойкости отверждепиых полимеров их
подвергают термообработке, но при этом следует иметь в виду,
что продолжительный прогрев может привести к снижению
механической прочности.
Для регулирования скорости н глубины отверждения
необходимо учитывать также технологические свойства эпоксидных
олигомеров—их жизнеспособность и вязкость.
Жизнеспособность выражается временем, в течение которого
продукт, смешанный с отверднтелем, находится в жидкотеку-
чем состоянии. На практике жизнеспособность характеризуется
вязкостью, которую приобретает смесь олигомера с отвердите-
лем после выдержки при 100°С в течение 2 ч. Чем выше
вязкость, тем меньше продолжительность отверждения. Степень
отверждения имеет большое значение, так как характеризует
важнейшие свойства эпоксидных продуктов и их стабильность.
Практически важным показателем отверждения является
количество растворимого вещества, экстрагируемого растворителем.
Эпоксидные олигомеры широко применяются как связующее
в композиционных материалах и полнмербетонах. В качестве
наполнителей используются мелкодисперсные материалы: тальк,
кварцевая, фарфоровая, слюдяная мука, цемент, асбест, диоксид
гитана, кокс, древесная мука, металлические порошки и др.
Их можно вводить до 100% ит массы олигомера, что улучшает
механическую прочность и повышает стабильность свойств. Для
придания эластичности композиции в нее вводят от 5 до 15%
пластификаторов (дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.).

Эпоксидные композиции применяются также как
высокопрочные конструкционные материалы для ракетной и
космической техники, авиации, судостроения, машиностроения.
В радиоэлектронике, приборостроении, электротехнике они
используются в качестве электроизоляционных и
герметизирующих материалов. Очень эффективно их применение для
изготовления технологической оснастки.
Благодаря хорошей адгезии к стеклу, металлам, дереву,
пластмассам, эпоксидные смолы применяются для производства
клеев, лакокрасочных покрытий, которые отличаются высокой
прочностью, стойкостью к атмосферным воздействиям,
химической и водостойкостью.
На основе эпоксидных олигомеров изготавливают
компаунды горячего и холодного отверждения для электротехнических
целей.
Большое распространение получили газонаполненные
материалы, обладающие низкой теплопроводностью,
звукопроницаемостью в сочетании с высокими адгезией и диэлектрическими
характеристиками, что обеспечило их применение как
изолирующего материала.
9.3.7. Кремнииорганические попимеры
Кремнииорганические полимеры представляют собой
высокомолекулярные соединения, содержащие в основной цепи группы
_Si—O-.
Наибольшее практическое значение имеют полиорганоси-
локсаны общей формулы
Я
_Si—О—
_ А .
где R—органический радикал.
Полиорганосилоксаны в зависимости от функциональности
исходных мономеров могут быть термопластичными и
термореактивными. Они получаются по реакции полнкондепсации из
силанолов, которые образуются при гидролизе алкилхлорсила-
пов. Из бифункциональных соединений образуются линейные
полимеры, а также циклические соединения. Из трифункцио-
пальных силанолов образуются сетчатые полимеры.
Разветвленные термореактивпые олигомеры получаются при
гидролизе смеси би- и трифункцпональных соединений. В
промышленности чаще всего используют днметилдихлорсилаи н
метилтрихлорсилан. При получении термореактивных полиме-
тилсилоксанов соблюдается отношение R : Si<2; при этом
образуются твердые, но очень хрупкие продукты. При увеличении
',04

отношения R : Si снижается их хрупкость, но повышаются
температура и продолжительность отверждения. Следовательно,
изменяя соотношение би- и трифупкциональпых силанов,
можно регулировать частоту сшивки полимеров. Увеличение
количества углеродных атомов в радикале полимера (например,
полиэтиленсилоксан) увеличивает гибкость, но затрудняет
отверждение. При получении термореактивпых полиметилсилок-
санов соотношение R и Si должно быть меньше 2. Для полиэти-
ленсилоксанов оно оптимально в пределах 0,5—!,5. При
меньшем отношении степень отверждения увеличивается, и уже па
ранних стадиях поликонденсации полимер теряет свою
растворимость,
Введение арильных групп повышает теплостойкость, но в го
же время увеличивается хрупкость сшитых полимеров.
Например, полифенилсилоксан устойчив до 400°С.
В промышленности для производства пластмасс используют
60—70%-ные растворы полиорганосилоксанов, которые при
нагревании в процессе изготовления изделий переходят в
неплавкое и нерастворимое состояние.
Отверждение кремнийорганических олигомеров может
ускоряться в присутствии катализаторов: олово- и титаноорганиче-
ских соединений, органических солей щелочных металлов,
свинца, железа, кобальта, а также аминов и их комплексов.
Силиконы выпускаются в виде смол и лаков, применяемых
в производстве пресс-порошков, волокнистых и слоистых
пластиков.
Наибольшее распространение в качестве связующего
получили олигомеры на основе метил- и фенилхлорсилапов.
Кремнийорганические пресс-порошки содержат также
минеральные и органические наполнители, смазывающие вещества
и красители. Изготавливают их суховальцовым методом. Пресс-
порошки применяются для производства деталей электро- и
радиотехнического назначения. Пресс-порошки, наполненные
кварцевой мукой, используют для опрессовки диодов,
транзисторов и других полупроводниковых устройств. Эти детали
выдерживают действие повышенных температур B00—300°С).
сохраняют свои диэлектрические свойства во влажной
атмосфере.
Волокниты на основе силиконов содержат в качестве
наполнителя асбест, стеклянное, кремнеземное и кварцевое волокна.
Асбестовое волокно повышает термостойкость, а стеклянное,
кремнеземное и кварцевое значительно улучшают механические
и диэлектрические показатели.
Эти материалы успешно применяются для изготовления
изделий, работающих в условиях мощных дуговых и искровых
электрических разрядов. Кремнийорганические стеклотекстоли-
ты способны длительно работать B000 ч) при 300°С и кратко-
20—81 305-

временно — при 600—700°С без значительного ухудшения
электроизоляционных свойств. Основное их назначение —
электротехническая промышленность (держатели горячих электродов,
выключатели, каркасы катушек и т. д.).
Для конструкционных целей применяют стеклопластики им
основе модифицированных кремнийорганических олигомеров.
Широко используются в промышленности силиконовые лаки
и жидкости. Лаковые покрытия применяются в устройствах,
работающих при температурах 400—450°С, в электропечах,
камерах сгорания, дымовых трубах, для покрытия обмоток
электродвигателей и т. д. Недостатком их является невысокие
адгезия и когезия. Для улучшения адгезионных свойств полп-
органосилоксаны модифицируют. Жидкие силиконы применяют
в качестве смазок, гидравлических жидкостей, для обработки
ме)са, тканей, стекла, керамики.
9.3.8. Полиимиды
Полиимиды содержат в основной цепи циклическую имидпую
группу
СО
и ароматические циклы. Полиимиды различаются числом имид-
ных и ароматических циклов в звене, природой атомов,
разделяющих ароматические циклы.
Полиимиды получают поликонденсацией диангидридов
тетракарбоновых кислот и ароматических диаминов. Реакция
протекает в две стадии. На первой стадии получается раствор
полиамидокислоты, на второй — полиимид.
Полиимиды — твердые окрашенные материалы с высокой
теплостойкостью C00—500°С), устойчивые к действию
органических растворителей. Они отличаются высокой радиационной
стойкостью, стойкостью к действию озона, УФ-свету. Наиболее
ценным комплексом свойств обладают полиимиды на основе
пиромеллитового диангидрида и 4,4'-диаминодифенилоксида.
Пленки из этого полиимида сохраняют гибкость при криогенных
температурах. Они применяются для пазовой и обмоточной
электроизоляции электродвигателей, в конденсаторах, гибких
печатных схемах и т. д.
На основе полиимидных связующих созданы различные
материалы, которые могут использоваться для изготовления
высокотеплостойких антифрикционных, самосмазывающихся изде
лий, прокладок, конструкционных деталей и т. д.
-306

Очевидно, что потребности народного хозяйства в
полимерных материалах можно удовлетворить двумя путями: синтезом
новых полимеров с новыми свойствами и изменением свойств
уже известных полимеров, производство которых освоено
промышленностью, с помощью их модификации и введения
различных добавок. Вряд ли следует ждать, что в скором времени
будут синтезированы какие-то новые полимеры, выпуск
которых сможет быть организован в таких масштабах, как
производство полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола. Поэтому
можно предположить, что изменение свойств полимеров путем
изменения их химического строения (модификации) и введения
добавок (например, наполнителей) в ближайшее время получит
большое распространение.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
9.1. Чем отличаются реактопласты от термопластов?
9.2. Каковы особенности переработки термореактивных
материалов?
9.3. Какими показателями характеризуются технологические
свойства реактопластов?
9.4. Как определяются текучесть по Рашигу, время
отверждения, объемные характеристики, усадка?
9.5. Как влияют текучесть и время отверждения материала
на процесс переработки?
9.6. Каковы особенности получения фенолоформальдегид-
ных олигомеров?
9.7. Как отверждаются новолачные и резольные смолы?
9.8. Что такое фенопласты? Где они используются в
промышленности?
9.9. Какими методами получают пресс-порошки на основе
фенольных смол?
9.10. Как влияет процесс пластикации на качество пресс-
порошков?
9.11. Чем отличаются волокнистые материалы от
пресс-порошков?
9.12. От каких факторов зависит выбор режима сушки при
получении волокнитов?
9.13. Что такое слоистые пластики? Как зависят их свойства
от природы наполнителя?
9.14. Чем отличаются аминопласты от фенопластов?
9.15. Как отверждаются аминопласты?
9.16. Какие отвердители применяют для отверждения
эпоксидных смол?
9.17. Как отверждаются полиэфирные смолы при получении
изделий?
20* 307

9.18. Что такое препреги и премиксы?
9.19. Каковы особенности строения кремнийорганически.х
полимеров? Где они применяются в промышленности?
9.20. Каковы особенности строения полиимидов? Где они
применяются в промышленности?
ГЛАВА tO
ПРЕССОВАНИЕ И ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
РЕАКТОПЛАСТОВ
10.1. ПРИНЦИП ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ РЕАКТОПЛАСТОВ
МЕТОДАМИ ПРЯМОГО И ЛИТЬЕВОГО ПРЕССОВАНИЯ
Горячее прессование — старейший метод переработки реакто-
пластов, но он широко применяется и в настоящее время.
Сущность метода заключается в следующем. Композиционный
материал помещают в нагретую форму и прикладывают давление.
Материал переходит в вязкотекучее состояние, заполняет
оформляющую полость формы, под действием тепла и
давления отверждается. После снятия давления и раскрытия формы
изделие извлекают и охлаждают.
Продолжительность нагрева, выдержки под давлением и
отверждения зависит от природы материала, от размеров и
формы изделия.
Существуют две разновидности горячего прессования:
прямое (или компрессионное) и литьевое (или трансферное).
На рис. 10.1 приведена схема прямого (компрессионного)
прессования. При этом методе давление непосредственно дейст-
Рнс. 10.1. Схема прямого прессования:
о — заполнение формы сырьем: 6 формование: в — выталкивание изделия; / — пуанлоп
'2 — пресс-материал; 3 — матрица; 4—выталкиватель: 5 — изделие
308

Рис 10 2. Схема литьевого прессования с
верхней нагрузочной камерой (слева — до смы- .
капия формы, справа — после смыкания):
— пресс-материал; 2
ил; J — ичделие
пуансон: '? — литниковый ка-
кует на материал, находящийся в оформляющей полости
формы. Метод позволяет получать изделия из порошкообразных,
волокнистых и слоистых реактопластов, разных по
конфигурации и размерам, с арматурой, с резьбой, технического и
бытового назначения. Так как при компрессионном прессовании
давление непосредственно передается на материал,
находящийся в полости формы, детали формы подвержены сравнительно
быстрому износу. Кроме того, в изделиях может возникнуть
некоторая анизотропия свойств, что в определенных условиял
может вызвать коробление.
Дальнейшим логическим развитием метода прямого
прессования является метод литьевого (трансферного) прессования,
при котором доза реактопласта переходит в вязкотекучее
состояние в камере перед формой, затем расплав подается в
форму, где происходят собственно прессование под давлением и
отверждение. Схема процесса показана на рис. 10.2.
Впрыск полимера через узкое сопло способствует повышению
однородности температурного поля в массе материала, а также
улучшению его гомогенизации. Это, в свою очередь, приводит
к более равномерному отверждению (особенно в случае
крупногабаритных изделий) и, следовательно, к уменьшению опас
пости коробления изделий из-за возникновения внутренних на
пряжений.
Преимуществом литьевого прессования является также
небольшой износ деталей форм вследствие того, что давление в
данном случае не воздействует непосредственно на материал,
находящийся в форме, как это имеет место при прямом
прессовании. Метод позволяет изготавливать изделия сложной
конфигурации с арматурой, так как последняя не подвергается
большим сдвиговым усилиям, как это имеет место при прямом
прессовании, и не смещается.
Для увеличения производительности этого процесса и
улучшения качества изделий так же, как и при прямом
прессовании, вводят ряд усовершенствований. К ним относится
применение вспомогательного плунжера или поршня для передачи
давления на материал в камере. На рис. 10.3 представлена
схема плунжерного прессования. При этом методе обеспечивается
несколько большая скорость, чем при обычном литьевом прес-

ш
Рис. 10.3. Схема плунжерного прессования:
а — загрузка сырья в загру:ючн\ю камера и смыкание формы: б — нагнегчшие материала
н гнездо форм!>1: в — размыкание формы и выталкивание изделия: /— пуансон; 2 —
пресс-матернал: -1— плунжер: 4 матрица, 5- гнездо формы: ^ ~ литниковые каналы:
7 — лнтинкн: Ь изделие
совании, так как весь полимер уходит из загрузочной камеры
и используется на изготовление изделия.
Следует отметить, однако, что формы для литьевого
прессования сложнее по конструкции и дороже, чем формы для
прямого прессования.
10.2. ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕССОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
8 существующих технологических процессах переработки реак-
топластов горячим прессованием основные технологические
операции (таблетирование, предварительный нагрев, прессование)
проводятся на разном оборудовании (таблеточные машины,
генераторы ТВЧ, прессы), по в последнее время появились
машины, агрегаты, технологические линии, в которых эти
операции совмещены. К основному оборудованию прессового
производства относятся таблеточные машины, генераторы токов
высокой частоты, червячные пластикаторы, прессы.
10.2.1. Таблеточные машины
Таблетирование представляет собой холодное прессование
порошкообразных и волокнистых пресс-материалов с целью
придания им определенной формы и компактности. Таблетки могут
иметь цилиндрическую форму, а также форму
параллелепипеда. В ряде случаев при таблетировании волокнистых пресс-
материалов изготавливают таблетки, по форме напоминающие
изделие.
При таблетировании повышается плотность материала,
уменьшается объем воздушных включений и удельный объем.
Применение таблетированных реактопластов улучшает условия
нагрева материала до температуры переработки, существенно
сокращает объемы загрузочных камер пресс-форм, что
уменьшает металлоемкость оснастки. Применение таблеток снижает
,310

содержание пыли в производственных помещениях, сокращает
потери при хранении и транспортировке сырья. Дозирование по
объему пли массе заменяется более простым и удобным —
штучным. К недостаткам применения таблетированных материалов
можно отнести крошение таблеток при транспортировке, что
может привести к нарушению дозирования, а также большая доля
ручного труда при загрузке материала в форму, трудность
автоматизации процесса.
Основная операция процесса таблетирования заключается в
уплотнении приготовленной дозы материала в замкнутом
объеме, Уплотнение осуществляется с помощью пуансонов,
перемещающихся в матрице. В зависимости от способа
приложения усилия таблетирование может быть односторонним и
двухсторонним (рис. 10.4). При одностороннем таблетировании
(рис. 10.4, а) относительно матрицы перемещается только
верхний пуансон /. При двухстороннем таблетировании (рис. 10.4,6)
оба пуансона являются прессующими и создают одинаковое
давление на верхней и нижней поверхностях таблеток.
Разновидностью процесса двухстороннего таблетирования
является использование так называемой «плавающей матрицы»
(рис. 10.4, в), имеющей возможность перемещаться в осевом
направлении. При применении «плавающей матрицы»
возникающие при прессовании силы трения действуют не только на
1аблетку, но и на пружину 3, перемещая матрицу в сторону
движения прессующего пуансона, При двухстороннем
таблетировании достигается более равномерное уплотнение, а
следовательно, более высокое качество таблеток.
Таблетирование пресс-материалов проводится на различных
таблеточных машинах: эксцентриковых, ротационных,
гидравлических.
Наибольшее распространение имеют ротационные машины,
отличающиеся высокой (до 500 кг/ч) производительностью,
не) позволяющие получать таблетки относительно небольшие
(диаметром до 50—60 мм или массой до 25 г). Давление таб-
.тетирования на машине МТ-ЗА достигает 150 МПа.
Эксцентриковые таблеточные машины по сравнению с
ротационными позволяют изготавливать более точные по массе и
большие по размеру (диаметром до
100 мм) таблетки. Однако они
малопроизводительны.
Эксцентриковые машины являются однопозици-
оппыми. Давление таблетирования
невысокое — до 60 МПа.
I'm'. 10.4, Схемы таблетнропания;
" -одностороннее; б — двухстороннее. 8 —с «пла-
илннцей» матрицей: / — нерхпиП пуансон; 2 —
ии»кни11 иуяисон; ,4 - пружина

Таплица 10.t. Технические характеристики
»/>г( с-лштериилов
машин для таблетирования
Наименование
оборудования
i
.Машина для
таблетирования
порошков
фенопластов и амнноплас-
тов
Машина роторная
для
таблетирования
Гпдравлпчссмп!
211 ! ОМ ii I .1.1 Я liln
ЛС1 ii[i<rj;ir 1'Я
Ai-|4.'[;ii j.4 i.'n'.iC-
HHC1U4 прссс-ма-
Tcpiia.iui! nina
АГ-4В и волокни-
та
Tint
.MT-3A
A1TP-10
MTP-6,5A
Инд. 599.650
Инд. 591.750
Уси-
.UIL'
таблс-
тиро-
кН
90
100
65
320
500
Дна-
Ml'Tp
iаплс-
гок,
мм
30
25
16; 20
—
—
11роизво-
дитель-
мость
Maiu нкы.
кг/ч
85—166
64—243
736
—
50
Габариты
машины, мм
1883X1450X1810
1418X1218X1845
1055X1000X1780
1600X900X1680
3325x2552X2400
11от-
(М'бЛНС-
ман

мощность.
кКт
7
Я,5
3,27
8
32
Гидравлические таблеточные машины наиболее
перспективны. Они позволяют получать точные по массе большие таблетки
(диаметром до 230 мм, высотой до 100 мм) из любых пресс-
материалов. Производительность этих машин по массе выше,
чем эксцентриковых. Давление таблетирования достигает
100 МПа. Они позволяют осуществить эффективную загрузку
материала и в них используется только возвратгю-поступатель-
пое движение небольшого числа подвижных деталей машин.
В табл. 10.1 приведены технические характеристики машин
для таблетпрования пресс-материалов.
10.2.2. Генераторы токов высокой частоты
Предварительный нагрев таблеток из пресс-материалов
производится с целью сокращения продолжительности процесса
прессования и снижения давления прессования. При подогреве
уменьшается вязкость материала, облегчается процесс
формования сложных изделий и изделий с арматурой. При подогреве
частично улетучивается влага и в последующем улучшаются
диэлектрические свойства изделий.
Предварительный подогрев таблетированпых реактопластов
в большинстве случаев проводится в генераторах токов
высокой частоты (ТВЧ).
312

Сущность высокочастотного нагрева диэлектриков, к
которым относятся пресс-материалы, заключается в следующем:
материал помешается в переменное электрическое поле, под
действием которого происходит ориентация поляризованных
молекул диэлектрика. При ориентации молекулы совершают
колебания с частотой, равной частоте поля. Колебательное
движение молекул диэлектрика вызывает процесс трения частиц
материала и его нагрев.
Параметрами, определяющими процесс нагрева, являются
частота колебаний электрического поля и удельная мощность,
зависящая от напряженности поля.
Генератор ТВЧ выполнен в виде металлического шкафа,
в котором размещены верхний и нижний электроды, а также
все необходимые приборы и устройства. Таблетки
устанавливают на поддоне или в специальных кассетах на нижний
электрод, который одновременно служит заземленной пластиной
конденсатора. Пластина верхнего электрода изготавливается
сетчатой для лучшего пропускания паров влаги и летучих.
После нагрева таблеток до заданной температуры электронное
реле времени автоматически отключает генератор.
При обслуживании и ремонте установки необходимо строго
соблюдать все правила техники безопасности, указанные в
«Правилах технической эксплуатации электроустановок
потребителем», относящиеся к высокочастотному оборудованию.
В табл. 10.2 приведены технические характеристики
генераторов ТВЧ, в табл. 10.3 — примерные режимы работы
генераторов ТВЧ при подогреве таблетированных реактопластов.
10.2.3. Червячные пластикаторы
Проблемы механизации и автоматизации стадий таблетирова-
ння и предварительного подогрева реактопластов с волокнистым
наполнителем при прессовании могут быть успешно решены
путем применения универсальных устройств — дозирующих
червячных пластикаторов.
Таблица 10.2. Технические характеристики генераторов ТВЧ
для подогрева пресс-материалов
Марка генератора
ВЧ-Д2-1.6/40
ВЧ-ДЗ-6/81
ВЧ-Д2-2.5/81
Мощность,
кВт
3,7
12
5,2
Рабочая
частота. кГц
40
81
81
Габаритные
размеры, мм
650X530
1050X700X1750
950X700X1700
Примечание. Напряжение 380/220 В, конечная температура нагрева таблеток
110x5 "С.
313

Таблица 10.3. Примерный режим работы генераторов ТВЧ при подогреве
таблетированных реактогиастов
Пресс- материалы
Фенопласт
порошкообразный ре-
ЗОЛЬНЫЙ
СП1-342-02,
Э1-340-02
Фенопласт
порошкообразный ново-
лачный:
01-030-02
03-010-02
ВХ1-090-34
Фенопласт
волокнистый У1-301-07
(волокннт)
Амннопласт
^lai'c.i
HiiTUH КГ,.
2—5И
2—5A
50—200
10A
10-40
15—84
Число
слоев

таблеток
1—2
1—2
—
—
1
1
Зазор
между
верхним
электродом
и
таблетками, мм
10 — 15
9-15
8—12
6-12
20—25
7-15

Продолжительность
нагрева.
мин
0,75—1,25
0.5—1 0
1-1.5
0.5—2,25
0.5—1.5
0,65—1.0

Температура, -с
90—100
100—120
—
—
6A—8A
8A—90
АнодныП
ток, Л
0,4—0,5
0,3—0 4
0,4—0,5
0,4—0.5
0,4-0,5
0,3-0,4
Их применение существенно сокращает производственный
цикл и повышает качество изделий, уменьшает потребность в
обслуживающем персонале, способствует автоматизации
процессов переработки. В перспективе червячные пластикаторы
могут быть использованы для переработки порошкообразных,
гранулированных и волокнонаполненных реактопластов.
По расположению пластикационного цилиндра червячные
пластикаторы могут быть горизонтального, вертикального и
наклонного.типов.
Пластикаторы горизонтального типа могут быть иижекци-
онными, таблетирующими и экструдирующими. На рис. 10.5
представлен червячный пла-
стикатор горизонтального
типа. Он предназначен для
изготовления стабильных по
массе таблеток путем пла-
Рис. 10.5. Таб.к-тнрованпе при
помощи червячного пластнкатора
горизонтального типа:
и — пластикация преоматернала н еги
нагнетание в коинлькик: б —
выдавливание из копнльника и отрезание
таблетки: / — гидропривод но;ка. 2 — нож:
-У—пластикацнонныи цилиндр с
червяком. 4 — червячная передача привода
вращении черника; о — гидропривод
осевого перемещении черняка: f> ¦ таб
летка

впрыска 125, 250 и
Рис. 10.6. Таблетирование при помощи
червячного пластнкатора вертикального типа:
/ —червяк-питатель; 2 ~ ^агру.чочпым бчнкир. V
материальный цилинл]): i червяк-п i.i тпклтор ,т —
пневмоцнлиндр; ь - мож; 7 — до.5Пр\ 'лкг.ля камера.
-*i - дола расплава; У — гидроцмлнндр
стикации пресс-материала и его
нагнетания в копильпик, закрытый
ножом-заслонкой. После окончания
процесса пластикации пож-заслонка
отодвигается, доза расплава
выдавливается из копильника осевым
перемещением червяка и отрезается ножом-за-
слопкой. Пластикаторы этого типа
должны оснащаться специальными
автоматическими устройствами для
перемещения таблеток в матрицу пресс-
формы. Отечественной
промышленностью серийно выпускаются червячные
пластикаторы этого типа объемом
500 см3/цикл.
Червячный пластикатор вертикального типа (рис. 10.6)
отличается простотой конструкции, малыми размерами и массой,
высокой производительностью, ввиду соосного расположения
червяка и бункера позволяет перерабатывать несыпучие
волокнистые материалы.
Перерабатываемый материал поступает в загрузочный
бункер 2 и захватывается коническим червяком-питателем /,
уплотняется и перемещается в материальный цилиндр 3. При
движении по каналу нарезки червяка-пластикатора 4 материал плас-
тицируется и скапливается в дозирующей камере 7.
Два гидроцилиндра 9 служит для прижима камеры 7 к
цилиндру 3 при наборе дозы 8 и перемещения ее вниз после
окончания дозирования. Пневмоцилиндр 5 служит для приведения
в действие ножа 6, отсекающего набранную дозу расплава.
Червячный пластикатор этого типа может быть укреплен
на станине гидравлического пресса или автономно, в
непосредственной близости от пресса. Для обеспечения автоматического
перемещения и загрузки дозированного материала в пресс-
форму необходимо оснащение агрегата манипуляторами.
10.2.4. Прессы
В СССР освоен выпуск разнообразного оборудования для
прессования изделий из реактопластов: гидравлические прессы,
ротационные прессы-автоматы, роторные линии, установки
непрерывного прессования. Гидравлический пресс является основным
типом оборудования для изготовления деталей из пластмасс.
315

Принцип действия гидравлического пресса основан на том.
что жидкость, находящаяся под давлением и заключенная в
замкнутый сосуд, оказывает одинаковое давление на стенки
сосуда. Попадая в рабочий цилиндр пресса и заполняя его.
жидкость с одинаковой силой давит па дно цилиндра и его
стенки, а также на торцевую поверхность плунжера,
вставленного в цилиндр. Под действием этого давления плунжер
начинает перемещаться, жидкость как бы выталкивает его из
цилиндра. На освободившееся место подаются новые порции
жидкости.
Основное назначение пресса — создание усилия,
необходимого для смыкания формующего инструмента и для заполнения
пресс-материалом оформляющей полости и уплотнения пресс-
материала в процессе отверждения.
Конструкция гидравлического пресса, как правило,
включает в себя следующие основные механизмы и детали: станину,
цилиндры (рабочий, возвратный, выталкивающий) с
плунжерами или с поршнями, подвижные и неподвижные поперечины;
гидроагрегат, состоящий из насосов, трубопроводов и
распределителей потока жидкости.
Гидравлические прессы
классифицируются: по технологическим признакам — прессы для прямого
(компрессионного) и литьевого (трансферного) прессования; по
конструкции станины — колонные, рамные; по степени
автоматизации— прессы с ручным, полуавтоматическим и автоматическим
управлением; по направлению действующего усилия —
вертикальные, горизонтальные, угловые; по расположению рабочего
цилиндра — прессы с верхним и нижним рабочими цилиндрами;
по числу позиций формования — одно- и многопозиционные.
В промышленности наибольшее распространение получили
прессы вертикальной конструкции колонного и рамного типов.
Колонные прессы с верхним расположением рабочего
цилиндра широко описаны в литературе. Длительное время они
были основным типом прессов этого ряда. Прессы просты в
эксплуатации и ремонте, обеспечивают удобный доступ к пресс-
форме, однако имеют значительные габариты и металлоемкость,
а также малую жесткость. Эти недостатки отсутствуют у
прессов рамной конструкции. На рис. 10.7 представлен
гидравлический пресс рамного типа с индивидуальным приводом.
Конструкция рамного пресса состоит из сварной рамы /.
в верхней части которой жестко закреплен рабочий
гидроцилиндр 9 с дифференциальным поршнем 8 двойного действия,
т. е. рабочий или обратный ход поршня осуществляется при
условии подачи рабочей жидкости в верхнюю или нижнюю
возвратную полости рабочего цилиндра. Ползун 6 движется по
направляющим 5 под действием соединенного с ним поршня 8.
В нижней части рамы расположен стол 4 и выталкиватель 2.
316

Рис. 10.7. Гидравлический пресс рамной
конструкции с верхним расположением
рабочего цилиндра:
I— рама: 2 — выталкиватель; 1 --чонеч-ше вы- 3
ключатели; 4 — стол; 5 — направляющие: ь пол-
,уН; 7 —плнта; 8 — поршень рабочего гндроцн-
линдра; 9 — рабочий гидроцилиндр »
Для ограничения хода плиты 7 и
штока выталкивателя 2 служат
конечные выключатели 3. ?
Полуавтоматический пресс с
индивидуальным приводом является
автономным агрегатом и применя- 3
ется главным образом для прямого
прессования. Эти прессы отличают- ?
ся минимальными потерями усилия
прессования и возможностью его
регулирования в широких пределах:
они экономичны по расходу элект-
роэнергии. Работоспособность
таких прессов зависит главным
образом от эксплуатационной
надежности масляных насосов и распреде- з
лительной гидравлической
аппаратуры. Ремонт прессов трудоемок и ,
сложен, поэтому обычно применяют
узловой метод ремонта, при кото- ;
ром не меняют вышедшие из строя
детали, а ставят новые, заранее
собранные и отрегулированные узлы (например, масляный
насос, распределитель жидкости и т. д.).
Основным параметром гидравлического пресса является
усилие прессования. Зная рабочее давление жидкости в
цилиндре пресса, можно определить усилие (или мощность) Р,
развиваемое прессом. Для этого нужно рабочее давление жидкости
в гидравлической сети р умножить на площадь поперечного
сечения плунжера (или поршня) пресса S:
Здесь S = nZJ/4, где D — диаметр плунжера (или поршня).
Рассчитанное таким образом усилие пресса называется
номинальным. При прессовании на пресс-материал
воздействует усилие меньше номинального, так как часть его
теряется на преодоление трения в уплотнениях рабочего цилиндра,
в направляющих устройствах подвижной плиты, а также на
вытеснение жидкости цилиндров обратного хода (ретурных).
Усилие, с которым пресс воздействует иа пресс-материал, на-
317

зывается эффективным. Оно на 10—15% меньше
номинального, т. е. Рэфф= @,85-4-0,90)Р (практически вес подвижных
частей не учитывают). Именно эффективное усилие принимается
в расчет при определении давления прессования р0 и площади
прессования S.
Кроме усилия прессования важными параметрами являются:
усилие выталкивания, размеры плит пресса, скорость
движения подвижной плиты и выталкивателя, максимальное
расстояние между плитами, степень автоматизации, возможность
регулирования усилия пресса, наличие аппаратуры для контроля и
автоматического регулирования температуры пресс-формы.
Полуавтоматический гидравлический пресс явился базовой
конструкцией для агрегатированного прессового оборудования,
разработанного Оренбургским объединением «Гидропресс».
Совершенствование конструкций полуавтоматических гидравли-.
ческих прессов нашло отражение в ГОСТ 8200—70. Технические
характеристики этих прессов приведены в табл. 10.4.
Вертикальные прессы с нижним расположением рабочего
цилиндра характеризуются устойчивостью (так как центр
тяжести у них расположен достаточно низко), они просты по кон-
Таблица W.4. Технические характеристики гидравлических прессов
для прессования изделий из реактопластов
Модели прессов
Базовая модель:
ДБ 2424
ДБ 2426
ДГ 2428
ДБ 2430
ДГ 2432
ДГ 2434
ДГ 2436
Для ускоренного
прессования:
ДБ 2424А
ДБ 2426А
ДГ 2428А
ДБ 2430А
ДГ 2432А
ДГ 2434А
ДГ 2436А
С червячной
приставкой:
ДБ 2426Г
ДБ 2432Г
Усилие

прессования.
кН
250
400
630
1000
1600
2500
4000
250
400
630
1000
1600
2500
4000
400
16П0

Наибольшее
расстояние
между плн-
тамн
пресса, мм
710
710
800
900
1000
1250
1400
710
710
800
900
1000
1250
1400
710
1000
Размер
стола, мм
560x500
560x500
630X560
710x630
800X710
1120x1000
1250X1120
560x500
560x500
630x560
710x630
800x710
1120X1000
1250X1120
560x500
800x710

Установленная
мощность


двигателей , кВт
1.5
2.2
4.0
5,5
7,5
15
15
1.5
3,0
4,0
5,5
11 0
15
15
6,7
14,7
Габаритные
размеры, мм
1530X1050X3020
1530x1050x3020
1920X1140X3380
1920X1140X3380
2200X1320X3800
2&90XI820X4480
,3050X1920X4165
1530X1050X3020
1530X1050X3020
1920X1140X3380
1690ХМ20Х3235
2200X1320X3800
2890X1820X4480
3050x1920X4965
1460X3190X3050
1800x3700x3780
318

струкции и управлению, могут создавать большие усилия
прессования. Эти прессы изготавливаются многоэтажными и
применяются для прессования слоистых пластиков. Принцип их
работы описан в гл. 11.
10.3. ПРЕСС-ФОРМЫ
10.3.1. Классификация
Пресс-форма — формующий инструмент, в котором происходят
необходимые превращения материала и оформление изделия.
Конструкция и качество пресс-формы определяют в основном
качество получаемого изделия и трудоемкость его изготовления.
В связи с тем, что пресс-формы создаются для каждого
конкретного изделия, их конструкции чрезвычайно разнообразны.
Ориентироваться в них помогает классификация пресс-форм
(табл. 10.5). Кроме классификационных признаков,
отмеченных в таблице, можно назвать еще способ извлечения
изделий— нижним выталкиванием, верхним сталкиванием, ручным
съемом, свинчиванием (для резы'чвых изделий). Важным
классификационным признаком являек'я также конструкция
загрузочной камеры — общая или индивидуальная для каждого
гнезда пресс-формы.
На рис. 10.8 представлены разновидности пресс-форм по
виду замыкания оформляющей части (открытые, закрытые и
полузакрытые).
На рис. 10.8,о представлена пресс-форма открытого типа.
Пуансон замыкает оформляющую полость матрицы плоской
поверхностью. Грат (облой, заусенцы) получается
горизонтальным. Открытые пресс-формы просты по устройству, мало
изнашиваются благодаря отсутствию трения, дают довольно точные
размеры по высоте. Недостаток их в том, что уплотнение
материала происходит только за счет загрузки избыточного
количества материала.
Закрытые (поршневые) пресс-формы (рис. 10,8,6)
отличаются тем, что имеют загрузочную камеру (пуансон плотно
входит в матрицу как поршень): кроме того, в них пет отжимного
раита и не происходит вытекания избытка материала.
Недостаток этих пресс-форм — необходимость точной дозировки пресс-
материала и быстрое изнашивание.
Наибольшее распространение получили пресс-формы
полузакрытого (с перетеканием) типа (рис. 10.8,6). Уступы в
матрице и пуансоне образуют отжимной рант. Избыток
пресс-материала (грат) через отжимной рант может перетекать из
матрицы в зазор между стенками замыкающей части пуансона и
загрузочной камеры. Он расположен всегда горизонтально,
легко удаляется с изделия, так как в зоне отжимного ранта
314

Таблица 10.5. Классификация пресс-форм
Классификационный
признак
Характеристика пресс-формы
Характеристика прессуем!,
изделий
Способ креплени
к прессу
Метод изготовле
пня изделий
Конструктивные
признаки
Съемные пресс-формы,
периодически снимающиеся
для извлечения изделия и
загрузки материала
Стационарные пресс-формы
постоянно закрепленные н
оборудовании, действующем
автоматически или
полуавтоматически
Пресс-формы для прямого
прессования
Пресс-формы для
литьевого прессования
Пресс-формы открытого
типа для прямого прессования
без загрузочной камеры
Пресс-формы
полузакрытого типа для прямого
прессования с загрузочной
камерой и опорно/i
поверхностью между пуансоном и
матрицей (наиболее широко
распространенный тип
пресс-формы)
Пресс-формы
полузакрытого обратного типа для
прямого прессования,
прессующие изделия в
перевернутом состоянии
Пресс-формы закрытого
типа для прямого прессования
с загрузочной камерой,
являющейся продолжением
фпрмуюшей полости
Пресс-формы закрытого
типа для прямого прессования
с встречными пуансонами
Пресс-формы для прямого и
литьевого прессования и
прессования на угловых
гидропрессах
Изделия различной
конфигурации с пониженными
требованиями к точности
Изделия различной
конфигурации и размеров с
повышенными требованиями к
точности
Изделия плоскостные,
монолитные, без арматуры, рав-
ностенные. точность
изготовления сравнительно
высока
Изделия сложной
конфигурации, сильно
армированные, разностенные,
точность изготовления
сравнительно высока
11зделия небольшой
толщины, малых размеров,
простой конфигурации,
требования к точности невысоки
Изделия из
порошкообразных и волокнистых
пластмасс различной
конфигурации, с повышенными
требованиями к точности
Изделия полые с небольшой
конусностью внутренних
поверхностей или с армату-
¦>ой, устанавливаемом в
матрице, с повышенными
требованиями к точности
Изделия из любых преес-
матерналов (в том числе
волокнистых) малой
текучести, точность изготовления
невысокая
Изделия сложной
конфигурации ИЗ СЛОИСТЫХ II
ВОЛОКНИСТЫХ материалов малой
текучести, точность
изготовления высокая
Изделия с поднутрениями
по наружной поверхности.
Изделия с поднутрениями
по наружной поверхности.

Продолжение табл. 10,-i
Кл.кч-ификацнониый
Харамерис гика аре iv-фор мы
Характеристика прессуемых
и.чделнн
Число иформляю-
iiiiix гкезд
Характер разъема
Пресс-формы для литьевого
прессования с загрузочной ,
камерой, расположенной в
нижней части пресс-формы
Одногнездиые
Многогнездные (два и Сю-
лее)
С одной горизонтальной
плоскостью разъема,
параллельной направлению
усилия смыкания пресс-формы.
То же с двумя
горизонтальными плоскостями разъема.
С одной, двумя пли
несколькими вертикальными
плоскостями.
перпендикулярными направлению
усилия смыкании пресс-формы.
С комбинированным
(горизонтальным и
вертикальным) разъемом.
Пластинчатые (галетные)
Изделия с двухсторонней
арматурой. разностенныс
и т. д.
Изделия, изготавливаемые
в массовом и
крупносерийном производствах
Различные изделия из
пластмасс: точность размеров,
пересекаюшмх плоскости
разъемов, невысока
довольно тонок. Изделия, отпрессованные в пресс-формах с
перетеканием, получаются точными по высоте. Поэтому пресс-
формы с перетеканием могут быть многогнездными. Некоторым
недостатком пресс-форм с перетеканием является небольшое
увеличение площади прессования за счет отжимного ранта и
вследствие этого ухудшение использования усилия пресса.
10.3.2. Основные детали пресс-форм
Детали пресс-формы можно разделить на две группы: 1)
технологического назначения — непосредственно соприкасающиеся
с прессуемым материалом и участвующие в той или иной сте-
Рис. 10.8. Типы пресс-форм по виду замыкания оформляющей части:
••—открытая: 6 — поршневая; в —с перетеканием: /- матрица; 2—пуансон; -Ч —
изделие: i — направляющая колонна: 5 — направляющая втулка
321

пени в формовании изделии; 2) конструктивного назначения —
осуществляющие взаимную фиксацию деталей пресс-формы,
обогрев, связь ее с прессом, размыкание пресс-формы,
обеспечивающие монтаж и т. д.
К деталям технологического назначения
относятся: матрицы, пуансоны, обеспечивающие получение
изделий требуемой формы и размеров, знаки и вставки, детали
литниковой системы, детали узла загрузки пресс-материала и
детали, передающие его в формующую полость (в пресс-формах
для литьевого прессования), детали выталкивающей системы
и т. д.
К деталям конструктивного назначения
относятся: обоймы, плиты обогрева, опорные бруски,
направляющие колонки и втулки, крепежные и прочие детали,
осуществляющие связь отдельных деталей пресс-формы между собой.
Формообразующие детали пресс-форм работают а
условиях высоких нагрузок, испытывая большие усилия на
растяжение и изгиб в результате воздействия пресс-материала,
сжатого в формующей полости. Длительный нагрев до
температуры 160—180°С (а иногда и выше), абразивное и
химическое воздействие полимерной композиции обусловливают
высокие требования к материалам, используемым при изготовлении
деталей пресс-форм. Материалы пуансонов и матриц должны
отличаться достаточной ударной вязкостью, коррозионной, из-
носо- и теплостойкостью, хорошей обрабатываемостью и малой
деформацией при термической обработке. Этим требованиям
отвечают легированные стали 12ХНЗА, ХВГ, 40Х, углеродистые
стали У8А, У10А, нержавеющие стали 4X13, 95X18. Твердость
поверхности деталей из этих материалов должна достигать
величины HRC 50....55. Формообразующие детали, если они
изготовлены не из нержавеющей стали, подвергаются покрытию
хромом и полировке поверхностей.
Стойкость формующих поверхностей пресс-форм зависш
помимо качества их покрытия от точности сопряжения деталей
пресс-форм и от точности их изготовления. Формующие
элементы обычно изготавливаются по восьмому и девятому квалн-
тетам точности.
В качестве источника обогрева пресс-форм могут
использоваться пар и электрическая энергия.
Пар подается под давлением по специальным каналам,
выполненным в плитах. Температура нагрева зависит от давления
пара.
Наибольшее распространение в практике имеет
электрический обогрев пресс-форм. Осуществляется он двумя путями,
с помощью элементов сопротивления или индукторами. Приме-
нение индукционного обогрева позволяет более точно и
стабильно выдерживать температурный режим прессования, ynpouiaei
322

конструкцию форм, ускоряет время нагрева пресс-формы.
Однако из-за ряда трудностей индукционный обогрев пока не нашел
широкого применения. Нагревание пресс-форм с помощью
элементов сопротивления производится путем монтажа
электронагревательных элементов непосредственно в пресс-формах.
В настоящее время все больше применяются
механизированные пресс-формы, особенно для изготовления
изделий с резьбой. К таким пресс-формам можно отнести:
кассетные пресс-формы с устройствами для переноса кассет на
механическое свинчивающее приспособление: пресс-формы с
поворотной кассетой, где операции прессования и свинчивания
изделий происходят одновременно; пресс-формы с
вращающимися резьбовыми знаками, приводящимися в движение
встроенным в пресс-форму редуктором с электромотором.
Получают распространение этажные пресс-формы,
повышающие производительность, позволяющие эффективнее
использовать усилие пресса. Развивается использование
универсальных блоков. Характерной особенностью
универсальных блоков является возможность быстрой замены
непосредственно на прессе сменных пакетов одних матриц и
пуансонов другими.
10.3.3. Расчет гнездности
Конструирование пресс-форм связано с проведением
предварительных конструктивных и технологических расчетов.
Расчет числа гнезд пресс-форм (гнездности) для
прямого прессования производят по формуле
Руд^нзд
где Ян„м — номинальное усилие пресса по паспорту, кН; К — коэффициент,
учитывающий потери давления на трение в уп.ютнительных и других
устройствах (К принимается равным 0,8—0,9): руд — необходимое удельноь дай
ление прессования, кПа; S,,:)a—площадь проекции изделия на плоскости
разъема, м2.
Расчет числа гнезд в формах для литьевого прессования
имеет свои особенности. Например, в съемных формах с
горизонтальной плоскостью разъема число гнезд определяют, учи
тывая площадь проекции литниковой камеры на плоскость
разъема. Эту величину считают исходной, она зависит от
необходимого удельного давления прессования и рабочего усилии
пресса. Разогретый материал под давлением обладает упругими
свойствами, благодаря которым он способен почти без
изменения и по всем направлениям передавать производимое на него
давление. Поэтому в процессе работы в форме возникают разно
направленные усилия. Рассмотрим, как они распределяются
(рис. 10.9).
21 * 323

Для упрощения расчета объединим площади проекции
оформляющего гнезда и литникового канала на плоскость
разъема и обозначим эту суммарную площадь через Si. Усилие
прессования, действуя на площадь 5, стремится сомкнуть пресс-
форму. Это же усилие, действуя на сумму площадей 5t и S^,
создает противодействующую силу, стремящуюся разомкнуть
пресс-форму. Для того чтобы в процессе прессования пресс-
форма не размыкалась, площадь проекции литьевой камеры
должна быть больше суммы площадей проекций п
оформляющих гнезд и литникового канала или равна ей: S^nS\+S>.
Отсюда получим:
S—S2
п < " .
103.4. Правила эксплуатации пресс-форм
Пресс-форма является дорогостоящим инструментом, поэтому
требует бережного отношения при эксплуатации и хранении.
Прежде всего пресс-форма должна быть надежно и без
перекосов закреплена на гидропрессе. Крепление пресс-формы следует
проверять перед началом каждой смены. При работе на
кассетных пресс-формах необходимо перед началом работы убедиться
в исправности электрической блокировки, которая препятствует
опусканию подвижной плиты, если кассеты не задвинуты в као
сетодержатели до упора.
Необходимо регулярно и тщательно
продувать и очищать пресс-форму, следить
за чистотой направляющих втулок и
выталкивающей системы.
При очистке пресс-форм от остатков
пресс-материала нельзя пользоваться
стальными молотками и прутками, можно
пользоваться лишь латунным
инструментом.
При малейших поломках необходимо
остановить пресс и снять пресс-форму для
ремонта.
По окончании работы пресс-форму
нужно продуть и опустить подвижную плиту
пресса.
При хранении пресс-формы па складе
формообразующие детали должны быть
смазаны противокоррозионной смазкой.
Рнс. 10.9. Схема для расчета числа гнезд в пресс-
формах для литьевого прессования. Пояснения и
тексте
324

¦Г!
н.
¦— -1
—-
,—
—-1
—.—
——"
—'
*-—¦
—
—-*
—'
.— —•
и——
—¦—
и——
¦-—
*—~
——¦
¦——
1
кг 400
\-\—'
¦ о
ТГ
1
—
/^
/
|
У
(
/
/
?,
>
1/
01 0,3 Of 0,70,9 1 7,4 1,3 Z,Z 2,6 3 J,4 3,в\,Z \,5 5
Общая поверхность Необходимая мощность , к Вт
пресс-формы, м г '
Рис. 10.10. Номограмма для определения электрической мощности,
необходимой для обогрева пресс-формы
При эксплуатации некоторых типов пресс-форм
применяются дополнительные приспособления. Например, при изготовле
пии изделий с резьбой применяется приспособление для евин
чивания изделий или резьбовых знаков. Приспособления могут
быть с ручным или с механическим приводом. При
эксплуатации многогнездных форм применяются приспособления для
загрузки таблеток в гнезда пресс-формы. При работе на пресс-
формах со съемными клиновыми полуматрицами применяются
приспособления для разъема полуматриц. Необходимость
дополнительных приспособлений диктуется особенностями конст
рукции прессуемого -изделия и пресс-формы.
10.3.5. Тепловой расчет
Расчет необходимой мощности электрического обогрева пресс-
форм можно производить по следующей эмпирической
формуле:
A' = 0,24G(r2—Г,),
где Л' — мощность, потребная для нагрева пресс-формы, кВт; G—масса
пресс-формы, кг; Г, — начальная температура пресс-формы "С- Т2
температура прессования, °С. '
Данная формула учитывает прогрев пресс-формы в течение
одного часа, нагрев пресс-материала и потери тепла вследствие
теплоотдачи плитам пресса и в окружающую среду.
325

Расчет потребной мощности для электрического обогрева
стационарных пресс-форм производится раздельно для верхней
и нижней частей пресс-формы.
Для определения электрической мощности, необходимой для
обогрева пресс-форм, можно пользоваться номограммой
(рис. 10.10). Зная массу пресс-формы (кг), общую площадь
ее поверхности (м2) и время разогрева (ч), мы получим
необходимую для прогрева мощность (кВт). Например, для пресс-
формы, имеющей общую площадь поверхности 0,6 м2, массу
160 кг и время разогрева 3 ч, потребная мощность, найденная,
как показано на номограмме штриховой линией, будет равна
примерно 1,66 кВт.
Число электронагревательных элементов п, устанавливаемых
в обогревательных плитах пресс-формы в соответствии с
потребной мощностью .V, определяется по формуле
где N;,— мощность одного электронагревательного элемента, кВт.
10.4. ПАРАМЕТРЫ ПРЕССОВАНИЯ
Процесс прессования характеризуется тремя основными
технологическими параметрами — температурой, давлением и
временем выдержки.
Выбор температуры прессования зависит от
времени отверждения пресс-материала, его текучести, содержания
влаги и летучих, а также от конфигурации изделия,
конструктивных особенностей пресс-формы. Исследования и
многолетний опыт позволили для каждой марки пресс-материала
установить интервал температур прессования.
Нижние пределы рекомендуемых температурных интервалов
следует применять, если пресс-материалы имеют малое время
отверждения (т. е. полимер переходит в пространственносши-
тую структуру с высокой скоростью), малую текучесть,
большое содержание влаги и летучих.
Особенно важно придерживаться пониженных температур
прессования для крупногабаритных толстостенных изделий и
когда навеска материала загружается в несколько приемов.
Прессование при более высоких температурах значительно
сокращает время выдержки под давлением, а иногда и
улучшает физико-механические свойства изделия. С увеличением
температуры прессования снижается необходимое удельное
давление прессования, однако чрезмерное повышение
температуры ведет к быстрому снижению текучести пресс-материала,
это накладывает некоторые ограничения на повышение
температуры. Следует также иметь в виду, что процесс
отверждения— экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделе-
326

пнем значительного количества тепла. Особенно его влияние
заметно при получении толстостенных крупногабаритных
изделий. Выделение тепла способствует повышению температуры
материала. Это также необходимо учитывать при выборе
температуры прессования.
Температура прессования должна быть такой, чтобы
формование изделия завершалось за время, не превышающее
продолжительности пребывания пресс-материала в вязкотекучем
состоянии при этой температуре.
При выборе давления прессования имеется в виду
эффективное усилие, приходящееся на единицу площади
прессования (площади горизонтальной проекции загрузочной
камеры или суммарной площади горизонтальных проекций
одновременно прессуемых изделий). Давление прессования зависит от
вида и марки пресс-материала, от конфигурации детали и
технологичности ее конструкции. Для прессования деталей
сложной конфигурации, с разнотолщинными стенками, с резкими
переходами требуются более высокие давления прессования.
Рекомендуемые значения давления прессования на
основании данных производства должны корректироваться опытным
путем (как для прямого, так и для литьевого прессования) для
различных пресс-материалов и для конкретных деталей.
Следует помнить, что при литьевом прессовании имеет
место входовое сопротивление литников, которое превышает
давление, необходимое для максимального уплотнения материала.
Материал в литьевую пресс-форму поступает с плотностью,
приближающейся к окончательной его плотности в изделии,
но для получения монолитного изделия необходимо еще
уплотнить между собой потоки материала внутри пресс-формы. Для
этого необходимо более высокое давление в форме по
сравнению с прямым прессованием.
Давление прессования во многом определяет уровень
технологии производства и важные технико-экономические
показатели: коэффициент использования площади прессования и,
следовательно, величину прессосъема (т. е. количество
перерабатываемого в единицу времени пресс-материала с единицы
мощности пресса), энергетические затраты.
Время выдержки под давлением — время,
исчисляемое с момента соприкосновения пуансона пресс-формы с
материалом, находящимся в загрузочной камере, до момента
разъема пресс-формы и получения готового изделия. Время
выдержки влияет на качество изделий и производительность
пресса. Время выдержки складывается из времени разогрева
материала в пресс-форме до температуры отверждения и времени
отверждения пресс-материала, т. е.
'выд=='нагр"Г *отв-
327

Таб.шца 10.6. Технологические режимы прямого и .шты-во.'о
прессования некоторых пресс-материалов
TeM![f[)aT> [>.¦ Т.
предпарм-
тел ыю| п
подогрева
'С
прессона-
ния без
подогрева

прессовании с
подогревом
литьевого

прессования
Давление. ЧПл
при прямол

прессовании
Фенопласты
общего назначения
(тип 0):
01-030-02,
01-040-02,
03-010-02
Фенопласты специ
альные безаммнач
иые (тип Сп):
Сп1-342-02.
Сп2-342-02
Фенопласты элек-
1|)оизоляционные
(тип Э):
Э2-330-02
33-340-65,
Э9-342-73
Э10-342-63
Фенопласты влаго-
хнмстопкне
(тип Вх):
Вх4-080-34
В.\5-0Ю-73
Фенопласты
ударопрочные (тип У):
У1-301-07,
У2-301-07
У5-301-41
Фенопласты
жаростойкие (тип Ж):
Ж1-010-60,
Ж2-04 0-60
Аминопласты:
КФА1, КФА2
МФБ1, МФВ1
130—170
150—160
80—100
130—140
150—160
14U—150
130—140
110—120
150—160
90—1 00
105—5
155 ±5
155±5
155 ±5
155±5
165 ±5
160±5
150±5
170+5
155±5
155 ±5
165 ±5
185+5
185+5
160+5
180±!0
165±5
175 ±5
170±Ю
160±5
175+5
155±5
160±5
175 ±5
185+5
160±10
160±10
180±10
165±5
160±5
180±5
165±5
16О±5
165+5
25—35
25-35
25—35
30-40
25—35
30-40
25—35
40—45
40—50
25—35
23-35
30—35
Скорости разогрева и отверждения во многом зависят от
природы и марки пресс-материала, вида изделия и
конструкции пресс-формы, типа обогрева и теплоизоляции пресс-формы.
Существует стандартный метод определения удельной
выдержки (выдержки на 1 мм толщины изделия)-- /уд. Время
выдержки можно определить как произведение удельной
выдержки на наибольшую толщину изделия 6:
'выд = fya O>
328

где /иыд — время выдержки, с; /_,_, — удельная ныдержка, с/мм;
6—максимальная толщина изделии, мм.
При отработке технологических режимов время выдержки
корректируют опытным путем. Время цикла при прессовании
складывается из технологического времени выдержки под
давлением и вспомогательного времени:-
'ц= 'загр~г'см~г'выд~г'р.ф~г'выт~г'ибд>
где /ц — время цикла; /.„,,.,, — время нагрузки; /,-м — время на смыкание
формы; /Т1ыд — время выдержки под давлением; /,, ф—время раскрытия формы;
(шт — время выталкивания изделия; /„,-,., — время обдувки пресс-формы (вес
значения времени — в секундах).
Время цикла в основном определяется временем выдержки;
вспомогательное время при механизации и автоматизации
отдельных операций можно довести до минимума.
Рекомендуемые режимы прессования для различных пресс-материалов
приведены в табл. 10.6.
10.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРЕССОВАНИЯ
10.5.1. Основные операции процесса прессования
Технологический процесс производства изделий из реактоплас-
тов методом горячего прессования состоит из следующих
операций: прием сырья в контейнерах или в мешках, хранение
сырья, его растаривание и входной контроль, таблетировапие
или жгутирование, передача подготовленного сырья в
формующую полость пресс-формы, формование изделий, механическая
обработка и контроль готовых изделий, транспортирование
изделий на склад, переработка отходов.
Наиболее широко применяется технологическая схема для
производства изделий широкого ассортимента в
полуавтоматическом режиме работы прессового оборудования. На рис. Ю.П
представлена такая технологическая схема с механизированной
загрузкой сырья, упаковкой и отгрузкой готового продукта.
Сырье поступает на хранение в мягких контейнерах / или
в мешках, затем электропогрузчиком 2 и кран-балкой 3
подается в растарочную установку 4. Из растарочной установки
сырье при помощи цеховых контейнеров 5 кран-балкон
подается в отделение таблетирования и загружается в бункеры
таблеточных машин 6. Таблетированный материал внутрицеховым
транспортом подводится к высокочастотному генератору 7 для
предварительного подогрева. Подогретые таблетки азгружаются
в пресс-форму пресса 8. Отпрессованные изделия при помошн
ленточного конвейера 9 и элеватора 10 загружаются в
галтовочный барабан // или подаются на станок для механической
обработки, затем элеватором 12— в упаковочный автомат 13.
329

Хранение PacmapuSa^ue Формование Механически*
сырь" сь'Рья изделий обриботча
Рис. 10.11. Принципиальная технологическая схема производства прессовых
изделий в полуавтоматическом режиме работы прессового оборудования:
/ —мягкий контейнер: 2— электропогрузчик: 3 —кран-балка; 4 — растарочнач установка
для контейнеров: 5 — цеховой контейнер; 6 — таблеточная машниа; 7— высокочастотный
генератор; 8 —пресс-полуавтомат; 9 — ленточный конвейер; 10, 12— элеваторы; П
галтовочный барабан: 13— упаковочный автомат; 14 — манипулятор для загрузки
упакованных изделий: 15 — склад-штабелер
Упакованные изделия при помощи манипулятора 14
укладываются на складе-штабелере 15, Ниже рассмотрены отдельные
этапы технологического процесса.
Хранение и подготовка сырья. Сырье для прессования
изделий целесообразно хранить в неотапливаемых складах,
защищенных от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.
Если содержание влаги и летучих в материале выше нормы,
его необходимо подсушивать. Продолжительность и другие
параметры сушки выбираются в зависимости от вида
пресс-материала и его влажности. Высушенный материал следует хранить
в герметичной металлической таре.
Дозирование сырья. Дозирование сырья в пресс-форму
можно осуществлять в порошкообразном или таблетированном
виде. В зависимости от основного технологического оборудования
применяется объемный или штучный метод дозирования. При
объемном методе дозирования порошкообразный или
волокнистый пресс-материзл загружается в бункер дозирующего
червячного пластикатора и после пластикации поступает в
загрузочную зону пресс-формы. Штучный метод дозирования
заключается в подаче таблеток определенной массы в зону
формования при помощи механических питателей или вручную.
В приведенной технологической схеме предусмотрен штучный
метод дозирования.
Таблетирование. Важной задачей при установлении
технологического режима таблетирования является выбор давления.
330

Этим параметром в значительной степени определяется
качество таблетки: ее механическая прочность, постоянство
геометрических размеров, отсутствие трещин. Механическая прочность
таблетки является функцией ее плотности, которая в свою
очередь зависит от давления, гранулометрического состава пресс-
материала, наличия различных добавок. Опытным путем
определены значения давления таблетирования для различных
пресс-матер и а лов.
Выбор оптимального значения давления таблетирования
зависит от природы перерабатываемого материала, его
температуры, влажности, наличия смазывающих веществ.
В процессе уплотнения материала при одностороннем табле-
тировании в результате большого внутреннего и внешнего
треиия происходит значительное падение давления по высоте
таблетки. Поэтому степень уплотнения таблетки по высоте
оказывается различной, что может привести к неравномерности
распределения пресс-материала в оформляющей полости
формы. Более равномерное уплотнение достигается при
двухстороннем таблетировании в ротационных таблеточных машинах.
Предварительный подогрев. Е$ отличие от процесса литья
под давлением при горячем прессовании реактопластов пресс-
материал нагревается, плавится и отверждается в пресс-форме,
что значительно удлиняет цикл прессования. Следовательно,
применение предварительного подогрева повышает начальную
температуру пресс-материала, сокращает время выдержки
материала в пресс-форме, время цикла прессования, способствует
увеличению производительности пресса.
Помимо технологических преимуществ предварительный
подогрев пресс-материала обеспечивает улучшение
физико-механических и электроизоляционных свойств прессованных изделии.
Применение предварительного подогрева позволяет
повышать температуру прессования в среднем на 30°С, сокращать
время выдержки под давлением в 2—3 раза, понижать давление
прессования; кроме того, значительно уменьшается износ пресс-
форм, улучшаются условия и повышается производительность
труда.
Существует два способа предварительного подогрева: в
генераторах ТВЧ и в воздушных термостатах. Практика доказала
целесообразность применения генераторов ТВЧ, так как ток
высокой частоты воздействует одновременно на всю массу
пресс-материала и прогрев таблетки происходит равномерно.
Нагрев при этом осуществляется очень быстро, и степень
нагрева можно точно регулировать.
Подогрев в воздушных термостатах — более длительный
процесс, материал в них нагревается неравномерно. Этот
способ применяют в тех случаях, когда пресс-материалы содержат

гокопроводящие частицы, так как в генераторах ТВЧ можно
подогревать только диэлектрики.
Рекомендуемые режимы предварительного подогрева приве
дены в табл. 10.3 и 10.6.
Формование. После загрузки подогретого материала в за-
гру.ючпую зону включают пресс. Ползун опускается вначале
быстро, а перед смыканием пресс-формы после перехода на
высокое давление— медленно.
Переключение давления жидкости осуществляется
автоматически при помощи переключателей. Снижение скорости
опускания ползуна необходимо для предотвращения выброса
материала из пресс-формы, а также уменьшения износа пресс-формы.
Скорость ползуна при холостом и возвратном ходах
составляет 36—200 мм/с, при рабочем ходе—1,5—3 мм/с. Время
смыкания у различных прессов колеблется в пределах 5—30 с.
Выдержка под давлением начинается с момента смыкания
пресс-формы. Время выдержки зависит от толщины изделия,
от его конфигурации, от типа пресс-материала, от температуры,
с которой он поступает в пресс-форму. В процессе нагревания,
расплавления и отверждения прессовочного материала из него
выделяются летучие продукты — как содержащиеся в нем
(влага, фенол, формальдегид), так и образовавшиеся при реакции
отверждения (вода, аммиак и др.).
¦ Для удаления летучих веществ, лучшего прогревания
материала, сокращения времени выдержки и улучшения качества
изделия применяют специальный тех-нологическин прием — под-
прессовку.
Подпрессовка заключается в том, что сразу же после
полного смыкания пресс-формы пуансон слегка поднимают '(па
10—20 мм) и немедленно снова опускают, при этом
газообразные продукты легко удаляются из пресс-формы. Подпрессовку
проводят только при прямом прессовании в стационарных пресс-
формах на быстроходных прессах. Длительность подпрессовки,
высоту подъема пуансона устанавливают опытным путем для
каждого конкретного изделия в зависимости от
технологических свойств пресс-материала, при этом в технологическом
процессе может быть одна или несколько подпрессовок.
Во многих случаях подпрессовки;недопустимы. Это
относится к производству изделий с арматурой, а также сложных
изделий, в которых может произойти нарушение правильного
сопряжения деталей.
На рис. 10.12 приведены различные варианты режимов иод-
прессовки по сравнению с прессованием без подпрессовки.
Режим «без подпрессовки» (рис. 10.12,а) используется для
прессования небольших изделий с металлической арматурой и
знаками. Подпрессовки без паузы (рис. 10.12,6) применяются для
прессования небольших изделий без арматуры и знаков. Под-
332

1
a.
1
\|
Z
\
3
4
/ Уровень
! формы
Время
¦ ' ^4 3 7
Ч
Уровень
формы
1 1 {
\
4
^A
J
j / fj 4
V
с—s
- —
7 ,
/ Уровень
/ формы
время
3 7L
/ Уровень
/ формы
1 .
\
г в
—^
Время
/Уровень
/ формы
Время
Время
Рис. 10.12. Диаграммы различных режимов прямого прессопания реакто
пласгоп:
'I без модмрессовок. 6 ¦ подпреосовка «без паузы»; в — подпрееч'онка «после паузы»,
модмрессовка «с паузой», д режим «подогрев пре^ч--материала в П1>есг-форме»;
/ ход на низком давлении' 2- ход на высоком давлении; 3 выдержка под
давлением. 4 модпрекч'овка; 5 — пауза перед иодпрессовками: 6 - высота иодпрессовок: 1-
1);иъем пресса. X ~ подогрев
прессовки «после паузы» (рис. 10.12, в) применяются для
прессования крупных изделий. Пауза перед подпрессовками
обеспечивает подогрев материала, что необходимо для полного отвода
паров воды и летучих.
Подпрессовка «с паузой» (рис. 10.12, г) применяется для
крупногабаритных изделий с арматурой.
Режим «подогрев пресс-материала в пресс-форме»
(рис. 10, 12,д) характеризуется остановкой пуансона до его
полного смыкания с матрицей (создается зазор 3--5 мм), что
обеспечивает хороший прогрев массы. Режим применяется для
прессования аминопластов, а также фенопластов, имеющих
низкую текучесть.
При формовании изделий иногда применяется и другой
прием задержка давления. Прием заключается в
выдерживании небольшой паузы между моментом соприкосновения
пуансона с пресс-материалом и моментом начала смыкания пресс-
формы. Применяется при работе с пресс-материалом
повышенной текучести, при наличии в пресс-формах больших зазоров
для вытекания пресс-материала или трудпозаполняемых
углублениях.
333

Для усиления изделий или в качестве токопроводящих
частей запрессовывают иногда металлические детали-—арматуру.
Для соединения деталей на резьбе запрессовывают
металлические винты и гайки, так как пластмассовая резьба уступает
металлической по прочности. Арматура устанавливается в
пресс-форме перед загрузкой пресс-материала, массивная
арматура предварительно подогревается.
Усадка пресс-материала больше усадки металла, поэтому
армированные детали склонны к растрескиванию; не
допускается запрессовка арматуры ближе чем на 1,5-—2 мм к
поверхности детали.
Для оформления пластмассовой резьбы на деталях или
изделиях применяют резьбовые знаки и кольца. В отличие от
арматуры резьбовые знаки и кольца вывинчиваются после
выталкивания деталей из пресс-формы.
После окончания выдержки под давлением ползун
перемещается вверх и происходит раскрытие формы. В зависимости
от конструкции пресс-формы и вида изделия съем готовых
изделий может происходить с помощью толкателей (в матрице
или на пуансоне), с помощью специальных съемников или
вручную. После съема изделий пресс-форму очищают сжатым
воздухом и приступают к следующему циклу.
Вывинчивание резьбовых знаков и колец из изделий или из
пресс-формы производится вручную при помощи специальных
приспособлений или автоматическими устройствами, которые
предусматриваются при проектировании пресс-форм.
При формовании изделий из реактопластов многие переходы
технологического процесса (в зависимости от особенностей
оборудования) выполняются автоматически, они
запрограммированы в управляющих узлах гидравлических прессов. Это
относится в первую очередь к разъему пресс-формы и выталкиванию
изделий.
Термическая обработка. После извлечения из формы
изделия обычно имеют высокую температуру, и их охлаждение
происходит вне формы на воздухе. Для предотвращения
коробления крупногабаритных изделий под влиянием остаточных
напряжений их охлаждают в специальных зажимных
приспособлениях.
Крупногабаритные изделия с большой разнотолщинностью
иногда подвергают дополнительной термообработке.
Термообработка при повышенных температурах способствует более
полному и равномерному завершению процессов сшивания, что
приводит к улучшению механических свойств.
В некоторых случаях проводят нормализацию изделий,
которая состоит в плавном медленном охлаждении после
непродолжительной выдержки при повышенной температуре, что
способствует более полному снятию остаточных напряжений
•ш

Для термообраоотки обычно применяют электрические
термошкафы с циркуляцией воздуха и специальные печи, а также
ванны с жидкими средами—минеральными маслами,
силиконовыми жидкостями и др. Режим термообработки для каждого
конкретного изделия подбирается опытным путем.
Механическая обработка. Эта операция заключается
главным образом в зачистке изделий. При необходимости с
помощью различных методов обработки можно изменять форму
деталей или изделий, повышать точность размеров.
10.5.2. Прессование декорированных и двухцветных
изделий
Для улучшения внешнего вида изделий культурно-бытового
назначения и некоторых технических изделий проводят
прессование с одновременным декорированием.
Сущность способа заключается в единовременном прессовании
порошкообразных реактопластов с бумагой или тканью в
качестве декоративного элемента
В качестве пресс-материалов применяют различные марки
амннопластов светлых тонов, для декорирования — бумагу или
ткань определенного рисунка, предварительно пропитанную мо-
чевино- или меламиноформальдегидной смолой и высушенную;
при необходимости на ткань или бумагу до пропитки наносят
необходимый рисунок или надпись.
Прессование проводят с применением различных приемов.
В одном случае в гнездо матрицы укладывают листовую
заготовку лицевой поверхностью вниз, затем загружают навеску
пресс-порошка и пресс-форму смыкают. В другом случае
сначала из пресс-порошка прессуют подложку, затем форму
размыкают, а на отпрессованную подложку, не вынимая ее из
матрицы, накладывают листовую заготовку лицевой стороной
вверх и проводят повторное прессование.
Указанным методом можно изготавливать текстовые
таблички, нагрудные значки, фирменные товарные знаки,
отделочные детали приборов, отделочные декоративные панно,
сувениры и т д.
Двухцветное прессование применяется для
изготовления изделии народного потребления. Двухцветные изделия
можно производить по двум схемам: в пресс-форме обычного
типа со сменными опорными планками или в пресс-форме
кассетного типа—с одном матрицей и двумя пуансонами разного
чнаметра (по такой схеме изготавливают изделия типа
«стакан») .
Изготовление двухцветных изделий в кассетной пресс-форме
представлено на рис. 10.13. Так же, как и при одноцветном
335

Рис. 10.13. Схема прессования двухцветных изделий:
и -- первая tarpy.iKa: б - первая выдержка, в — вторая .iaipyiKa: г—вторая выдержка;
Л извлечение готового изделия; / — иуаисон: 2— матрица; .4 - подвижная плита ирес-
са; 4 станина пресса; .5 — направляющие колонки пресс-формы; 6" -- втулка
направляющих колонок
прессовании, пуансон в виде подвижной кассеты с двумя
пуансонами и одногнездная матрица укреплены на плитах пресса.
Технологическим процесс двухцветного прессования состоит
из пяти операций. Первая загрузка (рис. 10.13, а): в матрицу
загружают навеску пресс-материала и опускают подвижную
плиту пресса при правом положении передвижной кассеты; при
атом в гнездо матрицы входит пуансон большего диаметра и
высоты. Первая выдержка (рис. 10.13,6): выдерживают
изделие в пресс-форме до отверждения наружном части изделия;
после выдержки раскрывают пресс-форму. Вторая загрузка
(рис. 10.13, а): в матрицу, в которой уже оформлена наружная
половина изделия, загружают новую навеску материала другого
цвета, передвигают кассету в новое положение и смыкают пресс-
форму. Вторая выдержка (рис. 10.13, г): выдерживают изделие
в пресс-форме в течение времени, достаточного для
отверждения вновь засыпанного материала (внутреннем части изделия);
после выдержки раскрывают пресс-форму. Извлечение готового
изделия (рис. 10.13, д): извлекают готовое изделие из матрицы,
и цикл прессования повторяют.
Температуру прессования м продолжительность выдержки
изделия под давлением устанавливают в зависимости от вида
и марки пресс-материала и толщины изделия.
10.5.3. Дефекты пресс-изделий и способы их устранения
Чаще всего при прессовании встречаются такие дефекты, как
исдопрессовка, матовые поверхности, толстый облой,
размерный брак и другие. Причины возникновения отдельных
дефектов и способы их устранения приведены в табл. 10.7.
В табл. 10.7 перечислены только те дефекты, которые могут
быть обнаружены при наружном осмотре изделия. Выявление
размерного брака п брака по физико-механическим свойствам

Таблица 10.7. Виды боака при прессовании реактопластов.
их причины и способы устранения
Инд брака
Причины
Способы устранения
Недопрессовка,
заметная по
верхнему (фаю изделия и
на выступающих
частях
Недопрессовка в
основном по
верхнему краю
Матовая
поверхность, серый налет
по всему изделию
Матовость одних и
тех же мест
изделия
Толстый грат
Вздутия, пузыри
на поверхности
изделия
Коробление
изделия
Посторонние
включения
Низкая текучесть
пресс-материала, который не
заполняет глубокие полости
формы
Засорение направляющих
втулок, что мешает
полному смыканию формы.
Преждевременное отверждение
материала вследствие
слишком медленного смыкания
формы
Низкая температура
прессования, материал плохо от-
верждается. Мала
выдержка под давлением
Изиос хромового покрытия
оформляющих деталей
пресс-формы
Велика навеска
пресс-материала. Недостаточное
давление прессования. Низкая
текучесть пресс-материала
Повышенное содержание
летучих в пресс-материале.
Высокая температура
прессования, недостаточная
выдержка под давлением
Усадка материала при
неодинаковой толщине
изделия. Неравномерный нагрев
оформляющих частей пресс-
формы (при прессовании
крупных изделий)
Плохая чистка пресс-форм.
Нарушение условий
хранения и транспортировки
сырья
Повысить температуру
предварительного подогрева
(для новолачных
пресс-материалов); увеличить
давление прессования (на
прессах с индивидуальным
приводом); заменить
пресс-материал
Прочистить втулки и
регулярно продувать их в
процессе работы. Увеличить
скорость смыкания. Если
это невозможно из-за
конструкции детали, снизить
температуру прессования
или предварительного
подогрева.
Отрегулировать
температуру пресс-формы. Увеличить
выдержку под давлением
Хромировать пресс-форму
Уменьшить навеску.
Повысить давление прессования
(на прессе с
индивидуальным приводом) или
переставить форму на пресс
с большим усилием.
Заменить пресс-материал
Увеличить высоту или
количество подпрессовок,
отрегулировать температуру
пресс-формы. Увеличить
выдержку под давлением
Применять рихтовку.
Пересмотреть мощность и
расположение нагревательных
элементов пресс-формы
Улучшить очистк\ пресс-
форм. Сменить сырье
22—81
337

возможно лишь после тщательного измерения изделия и
проведения лабораторных испытаний.
Нарушение технологического режима (в основном это
сокращение выдержки под давлением ниже указанных в
технологической карте пределов, нарушение температурного режима
пресс-формы) может привести к получению изделий, годных по
внешнему виду, однако недостаточно прочных, с плохими
электроизоляционными свойствами или с низкой химической
стойкостью. Поскольку лабораторные исследования всех
отпрессованных изделий провести невозможно, такие изделия попадают
к заказчику и могут быть установлены на сложной машине или
точном приборе. Несоответствие свойств изделий условиям
эксплуатации может привести к выходу из строя всей конструкции,
а иногда к авариям и несчастным случаям. Поэтому при
прессовании изделий, особенно технического назначения,
недопустимы никакие нарушения технологического режима.
Бракованные изделия из реактопластов относятся к
безвозвратным отходам производства. В отдельных случаях
дробленые, измельченные изделия и заусенцы могут использоваться
как наполнитель в производстве композиционных материалов.
Однако основным способом утилизации их остается сжигание
в специальных печах.
Рост безвозвратных отходов вызывает перерасход пресс-
материала, сказывается на экономических результатах
процесса, поэтому главной задачей производства является
применение безотходных и малоотходных технологий.
10.6. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ РЕАКТОПЛАСТОВ
10.6.1. Общие сведения о процессе
Как было сказано выше, дальнейшим логическим развитием
метода горячего (прямого) прессования является метод
литьевого прессования. Но многие недостатки горячего
компрессионного прессования присущи и литьевому прессованию:
необходимость использования таблеточных машин, генераторов ТВЧ и
других приспособлений. Кроме того, при литьевом прессовании
цикл формования не автоматизирован, пресс-формы сложны и
громоздки.
Метод литья под давлением позволяет преодолеть указанные
недостатки. Отечественной промышленностью в настоящее
время осваивается этот прогрессивный метод переработки
(организовано производство литьевых машин—реактопластавтоматов,
а также литьевых марок реактопластов, предназначенных для
литья под давлением).
Литье под давлением реактопластов изучено еще не так
глубоко, как литье под давлением термопластов. На стадиях плас-
338

тикации и впрыска формовочной массы литье под давлением
реактопластов аналогично литью под давлением термопластов.
Однако физико-химические процессы, происходящие при
формовании реактопластов и термопластов, принципиально различны.
Термопласты в расплавленном состоянии могут находиться
длительное время. Формование же реактопластов возможно только
в очень ограниченный период пребывания материала в вязко-
текучем состоянии. Так как реактопласт при отверждении
переходит в неплавкое и нерастворимое состояние, то надо избегать
длительного пребывания его в нагретом состоянии в
материальном цилиндре машины. Кроме того, при литье под давлением
реактопластов форма все время поддерживается нагретой до
температуры, соответствующей температуре переработки, так
как изделия выталкиваются из нее без охлаждения. Вообще,
в отличие от литья под давлением термопластов, при
переработке реактопластов масса заполняет форму практически в
изотермических условиях, поэтому нельзя допускать отверждения ее
даже у стенок формы до окончательного заполнения последней.
Особенности течения термопластов и реактопластов в форме
при литье под давлением оказывают своеобразное влияние на
свойства отливаемых изделий. Например, для термопластов
показатели свойств по толщине изделия сильно зависят от
скорости охлаждения полимеров, определяющей концентрацию ориен-
тационных напряжений и степень кристалличности материала.
Изделия из реактопластов по толщине получаются более
однородными, показатели их свойств зависят в первую очередь от
направления течения и характера стыковки потоков массы.
Изготовление изделий из реактопластов литьем под
давлением осуществляется несколькими способами: плунжерным,
червячно-плунжерным с впрыском пластицированной массы в
промежуточный цилиндр, литьем на реактопластавтоматах
с червячной пластикацией. Последний способ является наиболее
универсальным, так как позволяет перерабатывать различные
литьевые материалы в изделия разнообразной конструкции.
Литье под давлением реактопластов с использованием
червячной пластикации показана на рис. 10.14. Пластикационный
цилиндр 2 является одновременно материальным цилиндром,
а червяк 3 может иметь вращательное поступательное
движение. Перерабатываемый материал из бункера 4 захватывается
вращающимся червяком 3 и перемещается по винтовому каналу
вдоль цилиндра к соплу /Твердые частицы материала при
прохождении по винтовому каналу уплотняются, перемешиваются
и равномерно прогреваются. Пластикация материала в
цилиндре происходит не только за счет нагревания от внешних
источников тепла, но и благодаря сдвиговым усилиям в канале
червяка, что следует учитывать при установлении теплового
режима в цилиндре пластикации. Температура, заданная по зонам
22* 339

Рис. 10.14. Пооперационная схема литья под давлением реактопластои:
и — впрыск: б —выдержка под давлением: а— извлечение изделия и:) формы: I —сопло.
2— материальный цилиндр: 3 ~ червяк: -/ .)агру_тчний бункер-. .5 — форма; в —изделие
цилиндра, должна поддерживаться с большой томностью. В
случае повышения заданной температуры реактопласт может
преждевременно отверждаться в цилиндре 2 или в сопле /, и тогда
впрыск материала в форму 5 будет невозможен. Пластикация
должна проводиться при температуре, обеспечивающей
достаточную для ее завершения продолжительность пребывания
материала в цилиндре 2. Для уменьшения времени пребывания
материала в цилиндре надо так строить цикл переработки,
чтобы подготовка новой порции материала к следующему циклу
заканчивалась непосредственно перед впрыском.
При пластикации червяк 3, вращаясь от привода, отходит
назад под давлением материала, накапливающегося перед
червяком в передней части цилиндра. Ход червяка, а
следовательно, и масса порции определяются положениями концевого
выключателя. Перед началом впрыска форма 5 закрыта; в момеш
впрыска (стадия а) червяк 2 перемещается только
поступательно. После заполнения формы 5 наступает выдержка под
давлением (стадия б), когда давление на материал понижается ш>
сравнению с давлением впрыска. Выдержка под давлением
продолжается до начала отверждения материала в литниковом
канале. Далее одновременно происходит отверждение массы в
форме и подготовка повой порции материала (пластикация)

в материальном цилиндре для следующего цикла литья. При
этом чаще всего вся инжекционная часть отводится от формы
(стадия в).
При пластикации сохраняется некоторое давление в
гидроцилиндре, которое называется противодавлением (давление
подпора). Противодавление обеспечивает стабильную
пластикацию материала от цикла к циклу: равномерность набора
дозы, однородность температуры и плотности материала,
точность порции материала по массе. После набора заданной
порции материала движение червяка 3 прекращается. По
окончании отверждения материала форма 5 открывается и готовое
изделие 6 выталкивается. Далее форма смыкается и начинается
следующий цикл литья. Эта схема является универсальной, так
как позволяет перерабатывать разные литьевые материалы в
изделия разнообразной конструкции. Недостатком метода
является невысокая точность дозирования при подготовке больших
порций материала.
10.6.2. Литьевые машины для реактопластов
Для литья реактопластов наиболее широко применяются одно-
червячные литьевые машины с гидромеханическим приводом
узла смыкания и осевым перемещением червяка. Усилие и
скорости впрыска, скорость смыкания и размыкания формы,
выдержка под давлением регулируются бесступенчато.
Наибольшее влияние на условия переработки и качество
отливаемых изделий оказывает геометрическая форма червяка,
который должен обеспечивать пластикацию материала.
Наиболее пригодными являются червяки с постоянной глубиной
винтового канала. В этом случае интенсивность нагрева материала
и его температура зависят только от внешнего обогрева, что no-
чволяет увеличить время сохранения минимальной вязкости
материала в материальном цилиндре и избежать
преждевременного отверждения реактопласта.
При создании машин для литья реактопластов под
давлением особое внимание уделяют конструкции и обеспечению
точного контроля температуры материального цилиндра, сопла и
литьевой формы.
Материальный цилиндр обогревают жидким теплоносителем
с температурой 65—95°С (в зависимости от перерабатываемого
материала). Температура регулируется с помощью горячей и
холодной воды, которая смешивается автоматически.
В отличие от литьевых машин для термопластов конструкции
машин для литья реактопластов должны обеспечивать полное
удаление материала из материального цилиндра при каждом
цикле литья. Техническая характеристика отечественных реак
топластавтоматов приведена в табл. 10.8.
34 >

Таблица 10.8. Техническая характеристика различных моделей
реиктопластавтоматов
Параметры машин
Номинальный
объем впрыска, см3
Номинальное
давление литья, МПа
Номинальное
усилие запирания
формы. МН
Ход подвижной
плиты, мм
Высота
устанавливаемого
инструмента, мм
Диаметр пласти-
чирующего
червяка, мм
Суммарная
мощность всех
электронагревателей,
кВт
Габариты машины.
мм:
длина
ширина
высота
ДЕ3727.1
90, 70,
115
140, 200,
100
0,55
250
140—250
36, 32
40
7
3600
1010
1950
ДЕЗ 730.1
165, 135,
210
140, 200,
100
1
320
160—320
36, 32,
40
7,2
4180
910
1950
Д3132-
250Р
250
132
1,6
400
200—400
50
13
5160
1100
1975
Д3134-
50 0Р
500
132
2.5
500
250—500
60
11
6140
1480
2220
Д3136-
10001'
1000
132
4
630
320—630
80
23
7620
1740
2610
Д.'НЗЬ-
2000Р
2000
132
6,3
850
400-800
100
27,1
9800
2300
3175
Производительность реактопластавтомата и качество
изделий во многом зависят от правильного выбора конструкции
формующего инструмента, качества его изготовления. Тип и
конструкция формы определяются конструкцией изготавливаемого
изделия.
При решении вопроса о целесообразности изготовления того
или иного изделия методом литья под давлением прежде всего
нужно исходить из соображений экономичности. В первую
очередь на литье под давлением переводят толстостенные изделия
нз реактопластов, которые требуют большой выдержки при
прессовании. Литьем под давлением целесообразно
изготавливать детали для электротехнических изделий, так как
отличительной особенностью их является наличие большого числа
отверстий, уступов, пазов, электропроводящих и крепежных нста-
вок, усложняющих технологию формования и конструкцию
пресс-форм.

10.6.3. Технологические режимы литья под давлением
реактопластов
Литьем под давлением перерабатывают фенопласты с
различными наполнителями, аминопласты, композиции на основе
полиэфирных, эпоксидных и других смол. Наиболее
предпочтительны для переработки этим методом гранулированные
фенопласты новолачного типа с порошкообразными наполнителями.
Литье под давлением реактопластов — сложный
автоматизированный процесс, поэтому к стабильности технологических
свойств перерабатываемых материалов предъявляются жесткие
требования.
Выбор режимов переработки производится в зависимости
от типа перерабатываемого материала, конфигурации изделия,
типа реактопластавтомата. Температурный режим литья
устанавливается в зависимости от пластичновязких свойств
перерабатываемой композиции, времени ее отверждения,
конфигурации габаритов изделия. Ориентировочные температурные
режимы переработки в зависимости от типа полимерного материала
приведены в табл. 10.9.
Давление впрыска при переработке этих материалов
колеблется в пределах 100—200 МПа. Чем выше текучесть материала
и ниже его вязкость, тем меньше требуемое давление впрыска.
Кроме свойств перерабатываемого материала на величину
давления впрыска влияют также конструкция сопла, расположение
литниковых каналов и форма их поперечного сечения.
Скорость впрыска устанавливается в пределах от 20 до
70 мм/с и выбирается такой, чтобы при заданной скорости
материал целиком заполнил форму. При слишком высокой
скорости впрыска материал на выходе из отверстия сопла может
из-за перегрева деструктировать. При низкой скорости впрыска
(меньше скорости отверждения материала) он затвердевает в
форме, не успев заполнить ее. Верхние значения этого
параметра применяют при литье тонкостенных изделий. Низкие
скорости впрыска используют при литье толстостенных изделий (для
снижения остаточных напряжений), изделий с арматурой (во
избежание перекоса или смещения арматуры). Время выдержки
Таблица 10 9. Температурные режимы литья под давлением
фенопластов и аминопластов
Полимерным материал
Фенолоформ;ь1ьдегиднын
К,;фбамндоформ;1льдсгндны|"|
Челамнноформатьдегидный
Т1-мп*ч>ату}>а, °С
цилиндра
70—80
80—90
70—90
сопла
110—130
Г2О—140
105 — 135
чорн яка
65—85
65—85 »
65—85
чомпозпцмн) формул
110—130
130—140
130—1 35
170—1 80
130—150
170—180
34:1

под давлением выбирают в пределах от 5 до 20 с (чем больше
масса детали, тем больше должно быть время выдержки под
давлением).
10.7. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ПЕРЕРАБОТКИ РЕАКТОПЛАСТОВ МЕТОДАМИ ПРЕССОВАНИЕ
И ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Л\етод горячего компрессионного прессования отличается
простотой технологического процесса формования, по имеет ряд
принципиальных недостатков. Цикл процесса продолжителен
не только из-за необходимости значительной технологической
выдержки под давлением, но и за счет вспомогательных
операций (загрузка, выгрузка, установка арматуры, знаков,
обдувка и т. п.). В настоящее время совершенствование переработки
пресс-материалов в изделия идет по нескольким направлениям.
При прессовании крупногабаритных, толстостенных изделий
и изделий из волокнистых материалов применение пластикато-
ров-дозаторов значительно сокращает цикл прессования.
Значительное повышение производительности труда
достигается при переходе на изготовление сложных деталей литьем под
давлением на реактопластавтоматах. Широкое применение ре-
актопластавтоматов сдерживается в настоящее время
недостаточным выпуском гранулированных быстроотверждающихся
марок пресс-материалов.
Все большее применение в нашей промышленности находят
прессы-автоматы, ротационные прессы и роторные линии. Это
оборудование в сочетании с манипуляторами позволяет
полностью автоматизировать процесс получения изделий из пресс-
материалов.
Одним из средств комплексной автоматизации процесса
прессования пластмасс являются роторные линии. Отличительная
особенность роторной линии — наличие нескольких синхронно
вращающихся роторов. Каждый ротор представляет собой
многопозиционную машину, предназначенную для осуществления
какой-либо одной технологической или транспортной операции.
Роторы вращаются непрерывно. На каждой из позиций ротора
установлен комплект рабочего инструмента, который вращается
вместе с ротором и обрабатываемым материалом и
одновременно с вращением выполняет необходимые рабочие операции. 3;i
один оборот ротора на каждой рабочей позиции осуществляется
технологическая обработка одной детали.
Автоматическая роторная линия ЛПИ-10 (рис. 10.15)
предназначена для компрессионного прессования резьбовых изделий.
Линия состоит из трех рабочих и четырех транспортных
роторов, которые приводятся во вращение общим
электродвигателем. При этом благодаря жесткой кинематической связи обес-
.Ш

г, -36
Рис. 10.15. Принципиальная схема pi прнои
линии Л ПИ-10:
/ ротор дозирования. 2—ротор таблетнрозан.Г/
.5, 7 транспортные роторы: 4 -ротор предварите ъ
ного подогрева; ь — ротор прессования; н — лоток.
п — число мо.чнцнм ротора
печивается синхронная работа
роторов. Пресс-порошок из бункера
подается ротором дозирования / на ротор
таблетирования 2, который по суше- '
ству является шестипозиционпой
ротационной таблеточной машиной. Усилие таблетирования
создается соответствующими гидравлическими цилиндрами.
Дозировка порошка в матрицы таблеточной машины объемная, с
автономным регулированием на каждой позиции.
Отформованные таблетки транспортным ротором 3
передаются на 24-позиционный ротор предварительного подогрева 4.
Подогрев токами высокой частоты осуществляется во время
прохождения таблетки между электродами высокой частоты, одним
из которых является пластина ротора, а другим—неподвижный
электрод. Нагретые до температуры 80—90°С таблетки
транспортным ротором 5 перемещаются в очередную матрицу ротора
прессования 6. Ротор прессования имеет 36 позиций, каждая из
которых состоит из гидравлического цилиндра прессования,
выталкивающего цилиндра и пресс-инструмента (пресс-формы).
На каждой позиции осуществляются смыкание, выдержка
под давлением и размыкание пресс-форм, а также подпрессовка
(при необходимости). За время прохождения от позиции
загрузки до позиции разгрузки пресс-материал, находящийся в
нагретой замкнутой пресс-форме, отверждается. После окончания
процесса прессования пресс-форма размыкается, и изделие
выталкивается на резьбовом знаке. При помощи шестерни,
сидящей на выталкивателе, и неподвижной зубчатой рейки,
расположенной около ротора, резьбовой знак вывинчивается из
изделия, которое удерживается пуансоном от проворачивания.
Транспортным ротором 7 готовое изделие передается на лоток
8. В случае, если готовое изделие не будет удалено из пресс-
формы, срабатывает устройство, не допускающее попадания в
нее новой таблетки.
Технические характеристики некоторых роторных линий
приведены в табл. 10.10.
Большие резервы в повышении производительности труда и
ликвидации ручного труда заключаются в механизации и
автоматизации вспомогательных операций при прессовании и
обработке изделий. Автоматизировать вспомогательные операции
призваны промышленные роботы-манипуляторы.
Автоматические манипуляторы с программным управлением (промышлен-
345

Таблица 10.10. Технические характеристики роторных линий
для прессования реактопластов
Параметр
Усилие прессования,
кп
Максимальные
размеры изделий (длинах
X ширинах высота),
мм
Максимальная масса
изделия, г
Число позиции в
роторе прессования
Габаритные
размеры, м
длина
ширина
высота
Производственная
площадь, м2
Масса, т
ЛГИ 1-5
50
40 40
16
45
2,8
1.4
2.5
20
7
30
ЛИИ-10
100
60 ¦ 50- 50
30
36
2.5
1,8
2.5
20
8
75
Л ПИ-16
160
> 75 /60
50
28
2,5
2,5
2,5
22
12
ЛПИ-2 5
250
90x90X60
100
24
3
2,5
3
25
15
ЛПИ-63
630
145X145
125
200
12
3
2 5
3^2
25
16
ные роботы)—новое универсальное средство комплексной
автоматизации производственных процессов. Как показывает опыт,
комплексное применение промышленных роботов позволяет
повысить производительность труда в среднем в 1,5—2 раза,
сменность работы оборудования в 1,5—1,8 раза, а также
существенно улучшить ритмичность и общую культуру производства.
В настоящее время созданы робототехнологические
комплексы (РТК) для получения прессовых изделий из реактопластов.
При этом создатели РТК отказались от традиционного способа
таблетирования и предварительного подогрева таблеток в
генераторах ТВЧ, заменив эти стадии червячной загрузкой сыпучих
пресс-материалов с предварительным подогревом при помощи
индуктивных нагревателей. Кроме того, были решены вопросы
централизованной подачи пресс-материалов, сбора и
транспортировки готовых изделий, создания единого РТК,
осуществляющего основной технологический процесс, очистки рабочих мест
и локализации газа, пыли и грата.
В состав РТК входят: манипулятор дозирования и загрузки
пресс-порошков, манипулятор съема изделий, устройство
контроля съема и система счета.
Технологический процесс осуществляется следующим
образом: при помощи цепного транспортера сырье подается в
бункеры-накопители прессов, откуда пресс-материал под действием
вибрации или самотеком поступает в РТК-автомат загрузки,
который производит загрузку гнезд формы установленными до-
346

зами. Изделие формуется, отверждается, форма раскрывается,
и вывод отпрессованных изделий из зоны формы производится
манипулятором съема с последующим сбросом изделий в тару.
Тара, наполненная готовой продукцией, при помощи
механизированных приспособлений транспортируется на участок
обработки. Управление РТК производится автономной схемой,
ориентированной на систему управления технологическими линиями
на основе микропроцессоров, объединяемых в АСУТП. В
функции обслуживающего персонала входит: начальный запуск РТК,
его наладка и контроль за его работой.
Использование манипуляторов и РТК открывает
перспективы создания принципиально новых технологических процессов,
не связанных с ограничениями, налагаемыми непосредственным
участием человека.
Для снижения опасности преждевременного отверждения
материала при литье под давлением можно применять не
готовый материал, а полуфабрикат из сухой смеси исходных
компонентов термореактивной композиции.
Перспективно литье под давлением термореактивных олиго-
меров, а также технология, предусматривающая введение
сшивающего агента только в момент впрыска.
Интенсификация производства изделий из реактопластов
может быть достигнута при высокоскоростном литье под
давлением. При этом скорость смыкания — размыкания формы
достигает 30 м/мин, а частота вращения червяка — 150 об/мнп.
Широкому внедрению в производство этого метода должна
предшествовать разработка специальных литьевых полимерных
материалов.
Для литья высоковязких реактопластов, а также для
получения массивных отливок многообещающей представляется
обработка термореактивных материалов в процессе пластикации
и впрыска силовыми полями инфразвуковой и звуковой частот;
вибрирующим элементом может служить нластикационный
поршень и торпеда или специальный плунжер, расположенный
перед входом в формующий инструмент.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
10.1. Каковы принципиальные схемы компрессионного и
литьевого прессования реактопластов?
10.2. Как устроен гидропресс, из каких основных узлов он
состоит?
10.3. По каким признакам классифицируют гидропрессы?
10.4. С какой целью применяют таблетирование и
предварительный подогрев пресс-материала?
347

10.5. Каковы конструктивные особенности пресс-форм?
Расскажите о классификации пресс-форм.
10.6. Каковы основные параметры процесса компрессионного
прессования? Как они взаимосвязаны?
10.7. От каких факторов зависят температура и удельное
давление прессования?
10.8. От каких факторов зависит время выдержки при
прессовании?
10.9. Из каких основных стадий состоит технологический
процесс компрессионного прессования?
10.10. Что такое подпрессовка? Расскажите о различных
типах режимов прессования.
10.11. Как выполняется прессование двухцветных изделий?
10.12. Какие виды брака возможны при прессовании и
каковы пути их предупреждения?
10.13. В чем особенности литьевого прессования и литья под
давлением реактопластов?
10.14. Каковы особенности литьевых машин для литья под
давлением реактопластов?
10.15. Охарактеризуйте технологические параметры литья
под давлением реактопластов.
10.16. Каковы основные направления совершенствования
технологии компрессионного прессования и литья под давлением
реактопластов?
ГЛАВА 11
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИИ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВОЛОКНИСТЫМ
НАПОЛНИТЕЛЕМ
11.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ
МАТЕРИАЛАХ
Полимерные композиционные материалы с волокнистым
наполнителем (композиты)— высокопрочные материалы, состоящие
из полимерной матрицы и упрочняющего волокнистого
наполнителя (арматуры). Армирующие волокна позволяют достичь
высокой прочности и жесткости композитов, снижают
ползучесть, повышают теплостойкость, а полимерное связующее
создает прочные связи между волокнами и таким образом
обеспечивает монолитность материала. Чаше всего композиты
используются как элементы силовых конструкций, поэтому их относят
к группе конструкционных материалов. Свойства армированных
/J48

материалов определяются не только природой компонентов и
степенью наполнения, но и формой, размером и взаимным
расположением отдельных элементов наполнителя. Разные
волокнистые наполнители (стеклянные, органические, кварцевые,
углеродные, борные и т. д.) сообщают композитам различные
специфические свойства. Изменяя длину волокон и их
взаимное расположение в связующем, регулируют свойства
материала и придают ему различную степень анизотропии. Обеспечивая
максимальное упрочнение в направлениях главных напряжений,
наполнитель выполняет функцию армирующего компонента.
При изготовлении полимерных композиционных материалов
при смешении компонентов и последующих операциях
происходит смачивание наполнителя связующим, адсорбция молекул
связующего поверхностью наполнителя, изменение структуры
связующего в пограничном слое и т. д. Все это определяет
прочность сцепления связующего с поверхностью наполнителя
и в конечном итоге влияет па свойства композиционных
материалов. Высокая смачивающая и пропитывающая способность
полимерного связующего по отношению к наполнителю создает
условия для хорошего контакта между полимером и
наполнителем, в результате чего исключается появление пустот и газовых
включений, вызывающих концентрацию напряжений.
Армирующие волокна могут иметь различную длину и могут
быть по-разному расположены в полимерной матрице, в связи
с чем можно выделить две большие группы армированных
пластиков. Первая группа — это композиты, содержащие дискретные
волокна (частицы с размерами, соизмеримыми во всех
направлениях). В этом случае применяют короткие волокна или
нитевидные кристаллы, расположенные хаотически. Такие
материалы изотропны. Вторая группа — материалы с волокнами,
собранными в жгуты, ровницу или образующими ткани, т. е.
материалы с упорядоченным (ориентированным)
расположением наполнителя. Такие материалы отличаются анизотропией
свойств и повышенной прочностью в направлениях ориентации
наполнителя.
В зависимости от вида арматуры различают
однонаправленные слоистые и пространственно-армированные композиты.
Однонаправленные материалы отличаются параллельной укладкой
волокон; слоистые пластики изготавливают путем введения в
полимерную матрицу тканей, пленок и других плоских
армирующих элементов; пространственно-армированные композиты
имеют сложную укладку слоев.
В зависимости от природы волокнистого наполнителя
армированные материалы подразделяются на стеклопластики
(наполнитель—стекловолокнистые материалы), текстолиты
(наполнитель—хлопчатобумажные ткани различной структуры),
лсбопластики (наполнитель — асбоволокнистые материалы),
349

древесно-слоистые пластики (наполнитель — древесный шпон),
гетинакс (наполнитель — бумага), углепластики
(наполнитель— углеродные волокна), пластики на основе органических
волокон (наполнитель—арамидные волокна), пластики на
основе металлических волокон и др.
11.2. КОМПОНЕНТЫ КОМПОЗИТОВ
Основными компонентами армированных полимерных
материалов являются связующие различного типа и армирующие
наполнители.
11.2.1. Связующие
В качестве связующего можно применять как линейные
полимеры, так и полимеры пространственной структуры. Полимерное
связующее пропитывает волокнистый наполнитель и после
отверждения соединяет между собой волокна или слои
наполнителя, обеспечивая их совместную работу в пластике. Поэтому
к связующим предъявляются следующие требования: они
должны обладать хорошей смачивающей способностью и адгезией
к волокну, небольшой усадкой; когезионной прочностью и
быстрым отверждением. От типа связующего зависят не только
прочностные свойства, но и теплостойкость, водостойкость,
электроизоляционные характеристики и другие свойства.
На начальном этапе производства армированных материалов
в качестве полимерного связующего использовали в основном
реактопласты, в частности фенолоформ альдегидные
о л и г о м е р ы, что объясняется их доступностью, сравнительно
высокой адгезией к большинству волокнистых наполнителей и
хорошими физико-механическими свойствами. Фенольные смолы
можно легко модифицировать, изменяя и улучшая их свойства.
Фенолоформальдегидные связующие применяют в производстве
таких армированных материалов, как текстолиты, гетинакс, ас-
бо, стекло- и углепластики, древесно-слоистые пластики.
Недостатком их является выделение побочных продуктов при
отверждении.
Высокопрочные и водостойкие композиты получаются на
основе эпоксидных связующих, обладающих хорошей
адгезией ко многим наполнителям, высокой смачивающей
способностью, малой усадкой при отверждении и хорошими
технологическими свойствами. Эпоксидные связующие применяют в
производстве стеклопластиков, гетинакса, пластиков на основе
синтетических волокон, боропластиков.
В последние годы наибольшее распространение в качестве
связующих получили полиэфирные о л и го меры, при
отверждении которых не выделяются побочные продукты. Изго-
350

говление изделий на их основе осуществляется при низких
давлениях и температурах. Полиэфирные связующие применяют
главным образом в производстве стеклопластиков и пластиков
на основе синтетических волокон.
Кремнииорганические полимеры обладают
хорошими диэлектрическими свойствами, высокой термостойкостью,
но адгезионные свойства их неудовлетворительны. С целью
повышения адгезионной способности в кремнииорганические
полимеры вводят полярные группы, за счет которых возрастают
силы межмолекулярного взаимодействия, а также применяют
другие методы модификации полимеров. Присоединение к крем-
пийорганическим соединениям алкидных и эпоксидных групп
улучшает адгезионные свойства силиконов. Применяют их в
основном в производстве стекло- и асбопластиков.
Полиимидные связующие обладают повышенной
термостойкостью и используются в производстве угле-, стекло-,
боро- и асбопластиков.
Из термопластичных полимеров в качестве связующего
применяют полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, полиакрилат
и др. Подробнее производство, свойства, способы отверждения
различных типов связующих описаны в соответствующих главах
п разделах (см. гл. 1, 2, 9). Основные характеристики свойств
важнейших связующих для производства армированных
полимерных материалов приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1. Характеристика важнейших связующих
Связующее
Фенолоформальдегидная
оюла
Фенолоформальдегидная
смола
модифицированная
Эиоксидно-фенольная
смола
Полиэфирная смола
Кремнииорганические по-
т и \л о!л г,т
.1 М Мер Ы
Кремнийорганические
полимеры
модифицированные
Полиэтилен
Поливинилхлорид
Полистирол
Полиакрилат
Адгезионная
прочность в системе
стекловолокно —
связующее. МПа
20—22,5
22—23,7
34—38,5
7,9
28—30
17—18,6
11,6
6,68
9,8
11,2
Усадка при
отвержде-
иин. %
6—7
4—7
3
5-8
2—3
3,6
—
—.
Температурный
коэффициент
линейного расширения
а-Ю6. "С-1
75
40-41 ,8
53,2
83,4
87,2
220
80
80
351

11.2.2. Наполнители
В качестве армирующих наполнителей используют
элементарные волокна, пряди, жгуты, нити, тканые и нетканые
материалы— ткани различной структуры, войлокоподобные материалы
(холсты, маты), а также бумагу, шпон. Армирующее действие
оказывают волокна длиной не менее 200 мкм. Связывание
волокон, обладающих высокой прочностью в продольном
направлении, непрерывной матрицей позволяет снизить опасность
хрупкого разрушения волокон и реализовать такие ценные свойства
волокнистых материалов, как высокие модуль упругости,
прочность и термостойкость. При традиционных .методах
армирования осуществляют последовательное наложение слоев
волокнистой арматуры. Поэтому для таких систем характерно
разрушение путем расслоения по плоскостям низкой прочности.
В настоящее время разработаны способы пространственного
армирования пластмасс.
Из органических наполнителей наиболее распространен
хлопок (волокна, нити, ткани, обрезки тканей); он обладает
хорошими физико-механическими и химическими свойствами,
которые могут ухудшаться при контакте с водой. Волокна
применяют в производстве волокнитов, а хлопчатобумажные
ткани— для изготовления текстолитов (легкие ткани — миткаль,
шифон, средние — бязь, нанка, гринсбон, тяжелые — бельтинг
и др.). Легкие ткани имеют массу 1 м2 до 150 г, средние — до
300 г, тяжелые — свыше 300 г. Так, подшипники скольжения
производят из текстолита на основе тяжелых и средних тканей,
а шестерни— на основе легких и средних.
Для производства стеклопластиков используют
стеклянные волокна. Стеклянные волокна получают
высокоскоростной вытяжкой из однородной стеклянной массы,
представляющей собой сплав различных оксидов. Они выпускаются в виде
непрерывных или штапельных волокон и ваты. Из стеклянных
волокон получают нити, жгуты, ровинги, плетеные ленты, ткани,
рубленую стеклянную пряжу, маты и т. д.
В процессе изготовления стеклянные волокна покрывают за-
масливателем для защиты от атмосферной влаги и
механического разрушения. Замасливатель наносится в виде различных
эмульсий. Изготавливают его на минеральных маслах или жир-
пых кислотах, т. е. веществах, уменьшающих коэффициент
взаимного трения волокон, с добавлением парафина или
поливинилового спирта. Однако замасливатель снижает физико-ме-
чапические свойства материала, поэтому перед формованием
изделий его удаляют химическим или термическим способом.
Для повышения адгезии связующего к стекловолокну
поверхность последнего обрабатывают специальными веществами —
.шпретами. Аппреты — это многофункциональные соединения,
352

способные взаимодействовать со стеклом и связующим. Для
полиэфирных смол наиболее употребим аппрет ГК.С-9, для
эпоксидных и эпоксифенсльных смол — АГМ-3.
Преимуществом стеклянных волокон являются высокая
твердость, химическая и термостойкость, исключительно высокая
прочность при растяжении, идеальная упругость вплоть до
разрушения, большая удельная поверхность и наличие гидроксиль-
ных групп, обеспечивающих полное смачивание наполнителя
полимерным связующим. Кроме того, стеклянные волокна легко
Перерабатываются на стандартном текстильном оборудовании.
Кварцевые, кремнеземные, алюмоборосиликатные волокна —
лучшие диэлектрики, сохраняющие стабильность свойств в
условиях повышенной температуры и влажности.
Из стекловолокна изготавливают ткани, сетки, маты.
Наиболее широко применяют ткани из бесщелочного алюмоборосили-
катного стекла. Для производства стеклопластиков,
работающих в условиях высоких механических нагрузок, применяют
ткани, изготовленные из высокопрочных и высокомодульных
волокон из магнезиально-алюмосиликатного стекла,
прочностные характеристики которых выше, чем у волокон из алюмобо-
росиликатного стекла.
Переплетение нитей в стеклоткани может быть сатиновым,
саржевым или полотняным (рис. 11.1). При сатиновом
переплетении максимально реализуются прочностные характеристики
волокна в пластике. В производстве стеклотекстолита
применяют однослойные стеклоткани толщиной 0,1—0,5 мм с массой
1 м2 от 100 до 700 г.
Ткани сатинового переплетения могут быть четырех-, шести-,
и восьмиремизными, т. е. нить основы может проходить над 4.
6, 8 нитями утка. С увеличением числа ремизов удлиняется
участок неизогнутой нити, вследствие чего прочность ее повышается
inrimni
Рис. 11.1. Схемы расположения нитей в стеклотканях:
а — полотняное; 6 — сатиновое; в — саржевое переплетение-. А ¦
основы; Б — в направлении утка
- разрез в направлении
23—81
353

и, следовательно, улучшаются механические свойства пластика.
Гибкость и величина сдвига отдельных волокон относительно
друг друга зависят от толщины ткани, типа переплетения,
плотности ткани по основе и утку, а также от крутки нити. Ткани с
меньшей круткой нити обладают более высокой прочностью и
более низким водопоглощением. Ткани сатинового переплетения
имеют наибольшую гибкость и рыхлость, поэтому лучше
пропитываются связующим и легче перерабатываются в изделия
сложной конфигурации. Ткани выпускаются в широком
ассортименте: от равнопрочных до кордных. Используются также
ткани из полых стекловолокон, позволяющих снизить плотность,
теплопроводность и повысить удельную жесткость
композиционного материала. Эти ткани используются для производства
термоизоляционных материалов.
Легкие маты из стекловолокон хотя и не обеспечивают
высоких показателей прочности, обладают рядом ценных свойств.
Их используют главным образом в покровных слоях для
улучшения внешнего вида изделий. Стекломаты изготавливают из
стеклянных волокон, полученных методом раздува или
механической вытяжкой. Стекломаты являются одним из самых
дешевых наполнителей. Они представляют собой рулонный материал,
состоящий из хаотически расположенных первичных нитей
(рубленых или непрерывных) или штапельных волокон, скрепленных
между собой эмульсией, синтетическими смолами или
механическим способом (например, прошивкой). Стекломаты
применяются для изготовления гофрированных и гладких листов,
крупногабаритных изделий на основе полиэфирных смол.
В качестве наполнителей используют также тканые маты —
сочетание рубленых прядей с тканой ровницей. Такой
наполнитель применяется для изготовления изделий с повышенными
показателями прочности.
Армированные полимерные материалы на основе
стекловолокна (стеклопластики) находят самое разнообразное
применение в народном хозяйстве: они широко используются в авиации,
судостроении, строительстве, для производства изделий,
работающих в контакте с агрессивными средами, в электротехнике
и электронике и т. д.
Борные волокна характеризуются уникальным
сочетанием высокой прочности, жесткости и низкой плотности. Их
получают восстановлением трихлорида бора водородом или
разложением бороводорода с одновременным осаждением
образующегося металлического бора на нагретую подложку —
металлическую (обычно вольфрамовую) проволоку.
Гетерогенная структура борного волокна способствует возникновению
высоких напряжений сжатия в сердечнике и растяжения в
оболочке, что необходимо учитывать при использовании борного
волокна как армирующего наполнителя. Эти волокна имеют
354

высокую твердость, низкий термический коэффициент
расширения C-10~6К~'), низкую теплопроводность и другие ценные
свойства. Благодаря этим свойствам композиты на основе
борных волокон применяют для изготовления элементов
конструкций, работающих при криогенных температурах. Они широко
используются в авиации и космической технике, для
производства спортивного инвентаря и других целей.
Углеродные волокна (карбоволокна) получают
высокотемпературным пиролизом органических волокон в инертной
среде. Нагревание ведут до тех пор, пока в результате
отщепления атомных группировок от основных цепей не образуются
волокна, состоящие из графита. В качестве сырья используют
целлюлозные, полиакрилонитрильные волокна, волокна из смол
и пеков. Важной операцией в производстве карбоволокон
является вытяжка, в результате которой достигается ориентация
плоскостей кристаллов вдоль оси волокна. Благодаря этому
удается получить высокопрочные и высокомодульные волокна.
Такие волокна при низкой плотности (около 1500 кг/м3) имеют
высокую прочность при растяжении (оР = 300 МПа). Они
обладают значительной гибкостью, что позволяет получать с их
применением прочные и нехрупкие материалы.
Благодаря высокой энергии связи С—С углеродные волокна
остаются в твердом состоянии при очень высоких температурах,
придавая композиционному материалу высокую теплостойкость.
Карбоволокна отличаются от других наполнителей химической
инертностью. При тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С
в отсутствие кислорода механические показатели волокна не
изменяются. Это предопределяет возможность применения
пластиков на основе углеродных волокон в качестве тепловых
экранов и теплоизоляционных материалов в высокотемпературной
технике. На основе карбоволокон изготавливают
композиционные материалы (углепластики), которые отличаются высокой
абляционной стойкостью* и применяются в ракетостроении и
космической технике, а также для фильтрации агрессивных
сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и для
других целей. В отличие от стеклопластиков они обладают
повышенной водо- и атмосферостойкостью.
Арамидные волокна получают на основе
ароматических полиамидов. Они характеризуются достаточно высокой
термостойкостью (по сравнению с другими органическими
волокнами), не плавятся и не подвергаются деструкции вплоть до
400°С и выше. Арамидные волокна обладают высокой химиче-
* Абляция — разрушение материала, сопровождающееся уносом его
массы, при воздействии горячего газового потока, движущегося с большой
скоростью. Абляция происходит в результате суммарного воздействия
механических сил, тепла н агрессивного воздействия среды.
23* 355

i1 кой стойкостью; модуль упругости при растяжении у ннх па
порядок выше, чем у обычных полиамидных волокон, и всего
па 30% ниже, чем у стальных волокон. Их широко применяют
в различных областях техники, особенно в производстве
автомобильных шнн, конвейерных лепт, приводных ремней, шлангов
и т. д. Более низкая плотность и более высокая жесткость ара-
мидных волокон по сравнению со стеклянными обусловили их
использование как армирующего наполнителя в пластмассах
(органопластики). Органопластики применяют для
отделки салонов самолетов гражданской авнацни, внешней обшивки
корпусов реактивных двигателей самолетов, элементов
конструкций вертолетов, что способствует достижению хороших
эксплуатационных свойств при снижении массы конструкций. Из
них изготавливают также сосуды высокого давления, корпуса
судов (катеров, глиссеров, байдарок и т. д.), спортивный
инвентарь, изделия широкого потребления. Хорошие
диэлектрические свойства обеспечили нх использование в электро-, радно-
и электронной технике.
Для производства органопластиков можно также
использовать и другие синтетические волокна (полиамидные,
полиэфирные, полиакрилонитрильные и др.). Полимерные
композиционные материалы на основе этих волокон обладают
высоким сопротивлением износу, водостойкостью и химической стон-
костью, но недостаточно термостойки.
К термостойким синтетическим волокнам относятся поли-
имндные (аримидные) волокна. Они не плавятся и не
горят, устойчивы к действию органических растворителей.
Аримидные волокна наиболее устойчивы по отношению к радиации
и УФ-лучам.
Более термостойки неорганические волокна, например а с¦
б е с т о в ы е. Различают асбест змеевиковой структуры
(хризотил), который имеет длинные волокна и обладает высокой
прочностью C ГПа при плотности 2500 кг/м3) и рогообМайковой
структуры (крокодилит)—более стойкий к кислотам.
Теплостойкость асбестового волокна достигает 1000 "С н выше.
Композиционные материалы на их основе (асбопластнкн) находит
самое разнообразное применение. Благодаря высокой
теплостойкости и стойкости к тепловому удару их используют в
авиации и ракетной технике.
Керамические волокна получают из оксидов
металлов. Помимо главного достоинства — термостойкости (до 1400—
1650 °С) эти волокна обладают повышенным модулем упругости
и высокой прочностью при сжатии. Они химически стойки,
гибки и способны перерабатываться в жгуты и тканн.
Керамические волокна были разработаны специально для теплоизоляции,
но композиты на их основе нашли применение и для других
целей: термостойкие конвейерные лепты, оболочки, тепловые

I an лица 11.2. Свойства армирующих во.юкон
ВОЛОКНО
Хлопковое
Асбестовое
Борное
Кварцевое
Кремнеземное
VmeptAHHoe
Полиамидное
Плотность,
кг/.мз
1540
2400
2300—2600
2200
2180
1300—1900
1140
Дна-
М'.'Тр,
МКМ
.—
90-100
5—80
I L0
5-50
25
ПрОЧМ'К1 1 Ь
1.ЛХНХ BO.IO-
hQH, МП а
300—600
2500—3000
2500—3800
2100
800
350—1050
400—700
Модуль уп-
1VIOCTII.
ГПа
10—12
50—170
386—420
100—110
4,8—12
455
3,4
Температу
ра рачч«1 -
чения,'С
1500—1550
>2000
1650—1700
1600—1700
3600
230—250
экраны, фильтры, антенны радиолокаторов, спортивный
инвентарь, химическая посуда, детали самолетов, тормозные колодки
и т. д.
Базальтовые волокна получают из природного
материала — базальта. Эти волокна имеют все положительные
свойства стеклянных волокон, но для них характерны более высокие
тепло- и щелочестойкость, а в сочетании с эпоксидными
смолами они дают более прочное адгезионное сцепление. Базальтовые
волскна из-за наличия в их составе оксидов железа имеют кп-
ричневый цвет, что в отдельных случаях ограничивает их
применение. Их используют для изготовления воздушных филырон.
теплоизоляционных, вибро- и звукопоглощающих материалов,
а также в качестве наполнителя в пластмассах и бетонах, в том
числе полимербетонах; в производстве строительных
материалов они служат для замены асбеста и т. д.
Металлические волокна изготавливают из различных
металлов и сплавов (меди, алюминия, стали и др.). Диаметр
волокон колеблется от 0,01 до 0,2 мм, а длина — от 6 до 25 мм.
Свойства их близки к свойствам соответствующих металлов, по
могут изменяться посредством варьирования условий получения
волокон или их дополнительной обработки. Для выбора
оптимальных свойств следует учитывать условия эксплуатации
изделий. Металлонаполненные пластики заменяют цветные и
драгоценные металлы при изготовлении изделий с высокой
теплопроводностью и низким температурным коэффициентом
линейного и объемного расширения. Они применяются в
производстве магнитных лент, экранов, сопротивлений и т. д.
В табл. 11.2 для сравнения приведены свойства некоторых
видов армирующих волокон.
11J. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ АРМИРОВАННЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Метод производства армированных пластиков в значительной
мере определяется видом наполнителя, а технологические
параметры переработки--—типом связующего. При изготовлении во-

локнитов наполнитель смешивают со смолой и другими
компонентами, полученную композицию высушивают и
перерабатывают в изделия методом горячего прессования. Слоистые пластики
получают путем пропитки («лакировки») листового наполнителя
с последующей сушкой пропитанных листов. Высушенный
наполнитель собирается в «пакеты» и подвергается прессованию
на гидравлических прессах нижнего давления, при этом
получаются листы или плиты. Крупногабаритные изделия получают
различными способами формования. Выбор способа зависит от
конфигурации изделия, его габаритов и типа связующего,
а также от количества выпускаемых изделий. В настоящее
время для формования изделий из стеклопластиков применяют
следующие способы: контактное формование при помощи
трамбовочных инструментов; формование с использованием
эластичной диафрагмы (в автоклавах или пресс-камерах); прессование
с предварительным ручным формованием заготовок в жестких
пресс-формах или пресс-формах с упругим пуансоном;
центробежное формование; протягивание и намотка.
Контактное формование. Этот метод является наиболее
простым для изготовления крупногабаритных изделий (судов,
кузовов автомобилей, фюзеляжей самолетов и т. д.). Процесс
изготовления изделий контактным формованием выполняется в
следующей последовательности: приготовление связующего и
наполнителя; подготовка формы (оснастки); контактное
формование изделия; отверждение, съем изделия с модели и
механическая обработка.
Связующее приготавливают перед началом формования из
расчета полного потребления его в течение 40—60 мин. В
отвешенное количество связующего добавляют инициатор
отверждения и все тщательно перемешивают, а затем, непосредственно
перед началом работы, постепенно вводят ускоритель и снова
тщательно перемешивают до получения однородной массы.
Стеклоткань нарезают в соответствии с размерами и формой
изготавливаемого изделия. Массовое соотношение между
связующим и наполнителем должно быть 50:45 или 55:50.
Осиастка (форма) в зависимости от серии выпускаемых
изделий может быть времеиной или постояииой. Временные формы
изготавливаются из дерева, гипса, глины; формы многократного
использования (постоянные)—из металла или стеклопластика.
Чистота обработки рабочей поверхности формы определяет
чистоту и внешний вид лицевых поверхностей изделия. Перед
контактным формованием форму подготавливают, нанося на
формующую поверхность разделительное покрытие,
предотвращающее прилипание к ией стеклопластика. Покрытие может быть из
воска, парафиновой мастики, водного раствора поливинилового
спирта или в виде готовой пленки (целлофан, перфоль и др.)-
Выбор покрытия зависит от материала осиастки.
:558

Подготовив форму, начинают контактное формование. На
поверхность оснастки по разделительному покрытию наносят
равномерно с помощью кисти или другим способом 2—3 слоя
связующего, служащего декоративным покрытием. После нанесения
каждого слоя дают выдержку D—6 ч при 20—25 °С или 1—2 ч
при 50—60° С) для отверждения связующего. Поверх
декоративного слоя наносят густой слой связующего и на него тотчас же
накладывают первый слой стеклонаполнителя. При этом
наполнитель натягивают и приглаживают к поверхности формы
шпателем или прокатывающим валиком. Валики могут быть
гладкими или рифлеными. Рабочие элементы валиков
изготавливают из резины, пластмассы, дерева. Для уменьшения прилипания
перед работой их смачивают стиролом. Валики, изготовленные
из фторопласта или полиэтилена, прилипают меньше. Излишки
ткани подрезают ножницами. На первый слой накладывается
аналогичным образом второй и последующие слои
стеклонаполнителя. При послойной укладке холста или ткани на поверхность
формы осуществляется пропитка наполнителя связующим с
помощью кисти или распылительного пистолета. После укладки
последнего слоя стеклоткани на нее наносят тонкий слой
связующего. Толщина одного слоя наполнителя в готовом изделии
составляет примерно 0,4—0,5 мм. При изготовлении корпуса
шлюпки или кузова автомобиля укладывают обычно 8—10 слоев
наполнителя. После окончания формования следует
отверждение изделия (рис. 11.2).
Отверждение происходит при комнатной температуре в
течение нескольких суток или при 60—70 "С в течение 24 ч в
зависимости от свойств связующего. Съем отвержденного изделия
с формы осуществляют следующим образом: вначале отделяют
изделие от формы по кромке, а затем извлекают его целиком с
помощью деревянных клиньев.
К Вакуум-
насосу
Рис. 11.2. Схема контактного формования изделий:
/ — форма; 2 — слой наполнителя и связующего; 3 — прикатывающий валик
Рнс. 11.3. Схема вакуумного формования с применением эластичной
диафрагмы:
/ — резиновая диафрагма; 2— заготовка из пропитанной ткани; 3— форма
359

Механическая обработка изделия состоит в обрубке и за-
зачистке кромок. Эта операция производится вручную или при
помощи специальных приспособлений и инструментов.
Этот метод удобен при изготовлении изделий сложной
формы и при мелкосерийном производстве. Он отличается
простотой и дешевизной оснастки и других приспособлений. Однако
контактное формование имеет ряд существенных недостатков:
неоднородность получаемых изделий из-за неравномерности
пропитки и уплотнения; относительно невысокие
физико-механические показатели стеклопластика вследствие небольшого
давления формования; значительные затраты ручного труда,
трудность обеспечения нормальных санитарно-гигиенических
условий, исключающих воздействие на организм вредных
летучих веществ — стирола и др.
Формование с эластичной диафрагмой. Этот способ
формования в отличие от контактного характеризуется высокой
степенью уплотнения материала. Нанесение связующего и укладка
наполнителя производятся вручную, так же, как и при
контактном способе формования. Уложенный материал покрывается
эластичной прокладкой — диафрагмой из резины и
закрепляется по контуру изделия зажимами (рис. 11.3). Из герметичной
полости, образующейся между материалом и диафрагмой,
вакуум-насосом откачивается воздух, в результате чего материал
уплотняется. Давление уплотнения в этом случае составляет
0,06—0,08 МПа.
Для большего уплотнения материала при формовании с
диафрагмой эффективно применение пресс-к а меры (рис. 11.4)
или автоклава (рис. 11.5). Давление в пресс-камере
составляет 0,2—0,4 МПа, а в автоклаве 2—3 МПа; оно создается
сжатым воздухом, паром или горячей водой. Применение водяного
пара вместо воздуха резко ускоряет процесс вследствие
повышения скорости отверждения связующего. Формование с
диафрагмой находит широкое применение в серийном производстве
изделий, а использование пресс-камер и автоклавов позволяет
значительно сократить затраты ручного труда, повысить
производительность. Изделия, полученные этим способом,
отличаются высокой механической прочностью и имеют гладкие
поверхности с внутренней и внешней сторон. Недостатками дан-
з
Рис. 11.4. Схема формования с
эластичной диафрагмой в пресс-камере:
1 — канал для подачи сжатого воздуха:
2 — полость, заполняемая сжатым
воздухом; 3 — зажим; 4 — крышка; 5. II — впуск
сжатого воздуха; « — матрица; 7 — разде-
у//>гч=*д -"т"те*у/?у - 7 лительный слой; 8 — декоративное покры-
" '^ШУ/'//й;/к;дГ\ „ ™e; 9 — стекловолокнистый материал,
пропитанный связующим; 10 — эластичная
диафрагма

/к вакуум-
насосу
Сжатый
Воздух
Рис. 11.5. Схема формования с эластичной диафрагмой (обжатие в амо-
клаве):
1 — эластичная диафрагма: 2— стекловолокнис-тый материал, пропитанный свячующим;
3 — пуансон; 4 — уплотнение; 5 — корпус автоклава
Рис. 11.6. Схема формования с упругим пуансоном:
1 — матрица: 2 — заготовка из пропитанной связующим стеклоткани; .4 — пуанспи: -i -
верхняя плита: 5— плунжер пресса
ного способа формования являются возможность получения
изделий лишь ограниченных размеров, сложная оснастка и
дорогостоящее оборудование.
Формование с пуансонами. При формовании этим методом
предварительно вручную изготавливают заготовку на шаблоне,
просушивают ее до полужесткого состояния, затем снимают с
шаблона и переносят в форму для прессования. Заготовку
формуют несколько большей толщины с таким расчетом, чтобы во
время прессования материал уплотнялся. Соотношение толщины
заготовки и гнезда пресс-формы принимают с учетом
минимального отжима смолы при максимальном уплотнении материала.
Прессование производят на обычных гидравлических прессах
верхнего давления в форме с упругим пуансоном
(рис. 11.6) или в жесткой форме (рис. 11.7). В первом
случае применяют сплошной резиновый пуансон и металлическую
матрицу; во втором — жесткий пуансон и жесткую матрицу,
т. е. пресс-форму, подобную той, которая используется для
горячего прессования порошкообразных и волокнистых
фенопластов, с той лишь разницей, что формы выполнены менее
жесткими, облегченными и из менее ответственных материалов, так
как давление прессования стеклопластиков @,2—1,5 МПа)
значительно ниже давления прессования фенопластов A5—45МПа).
Описанные выше способы формования изделий из
стеклопластиков связаны с применением ручного труда. Наиболее
механизированными являются методы напыления и намотки.
361

Рис. 11.7. Схема формования в жесткой пресс-форме:
а — форма открыта; 6 форма закрыта; / - -стекловолокнистый материал, пропитанный
связующим; 2 — плунжер пресса; 3 -опорная плита; 4—пуансои; 5 — нагреватели; в --
направляющие колонки; 7 — ограничитель; 8 — формуемое изделие; 9— матрица
Метод напыления. Этот метод заключается в одновременном
напылении на поверхность формы рубленого волокна и
связующего. Для изготовления малогабаритных и крупногабаритных
изделий используют различные разновидности метода
напыления.
Так, для изготовления малогабаритных изделий применяют
шланговый способ, показанный на рис. 11.8. Ровница
сматывается с бобины /, проходит режущее устройство 2 и по
гибкому шлангу 3 при помощи нагнетающего вентилятора 4
напыляется на поверхность перфорированной формы 6, укрепленной
на вертикальном вращающемся столе 7. В эту же зону формы
через распылительное устройство (пистолет-разбрызгиватель 5)
Рис. 11.8. Схема установки для формования стеклопластиков шланговым
способом:
1 —бобниа с ровницей; 2 — режущее устройство; 3—гибкий шлаиг; 4 — нагнетающий
вентилятор; 5 — пистолет-распылитель; 6 — перфорированная форма; 7 — вращающийся
стол; 8—вытяжной вентилятор
362

Рис. 11.9. Схема установки для формования стеклопластиков в воздушной
среде:
/—форма; 2— камера машины; 3 — стол; 4— вентилятор; 5—режущее устройство: в —
распылитель: 7 — основание; 8 — ротор подвижного стола
Рис. 11.10. Схема установки для формования стеклопластиков в водной
среде:
I — трубопровод; 2— мешалка; 3 — сетчатая форма; 4— телескопическая трубка: 5 —
подается связующее. Для более плотного облегания формы
волокном и связующим полость формы вакуумируется вытяжным
вентилятором 8. После нанесения связующего композицию
уплотняют рифлеными валиками, затем накладывают пленочное
покрытие и прикатывают гладкими валиками. Съем изделия с
формы производят только после того, как оно приобретет
достаточную прочность и жесткость. Этот способ напыления не
получил широкого распространения, поскольку он не отвечает
санитарным требованиям.
При изготовлении крупногабаритных изделий применяют
формование в воздушной среде или в водной среде.
Установка для формования в воздушной среде
показана на рис. 11.9. По внутренним размерам изделия готовится
легкая каркасная форма, обтянутая тонкой металлической
сеткой. Форма 1 устанавливается в камере 2 в центре стола 3,
после чего включается вентилятор 4, создающий разрежение в
камере через сетчатую поверхность формы и одновременно
засасывающий в камеру рубленую ровницу от режущего
устройства 5. Стекловолокно, попадая в камеру, подсасывается к
сетчатым стенкам формы. Равномерность покрытия формы
стекловолокном и необходимая толщина слоя D—6 мм) достигается
за счет реверсивного вращения стола 3 с заготовкой. Для
скрепления стекловолокна его опрыскивают через распылитель 6
тончайшим слоем водной эмульсии смолы, а затем подсушивают
потоком воздуха, нагретого до 100—120 °С. Полученная заго-
363

товка переносится в жесткую пресс-форму, заливается
связующим и прессуется: отверждение происходит при температуре
до 125"С и давлении до 0,7 МПа, после чего готовое изделие
извлекается из пресс-формы.
Установка для формования в водной среде представлена
на рис. 11.10. В бак с мешалкой 2 по трубопроводу / подается
водная суспензия, содержащая стекловолокно, связующее и
поверхностно-активные вещества, способствующие адсорбции
связующего к волокну. В баке установлена перфорированная или
сетчатая форма 3, соединенная телескопической трубкой 4 с
насосом 5. При выкачивании воды стекловолокно со связующим
осаждается на поверхности формы. По достижении заданной
толщины слоя форма выдвигается вверх, заготовку снимают и
высушивают, а затем укладывают в жесткую пресс-форму,
заливают связующим и прессуют. Формование в водной среде
позволяет получать изделия с более равномерной толщиной
стенок, чем в воздушной среде.
Метод напыления можно комбинировать с другими
методами формования изделий из стеклопластиков. Он более
производителен по сравнению с контактным формованием изделий, но
имеет некоторые недостатки, например затрудненность
изготовления изделий сложной конфигурации и довольно значительные
потери стекловолокна (до 5%). Кроме того, стекловолокнистая
пыль, находясь во взвешенном состоянии, вместе с парами
связующего загрязняет воздух, ухудшая условия труда
работающих.
Центробежное формование. Для производства труб и
цилиндрических изделий большого диаметра применяют метод
центробежного формования, который осуществляется па
специальных установках с горизонтальными или вертикальными
вращающимися формами.
Вертикальная установка для центробежного формования
представляет собой карусельный стол, на котором
располагаются формы на вращающихся опорах. Частота вращения состаи-
ляет 280—1000 об/мип. Поворотом карусельного стола формы
совмещаются с различными позициями, на каждой из которых
выполняются определенные технологические операции.
Рубленое стекловолокно и связующее наносят на внутреннюю поверх
ность формы посредством специального зонда, вводимого внутрь
формы На другой позиции в форму вводят резиновый мешок,
при надувании которого воздухом сырой стеклопластик
уплотняется. На этой же позиции материал нагревают для быстрого
отверждения. На таких установках возможно получение
цилиндрических и конусных изделий диаметром до 1100 мм и длиной
до 3 м. Центробежная сила, возникающая при вращении
формы, обеспечивает получение изделий с гладкими внутренними
vi наружными стенками и без пустот.
364

Рис. 11.11. Схема изготовления и:
делий и:> стеклопластиков методо
намотки;
/ —ванна со спя (ующн м 2 — щжимны
н.'.чнки. 3 оиранка: -/ > гекложгут
Труби, цилиндрические изделия и различные профили можно
получать также методами намотки и протяжки.
Метод намотки является одним из наиболее перспективных,
гак как позволяет создавать ориентированную структуру
наполнителя в изделиях с учетом их формы и особенностей
эксплуатации. Использование в качестве наполнителей стекложгутов,
.тент, нитей, обеспечивает максимальную прочность изделий
К тому же такие наполнители наиболее дешевы.
Сущность метода намотки заключается в том, что пропитай
пый связующим стекложгут наматывается на вращающуюся
оправку, при этом различают мокрый и сухой методы намотки
При мокром методе намотки (рис. 11.11) стекложгут 4
пропитывается связующим в ванне / (в атом случае чаще
применяют полиэфирные и эпоксидные смолы) и, проходя через
отжимные валики 2, наматывается на оправку 3. Содержание
компонентов в системе связующее — наполнитель и скорость
вращения оправки регулируются с помощью отжимных валиков.
При сухом методе намотки применяют предварительно
пропитанный и высушенный стекложгут (в качестве связующего
чаще всего используют фепольпые смолы).
Обязательной стадией процесса является отверждение
намотанной на оправку заготовки. При этом заготовка может быть
дополнительно уплотнена с помощью вакуума или эластичного
мешка. Термообработка осуществляется за счет нагревателей,
размещенных в оправках или в специальных камерах.
Температура отверждения имеет важное значение, гак как ее колебания
могут вызвать изменение вязкости связующего, что, в свою
очередь, вызовет колебания степени уплотнения наполнителя,
определяющей стабильность свойств изделий.
Степень уплотнения наполнителя при намотке зависит от
неличины контактного давления, возникающего при натяжении
волокна, а также от геометрической формы изделия и жесткости
оправки. Технологическое натяжение должно составлять 30—
50% прочности материала наполнителя. При большом
натяжении под действием растягивающих нагрузок в наполнителе
могут происходить некоторые изменения, в частности, при
натяжении крученой нити уменьшается ее диаметр, а при натяжении
гканой лепты уменьшается ее ширина за счет распрямления
нитей основы.

Метод намотки дает возможность получать изделия с
высокой прочностью за счет ориентированной укладки наполнителя
и его высокого содержания в материале изделия. Так, при
однонаправленной укладке объемное содержание стекложгута может
достигать 90%, а разрушающее напряжение при растяжении
стеклопластика составляет 3000 МПа; при изготовлении
изделия методом напыления разрушающее напряжение при
растяжении составляет всего 100—150 МПа.
Метод намотки применяется для изготовления изделий
оболочкового типа, причем предпочтительно имеющих форму тел
вращения. Наибольшее применение метод намотки нашел в
авиа- и ракетостроении для формования корпусов ракет и
ракетных двигателей, а также элементов фюзеляжей самолетов,
в химической промышленности для изготовления аппаратов,
емкостей и труб. Изделия, полученные методом намотки, могут
иметь очень большие размеры (например, железнодорожные
цистерны емкостью 60 м3 и более). Метод намотки в сочетании
с другими методами, например с прессованием, можно
использовать для формования изделий сложной конфигурации.
Производство труб методом намотки представляет собой
полностью механизированный непрерывный технологический
процесс. Конструкции намоточных станков весьма
разнообразны. Наиболее просты по устройству станки с вращающейся
оправкой и возвратно-поступательно движущимся раскладчиком,
с которого арматура подается на оправку. В станках
планетарного типа раскладчик вращается в плоскости, почти совпадающей
с осью оправки, которая вращается обычно с малой скоростью.
Используются также станки, в которых раскладчик неподвижен,
а оправка вращается в двух плоскостях.
Трубы, изготовленные методом намотки, имеют гладкую
внутреннюю поверхность и характеризуются высокими
прочностными качествами, но герметичность таких труб недостаточно
высока. Для устранения этого недостатка при формовании
обычно применяют различные дополнительные способы уплотнения
стенки трубы: специальная намотка лент из различных
материалов, опрессовка в пресс-формах и т. д.
Наиболее рационально проблема герметичности решается
изготовлением бипластмассовых труб, в которых наружный слой
из стеклопластика несет силовую нагрузку, а внутренний слой
из термопластичного материала (например, из поливинилхлори-
да) обеспечивает необходимую герметичность и высокую
химическую стойкость трубы. Перспективен метод намотки жгута на
тонкостенную оболочку из термопласта, полученную методом
экструзии рукава с последующим его раздувом.
Метод протяжки заключается в том, что стекловолокнистый
наполнитель, пропитанный связующим, протягивается через
отверстие определенной формы, при этом избыток связующего
366

: J
i'nc. 11.12. Схема протяжки стеклоп.частиковых профилей (иертикальная
машина i
/—стекложгут: 2— ванна со связующим: * — калибрующее отверстие: V термокамера:
1 тннущи-е валики
Рис 11.13. Схема непрерывного производства стержней и профильных
изделий и.( стеклопластиков (горизонтальная машина):
/ панна со связующим; 2 форма. V - -алектропечь. ¦/ тянущее устройство
отжимается, происходят уплотнение наполнителя и формование
заданного профиля. Движение формуемого профиля
осуществляется при помощи тянущих валиков. Отверждение происходит
в термокамере. Метод протяжки используется в основном для
получения изделий с однонаправленным расположением волок-
па (вдоль профиля), при этом изделия обладают достаточной
прочностью и в поперечном направлении. Трубы, изготовленные
чтим методом, успешно применяются в качестве шахтной крепи,
где они несут значительную сжимающую нагрузку.
Для протяжки можно использовать вертикальные (рис. 11.12)
или горизонтальные (рис. 11.13) машины. Преимуществами
вертикальных машин являются более простая конструкция пропи-
гочной ванны и отсутствие прогиба при формовании профиля.
Метод протяжки сравнительно широко применяется также
в строительной индустрии для изготовления плоских и
гофрированных листов из стеклопластиков (рис. 11.14).
11.4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ
Слоистые пластики выпускаются в форме листов (толщиной
0,5 — 2 мм), пластин (толщиной 2—8 мм), плит (толщиной
более 8 мм), которые используются самостоятельно и для
изготовления из них изделий методом механической обработки.
Процесс производства слоистых пластиков состоит из следующих
стадий: подготовка сырья; пропитка и сушка наполнителя;
сборка и прессование пакетов; обрезка кромок.
Подготовка сырья заключается в приготовлении
растворов связующего определенной концентрации, а также
сшивании гкани и сматывании ее в рулоны.
367

Pnc. 11.14. Схема получения из стеклопластиков плоских (и) и
гофрированных (б) листов:
/ —рулон стекловолокнистого наполнителя: 2 — пропиточная ванна: .( — отжимные налн-
ки. 4 обогревательная камера: .5—нож для pe.iKH стеклопластиков
Различные виды обработки ткани, применяемые в
текстильной промышленности, отрицательно влияют па свойства
слоистых пластиков. Например, отбеливание снижает прочность,
шлихтовка затрудняет пропитку тканей связующим, что также
снижает их прочность. Поэтому предпочтительно использовать
необработанные ткани, а шлихтованные ткани подвергать
расшлихтовке, т. е. удалять из них клеящие вещества.
Для производства текстолнтов применяют растворы феноль-
лых смол резольного типа при содержании их не ниже 55%.
а для производства стеклотекстолита — клеи БФ и БФТ при
содержании их 26—33%-
Пропитка и сушка наполнителя осуществляются в
пропиточно-сушильных агрегатах вертикального или
горизонтального типа. Для пропитки тканей применяют обычно
вертикальные машины, которые состояр из пропиточной ванны и
сушильной шахты. Вспомогательными устройствами в этой
машине являются тяговые приспособления н
воздушно-вентиляционное устройство. Обычно применяют сдвоенные машины с
одновременной пропиткой и сушкой двух полотнищ ткани.
Раствор связующего заливают в ванну, снабженную
обогревающей рубашкой для регулирования вязкости связующего и
шестеренчатым насосом для циркуляции связующего между
панной и напорной емкостью.
368

Ткань с рулонов подается в ванну, где пропускается через
пару направляющих валиков, погруженных в раствор
связующего. Пройдя слой пропиточного раствора, ткань через систему
отжимных валиков, регулирующих содержание связующего,
поступает в сушильную камеру. Сушильная шахта прямоугольного
сечения площадью 4 м2 и высотой 12 м изготовлена из листовой
стали, покрытой теплоизоляцией. Внутри шахты расположены
вертикальные трубы, обогреваемые паром. Кроме того,'имеется
наружный калорифер, через который в шахту подается горячий
воздух. Для равномерного высушивания пропитанной ткани
температура в сушильной камере повышается ступенчато (снизу
вверх). Обычно в камере создается три зоны, в каждой из
которых поддерживается свой температурный режим. Для тексто-
литов: нижняя зона — около 80 °С, средняя — от 100 до 110 °С,
верхняя — от 130 до 140 "С; для стеклопластиков —
соответственно 60—90, 80—125 и 80—130 °С. Скорость воздуха составляет
примерно 4 м/с. С целью экономии энергозатрат и создания
более мягкого режима сушки осуществляют рециркуляцию
воздуха.
Скорость движения ткани регулируется с помощью коробки
скоростей. При изготовлении текстолита она должна быть равна
около 30 м/мин. Пропитка стеклянных тканей осуществляется
без отжимной системы, а сушка их происходит при меньших
скоростях движения. Это объясняется тем, что для пропитки
стеклянных тканей используются клен, которые применяются в
более низких концентрациях, чем фенольные смолы, и которые
значительно медленнее переходят в стадию резитола. В
процессе сушки не только идет удаление летучих веществ (спирта,
воды, фенола, формальдегида и др.), но и протекает реакция
поликонденсации.
Контроль процесса пропитки можно осуществлять по
содержанию в ткани летучих веществ и содержанию в спирте
экстрагируемых продуктов. Содержание летучих веществ в ткани в
конце сушки должно составлять 2—4% (в зависимости от типа
ткани и ее назначения). Летучие вещества в процессе сушки
улавливаются и поступают на рекуперацию, что дает
возможность повторно использовать ценное сырье.
По выходе из шахты пропитанная и высушенная ткань
огибает верхние валики, проходит натяжные валики и либо
наматывается в рулоны, либо разрезается ножом на листы нужных
размеров.
Сборка и прессование пакетов. На
специальном столе листы пропитанной ткани укладываются в пакеты.
Число листов в пакете определяет толщину готовой плиты.
Набор пакетов производится по наборным коэффициентам.
Наборный коэффициент равен числу слоев ткани, необходимому для
образования 1 мм толщины отпрессованного слоистого пластика.
24—81 369

Значение наборного коэффициента зависит от типа пропитанной
ткани и содержания связующего. Для хлопчатобумажных
тканей этот коэффициент имеет следующие значения: нанка — от 3
до 4 листов, бязь — от 4 до 6, миткаль — от 6 до 8 листов.
Пакеты укладываются с помощью подъемного стола и
толкателя на плиты этажного гидравлического пресса, нагретые до
температуры не выше 40 "С. После окончания загрузки внутрь
плит пресса подают обогревающий пар и смыкают их,
создавая давление на пакеты 7—10 МПа. При нагревании
связующее, которым пропитана ткань, размягчается, склеивает
отдельные листы между собой и в конце процесса прессования
переходит в резит. Оптимальная температура при прессовании
текстолита составляет около 160 "С, стеклотекстолита— 140-
150°Cs При более высоких температурах может происходим)
вытекание смолы, а при более низких — удлиняется процесс
прессования.
Необходимо также поддерживать оптимальное давление
прессования, повышая его постепенно, так как при высоких
давлениях может происходить разрыв ткани и потери связующего
за счет выжима, а при пониженных давлениях ослабляется
прочность склеивания листов и, следовательно, ухудшаются
физико-механические показатели слоистого пластика.
Максимальное давление прессования определяется прочностью
наполнителя. Так, для слоистых пластиков на основе хлопчатобумажных
тканей оно составляет 10—12 МПа, а для стеклотекстолита
вследствие хрупкости стеклянных волокон — 4,5—6,0 МПа.
Выдержка под давлением в прессе определяется из расчета
3—5 мин на 1 мм толщины пластика для текстолита и около
10 мин—для стеклотекстолита. В производстве
стеклотекстолита в^процессе прессования применяют подпрессовки. После
окончания выдержки под давлением материал охлаждают в
прессе, не снимая давления, до 40 °С и ниже, после чего
давление уменьшается до атмосферного и отпрессованные плиты
выгружаются.
Прессование слоистых пластиков производят па этажных
прессах. Для повышения производительности пресса
целесообразно увеличение площади прессуемого материала. Поэтому
прессы для листовых материалов выполняют с большим числом
плит, расположенных одна над другой. Каждый промежуток
между плитами образует один рабочий этаж. На рис. 11.15
представлен 13-этажный пресс-автомат. На прессе установлены
два гидроцилиндра / с плунжерами 2 и подвижными
поперечинами 3. Над каждой поперечиной укреплены этажные плиты 4.
В стальных плитах имеются каналы для обогрева и
охлаждения, к которым подводят теплоноситель (пар, горячую или
холодную воду). Пресс обслуживается камерами-этажерками для
загрузки прессуемых пакетов и выгрузки листовых изделий.
.370

Рис. 11.15. Этажный пресс-автомат:
/ — гидроцилиидр; 2— плунжер- 3 — подвижная поперечина; 4 — этажные плиты
Обрезка кромок листов толщиной до 6 мм производится
гильотинными ножницами, а более толстых (плит)—на
фрезерных станках.
Описанная технологическая схема производства слоисть:х
пластиков представлена на рис. 11.16.
СВязующее
РастВори-
тёпь
г
Рис. 11.16. Технологическая схема производства слоистых пластиков:
'—напорный бак для связующего; 2 — напорный бак для растворителя; 3 — рулоны
исходной ткани; 4 — пропиточная ваина; 5 — сушильная шахта; 6, S. 9 — направляющие
валики; 7 — отжимные валики; 10 — рулон пропитанной ткани; // — стол для набора
пакетов; 12 — этажный пресс; 13 — станок для обрезки плит
24*
371

11.5. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Свойства армированных пластиков зависят от свойств
компонентой, их соотношения характера взаимодействия на границе
раздела наполнитель—связующее. При текстильной переработ
ке элементарных волокон и нитей, а также при изготовлении
бумаги, матов, холстов прочность их снижается в результате
частичного разрушения. Высокопрочные композиты получаются
в том случае, если относительное удлинение при разрыве
связующего больше или равно относительному удлинению при
разрыве наполнителя, что обеспечивает прочность пластиков при
работе изделий. Это условие соблюдается для стекло- и асбо-
пластиков, пластиков па основе борного волокна, углепластиков
и не выдерживается в случае использования хлопчатобумажных
и синтетических волокон в качестве наполнителя и связующих,
имеющих жесткую трехмерную структуру. Кроме того, для
достижения максимальной прочности армированных пластикой
наполнитель должен иметь такую форму сечения, при которой
обеспечивается наилучшее заполнение объема пластика
наполнителем при полном смачивании его полимером. Отвержденпое
связующее должно обладать также максимальной прочностью
При отверждении связующего вблизи поверхности раздела
волокно—полимер развиваются напряжения вследствие
разности температурных коэффициентов расширения наполнителя н
связующего, а также за счет усадки при отверждении полимера.
Эти напряжения в отдельных случаях могут достигать
значительных величин, и в результате сдвига возможно появление
расслоений, грещин и даже разрушение волокна Чем меньше
модуль упругости полимера при прочих равных условиях, тем
ниже напряжения. При использовании коротковолокнисты.х
наполнителей напряжения сравнительно невелики, а
следовательно, увеличивается прочность связи волокно— связующее.
Повышению прочности связи способствует также специальная
подготовка поверхности волокна: удаление замасливателя, воска и
жира, термохимическая обработка и i. д
Наличие армирующего наполни 1еля обусловливает
структурную анизотропию композиционных материалов, которая
наиболее четко выражена у слоистых пластиков к изделий из них,
а также у материалов, полученных методом намотки
элементарного волокна, пряжи, жгута пли нити. В результате у
армированных материалов наблюдается слабое сопротивление
поперечному отрыву и невысокая прочность при сдвиге, а также
различие в значениях показателей свойств вдоль и поперек
расположения волокон. (Это особенно характерно для
показателей прочности при сжатии п растяжении текстолитов.) У во-
372

юкнистых пластиков, армированных дискретными волокнами,
анизотропия свойств практически отсутствует.
Наибольшую прочность при статическом изгибе имеют
стекло- и асбопластики. Усталостная прочность армированных
полимерных материалов несколько ниже, чем металлов, что
объясняется гетерогенной структурой пластиков, в которой возможно
наличие дефектов. На механические свойства армированных
материалов влияют также условия эксплуатации. Высокой
термостойкостью и способностью длительно работать при
повышенных температурах обладают пластики на основе кварцевых,
кремнеземных, асбестовых и угольных волокон, а также ните-
лидпы.х кристаллов — оксидов, нитридов, карбидов некоторых
металлов.
Хорошие электроизоляционные и радиотехнические свойства
имеют гетинаксы и стеклопластики. Наиболее стабильны эти
свойства у стеклопластиков на основе кремнийорганических оли-
гомеров и полиимидов. Наибольшей стойкостью к абляции
обладают армированные пластики на основе фенольных смол и
гетероциклических полимеров.
Некоторые композиты имеют хорошие антифрикционные
свойства (например, текстолит, древесно-слоистые пластики)
или, наоборот, хорошие фрикционные свойства (например,
асбопластики, у которых коэффициент трения без смазки
составляет 0,3—0,4).
Широкий диапазон свойств армированных полимерных
материалов и разнообразные технологические возможности перера-
Таблица 11.3 Прочностные свойства некоторых армированных
пластиков* и металлов
Материал
Сталь ЗОХГСА
Титан ОТ-4
Текстолит ПТК
Гстинакс
Лсботекстолнт
Стеклотекстолит
Бпропластмк
N'1'летекстолнт (на
юиове графитовой
1КП1111)
[ [лотность.
кг/м;1
7850
4500
1350
1400
1800
1700
2060
I40O
Разрушающее
напряжен)
при
растяжении
1600
800
ПО
150
150
418
2240
31,6
.е. МПа
ери сжатии
1600
800
150
170
150
300
1920
70
Удельная
прочность**. МПа-м'1/кг
прн растя-
женнн
0,204
0 177
0,081
0,107
0 083
0,240
1 ,087
0 022
прн сжатнн
0,204
0,177
0,11
0,121
0,083
0,176
0,932
0,050
Модуль
упругости
П!а
210
115
10
24
22
252
* Показатели получени на образцах, изгогопленных вдоль слоев (но основе).
v* Удельная прочность - отношение прочноон к плотности материала.
373

ботки в изделия позволили использовать их в различных
областях народного хозяйства. Прочностные свойства армированных
пластиков по сравнению со свойствами других конструкционных
материалов приведены в табл. 11.3.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
11.1. Что такое армированные полимерные материалы?
Какими свойствами они обладают и где применяются?
11.2. Какие виды связующих и наполнителей применяют при
изготовлении армированных полимерных материалов?
11.3. Опишите технологию изготовления крупногабаритных
изделий из стеклопластиков контактным способом.
11.4. Как формуют изделия из стеклопластиков с
использованием эластичной диафрагмы?
11.5. Как осуществляется прессование стеклопластиков в
жесткой форме и в форме с упругим пуансоном?
11.6. Какова технология изготовления изделий из
стеклопластиков методом напыления? Расскажите о шланговом
способе напыления и о формовании крупногабаритных изделий в
воздушной и водной среде.
11.7. Какими способами можно изготавливать из
стеклопластиков трубы, профили и цилиндрические изделия?
11.8. Расскажите о технике изготовления плоских и
гофрированных листов из стеклопластиков.
11.9. Какова технология изготовления слоистых пластиков?
11.10. Как зависят свойства композитов от типа наполнителя
и вида связующего?
11.11. Сравните армированные полимерные материалы со
сталями по удельной прочности.
ГЛАВА 12
ФОРМОВАНИЕ ПЕНОИЗДЕЛИЙ
12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕНОПЛАСТАХ
Пенопласты (газонаполненные или вспененные полимеры) по
своей структуре напоминают застывшую пену. С физической
точки зрения они представляют собой двухфазные системы,
в которых одной фазой является полимерная матрица, другой —
газ. Пенопласты можно рассматривать также как наполненные
полимеры, в которых наполнителем служит газ. Такое
определение особенно подходит к так называемым синтактным. пено-
374

материалам — пенопластам с полным наполнителем
(микросферами), содержащим газ.
Основной структурный элемент вспененной пластмассы —
ячейка, содержащая газ. Ячейки имеют форму сфер,
многогранников, вытянутых капилляров и др. с размерами от нескольких
микрон до нескольких миллиметров. В зависимости от того,
является ли основная доля газовых ячеек изолированными или
сообщающимися, вспененные пластмассы подразделяют на
закрыто- и открытопористые. Материалы с закрытыми ячейками
называются пенопласта ми, с сообщающимися — поропластами.
Наряду с понятием газовой ячейки используется также
понятие газоструктурный элемент (ГСЭ), под которым
подразумевается элементарный объем материала, состоящий из ячейки,
ее стенок и ребер, и повторяющийся с определенной
периодичностью во всем пенопласте. Термин ГСЭ более точно
характеризует структуру пенопласта, чем термин «ячейка», так как
одинаковые по размерам и форме ячейки могут образовывать
разные типы газоструктурных элементов за счет различной
конфигурации межъячеистого пространства.
В зависимости от того, какое строение имеет ГСЭ,
вспененные пластмассы классифицируют на следующие типы:
ячеистые (пенистые), содержащие изолированные ГСЭ;
пористые, содержащие сообщающиеся ГСЭ;
микробаллонные, или синтактные пеноматериалы, в которых
газ находится в сферических частицах — микросферах или
микробаллонах из стекла, керамики, полимеров и других
материалов, распределенных во всем объеме пенопласта;
сотовые пластики, ГСЭ которых состоят из многогранников,
образованных слоями бумаги или ткани, пропитанными
полимерным связующим и заключенной в них газовой фазой;
капиллярные или волокнистые пластики, ГСЭ которых
состоят из капилляров с газом;
пенопласта со смешанным типом ГСЭ.
Газовые ячейки-поры могут иметь как более-менее
одинаковые размеры, так и определенное распределение ячеек
различных размеров по толщине изделия. На рис. 12.1, а показано
распределение пор в плиточном пенополистироле, в котором ячейки
одинаковых размеров равномерно распределены по всему
объему плиты. На рис. 12.1,6 показано распределение пор в
литьевом изделии из пенополипропилена, из которого видно, что чем
дальше от середины изделия, тем меньше размер газовых ячеек.
Такие пенопласта называются интегральными или
структурированными.
Свойства пепоизделий в меньшей степени зависят от
химической природы исходного полимера, чем свойства изделий из
монолитных пластмасс. Так, механические, теплофизические,
диэлектрические свойства вспененных пластмасс определяются
375

о oo о ооо
О"
О
о
О
о
О
О
0 ООООО
оо оооо
о ооооо
0 0 0 Оо
0 О О 00
0 0 0 00
0 0 0 00
0 °
о qOO Oq°
ОО^П О °
OOO °°
oOOO O0°
2S oO Ooo
S§oo°o°
p,%
wo
50
0
\ Моно/ium j
\ /
а б Стенка . Стенка.
Середина
Рис. 12.1. Распределение пор по размерам:
и — в плиточном прессовом полистироле; б —в интегральном пенопласте
Рис. 12.2. Кривая распределения плотности п интегральном пенопласте
в основном долей газовой фазы в пенопласте. Поэтому одной
из важнейших характеристик вспененных пластмасс является
кажущаяся плотность.
В зависимости от кажущейся плотности пепопласты делятся
на сверхлегкие (рк<10 кг/м3). легкие (рк=10—500 кг/м3) и
облегченные (кажущаяся плотность превышает 0,5 значения
плотности исходного полимера). Кажущаяся
плотность—величина усредненная; в пределах объема одного пеноизделия для
центральных и поверхностных слоев ее значение может
значительно различаться. Так, средняя кажущаяся плотность,
например, плиточного пенополистирола ПС-4 составляет 40—45 кг/м3,
в то время как для внутренних слоев — 30—35 кг/м!. Для
интегральных пенопластов этот показатель имеет минимальное
значение в центральных слоях изделия, а в поверхностных
достигает значения плотности монолитного материала. На рис.
12.2 показана кривая распределения плотности интегрального
пенопласта.
Пенопласты по отношению к напряжению сжатия при 50%-
ной деформации делятся на эластичные (мягкие), жесткие и
полужесткие. Эластичные — это пенопласты с напряжением
сжатия при 50%-ной деформации менее 0,01 МПа, жесткие —
более 0,15 МПа, полужесткие пенопласты занимают
промежуточное положение.
Механические свойства пенопластов оцениваются
теми же показателями, что и свойства монолитных пластмасс,
но основной их характеристикой является разрушающее
напряжение при сжатии. Для данного пенопласта его прочность
зависит от кажущейся плотности: чем больше кажущаяся
плотность, тем выше механическая прочность этого пеноматериала.
Например, при изменении кажущейся плотности плиточного
прессового пенополистирола ПС-1 от 60 до 600 кг/м3
разрушающее напряжение при сжатии увеличивается от 0,3 до 5 МПа,
376

т. е. почти в 17 раз; при изменении кажущейся плотности
прессового пенополивинилхлорида от 80 до 220 кг/м3 разрушающее
напряжение при сжатии увеличивается в 4 раза — от 0,4 до
1,5 МПа. Для механических свойств пенопластов более
существенным является их плотность, чем природа исходного
полимера.
Теплофизические свойства пенопластов
характеризуются коэффициентом теплопроводности и температурой
размягчения. Коэффициент теплопроводности зависит от
кажущейся плотности пенопласта: чем ниже плотность, т. е. чем больше
газовой фазы в пеноматериале, тем меньше коэффициент
теплопроводности. Теплопроводность вспененных пластмасс
значительно ниже теплопроводности невспененных (например,
коэффициент теплопроводности пенополистирола при плотности 650 кг/м:*
вдвое ниже, чем для невспененного). Низкая теплопроводность
пенопластов обусловливает применение их в качестве
теплоизоляционных материалов.
Диэлектрические свойства пенопластов характеризуются
диэлектрической проницаемостью е, тангенсом угла
диэлектрических потерь tg6, удельным объемным электрическим
сопротивлением pv. Диэлектрические показатели зависят от природы
используемых при получении пенопластов газообразователей
(например, неорганические газообразователи ухудшают их).
Кроме того, на электроизоляционные свойства оказывает
влияние и природа полимера (например, поливинилхлоридные пено-
пласты имеют худшие диэлектрические показатели, чем поли-
стирольные, что объясняется более высокой полярностью ПВХ).
Химическая стойкость пенопластов зависит от
природы полимера, поэтому она такая же, как и у соответствующих
монолитных материалов.
12.2. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ В ПОЛИМЕРАХ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
Пенопласты получают из композиций, образующихся в
результате смешения полимерных или олигомерных соединений с
веществами, которые способны создать газовую фазу в пеноизде-
лии. Кроме того, в состав композиции могут входить различные
целевые добавки: катализаторы, эмульгаторы, регуляторы
ячеистой структуры, пластификаторы и т. д.
В зависимости от способа создания в полимере газовой
фазы, технологические методы получения пенопластов делятся на
две группы:
получение пеиопластов с помощью вспенивания;
получение пенопластов без вспенивания.
Получение пеноматериалов первой группы осуществляется:
вспениванием газами, выделяющимися в ходе химического
взаимодействия компонентов композиции;
377

вспениванием за счет термического, каталитического,
радиационного и т. д. разложения твердых газообразователей,
введенных в состав композиции;
вспениванием в результате испарения при нагревании
введенных в полимер легкокипящих жидкостей;
вспениванием в результате расширения введенного в
полимер инертного газа за счет нагревания материала или
вследствие снятия повышенного давления, при котором происходило
насыщение полимера сжатым газом;
вспениванием путем введения газа (обычно воздуха) в
раствор, эмульсию или дисперсию полимера или форполимера при
механическом его перемешивании с последующим
фиксированием пены.
Получение пенопластов без вспенивания осуществляется:
введением в полимер полых наполнителей — микросфер,
содержащих газ;
вымыванием из полимерного материала заранее введенного
растворимого наполнителя;
выжиганием введенного в полимер выгорающего
наполнителя;
спеканием пористых гранул.
Наибольшее распространение получила первая группа
методов.
12.2.1. Получение пенопластов с помощью вспенивания
Получение пенопластов с помощью химических
газообразователей основано на приготовлении композиции из полимера,
газообразователей и различных добавок. Разложение
газообразователей происходит в процессе плавления композиции, который
осуществляется в пресс-форме, цилиндре литьевой машины или
экструдера.
Характер вспенивания материала в значительной степени
определяется особенностями технологии получения пеноизделия.
Так, при прессовом методе отпрессованная заготовка,
насыщенная газом, разогревается до высокоэластического состояния;
под действием давления газа полимер «разбухает» —
вспенивается. При получении пеноизделий методом литья под давлением,
вспенивание полимера происходит в пресс-форме, в которую
впрыскивается расплав, содержащий газ. При экструзионном
методе вспенивание происходит при выходе расплава из
формующей головки, когда давление в материале резко падает.
Метод вспенивания газами, выделяющимися при химическом
взаимодействии компонентов композиции, положен в основу
получения пенополиуретанов из диизоцианатов и полиолов с
добавлением в реакционную систему воды, катализаторов,
эмульгаторов и других веществ. В результате взаимодействия диизо-
378

цианатов и многоатомных спиртов образуется полимер —
полиуретан. Находящаяся в системе вода реагирует с определенным
количеством диизоцианата с выделением диоксида углерода,
который вспенивает образующийся полимер.
Механизм вспенивания газами, введенными в расплав
полимера или выделившимися в результате испарения легкокипящих
растворителей, во многом аналогичен вспениванию с помощью
химических газообразователей. Путем механического
вспенивания получают пенопласты на основе карбамидоальдегидных
смол. В конденсационный раствор карбамидоформальдегидной
смолы вводят поверхностно-активные вещества, способствующие
равномерному распределению пузырьков газа в объеме
раствора и обеспечивающие устойчивость пены. Вспенивание
осуществляется в вертикальном цилиндрическом аппарате, снабженном
быстроходной лопастной мешалкой. При вращении мешалки
в нижнюю часть аппарата подается сжатый воздух; взбитая
пена через отверстие в днище аппарата сливается в формы,
в которых происходит ее отверждение.
12.2.2. Получение пеноппастов без вспенивания
Введением в композицию полых наполнителей — микросфер
получают синтактные пенопласты. Технология их производства
основана на смешении микросфер со связующим, заливке
полученной композиции в формы с последующей термообработкой,
при которой связующее переходит в пространственно-сшитый
(сетчатый) полимер. Микросферы представляют собой шарики
диаметром 1—500 мкм из стекла или полимерных материалов
(полистирол, фенольные смолы и др.) Из связующих чаще всего
применяют эпоксидные, кремнийорганические, фенолоформаль-
дегидные смолы.
Методом вымывания и спекания изготавливают, например,
полиэтиленовые открытопористые фильтры для очистки воздуха
и различных газов и жидкостей от взвешенных частиц. При
изготовлении фильтров методом вымывания порошкообразный
полиэтилен тщательно смешивают с мелкодисперсным
наполнителем, например с хлоридом натрия. Полученную смесь
прессуют в формах при 10—30 МПа и выдерживают в термокамере
при 140—150 СС. Отпрессованные заготовки помещают в ванну
с водой, где из них вымывается соль и получается пористый
материал. Кроме хлорида натрия, применяются крахмал,
древесная мука, вискоза и т. д.; в этом случае соответственно
подбирается и растворитель для вымывания наполнителя.
При получении фильтров методом спекания
крупнодисперсный полиэтиленовый порошок (размер частиц 0,3 мм) помещают
в форму и выдерживают определенное время в камерах при
379

130—170°С. При спекании порошкообразные частицы
соединяются друг с другом в местах их контакта, образуя материалы
пористой структуры.
12.3. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОПЛАСТОВ С ПОМОЩЬЮ
ВСПЕНИВАНИЯ
Вспенивание пенопластов с помощью газообразователей
является наиболее распространенным методом промышленного
производства газонаполненных пластмасс. На основе данного
метода созданы крупнотоннажные производства пенополистирола и
пенополивинилхлорида по прессовой и беспрессовой технологии,
освоены производства листов и труб и других профильных
изделий из вспененных пластмасс экструзией и соэкструзиеп.
С помощью газообразователей получают также различные пено-
изделия методом литья под давлением.
Газообразователями (ГО) называют твердые или жидкие
вещества, выделяющие при нагревании газ. В зависимости от
природы процесса газовыделения они делятся на химические и
физические.
Химические газообразователи (ХГО)—вещества или смеси
веществ, выделяющие газ в результате химических процессов
термического разложения или за счет химических реакций
между собой или с другими компонентами композиции; ХГО
являются преимущественно твердыми веществами.
Физические газообразователи (ФГО)— вещества,
выделяющие газ в результате физических процессов испарения при
нагревании или уменьшении давления; при этом ФГО не
претерпевают химических превращений.
Важнейшими характеристиками газообразователей являются:
газовое число — объем газа (в мл или см3), выделяющийся
при термическом разложении одного грамма газообразователя;
начальная температура разложения твердых и температура
кипения жидких газообразователей;
температурный интервал максимальной скорости разложения
(кипения);
скорость газовыделения;
давление, создаваемое газом.
Химические газообразователи. Химические газообразователн
должны удовлетворять определенным требованиям:
температура разложения ХГО должна быть близка
температуре плавления вспениваемого полимера, т. е. лежать в области
температур переработки полимера;
термическое разложение ХГО должно происходить в узком
интервале температур и не сопровождаться выделением
большого количества тепла во избежание деструкции полимера;
380

скорость выделения газа должна быть достаточно высокой
и поддаваться регулированию;
негазообразные продукты разложения не должны влиять на
свойства полимера, вызывать коррозию машин или формующего
инструмента, должны быть нетоксичными, не должны иметь
неприятный запах;
ХГО и образующийся газ должны легко смешиваться и
диспергироваться в полимерной композиции;
ХГО должны быть устойчивыми при хранении и
транспортировании, иметь низкую стоимость.
В качестве ХГО применяются как неорганические, так и
органические соединения.
Неорганические газообразователи. Из этой
группы наибольшее применение получили карбонаты и
гидрокарбонаты аммония и натрия. Термическая диссоциация
карбоната аммония происходит при 30—40СС, гидрокарбонат
аммония разлагается при 60"С:
(NH4JCO3 *± 2NH3
(NH4) HCO3**NH3+ CO2+ H2O
Соединения аммония — активные газообразователи,
разлагающиеся с высокой скоростью с образованием значительного
количества газа, вследствие чего во вспениваемом материале
возникает крупноячеистая структура.
Карбонаты и гидрокарбопаты натрия являются менее
активными газообразователями.
Учитывая особенности разложения соединений аммония и
натрия, на практике применяют смеси карбонатов аммония с
гидрокарбонатом натрия; например, при получении некоторых
марок пенополивинилхлорида в состав рецептур вводят v 11 —
12 масс. ч. карбоната аммония и 8 масс. ч. гидрокарбоната
натрия на 100 масс. ч. ПВХ. В этом случае не происходит слишком
¦быстрого разложения газообразователей, что позволяет получать
пенопласты с равномерной пористой структурой.
Органические газообразователи. Преимущества
газообразователей этого типа заключаются, во-первых, в
необратимом характере реакций газообразователя; во-вторых, в
возможности* применения соединений с температурой
максимального газовыделения, приближающейся к температуре текучести
вспениваемых полимеров; в-третьих, в возможности
равномерного смешения газообразователей с компонентами композиции.
Недостатками этих газообразователей являются возможность
пластифицирования полимера негазообразными продуктами их
термического разложения, снижение теплостойкости, в ряде
случаев токсичность и довольно высокая стоимость.
381

В качестве органических газообразователеи наибольшее
применение нашли соединения следующих классов: азо- и диазо-
«зединения, N-нитрозосоединения, сульфогидразиды, азиды,
триазины, триазолы и тетразолы, сульфонилсемикарбазиды,
производные карбамида, производные гуанидина, сложные
эфиры.
В промышленности чаще всего применяются азо- и диазосое-
динения, из которых наибольшее практическое значение имеют
азодинитрилы, азодикарбонамид и диазоаминобензол.
Из азодинитрилов наибольшее распространение получил азо-
диизобутиронитрил (АДН), или порофор ЧХЗ-57. Это
кристаллическое вещество с температурой разложения 95—104 °С,
газовое число 137 мл/г.
Порофор ЧХЗ-57 разлагается по схеме:
(СН3JС—N = N—С
I I I
CN CN CN
о
Образующиеся радикалы соединяются друг с другом или
инициируют полимеризацию винильных мономеров при получении
пенопластов из полимер-мономерных композиций. Недостатком
порофора ЧХЗ-57 является токсичность (умеренная) продуктов
разложения.
Азодикарбонамид (АКА), или порофор ЧХЗ-21, один из
наиболее эффективных газообразователеи. Температура его
разложения 190—240 °С, газовое число 230—270 мл/г, а в
присутствии катализаторов разложения — до 430 мл/г.
В зависимости от условий термическое разложение может
протекать по одному из двух направлений:
Н
Образующиеся карбамид и гидразокарбоксамид в дальнейшем
подвергаются термическому разложению. Порофор ЧХЗ-21
применяется при получении пенопластов на основе поливинилхло-
рида, полиолефинов, полиамидов, эпоксидных полимеров и
некоторых других полимеров.
Диазоаминобензол, или порофор ДАБ, имеет температуру
разложения в интервале 99—150 "С, газовое число 113 мл/г.
Термическое разложение протекает по радикальному механизму:
{Л-
т
При правильно выбранных режимах вспенивания с помощью
ДАБ можно получать пенопласты с широким интервалом
плотностей и однородной структуры. ДАБ придает желтоватую
382

окраску пеноизделиям, что является его недостатком.
Применяется для вспенивания ПВХ, фенольных и эпоксидных олигоме-
ров и других высокомолекулярных соединений.
Физические газообразователи. К физическим газообразова-
телям относятся низкокипящие летучие жидкости —
углеводороды, галогенированные углеводороды, низкокипящие спирты,
простые эфиры, кетоны. Физические газообразователи должны
удовлетворять следующим требованиям:
в жидком состоянии не влиять на свойства полимера и
других компонентов композиции;
легко растворяться в расплаве полимера;
в газообразной форме должны быть термостойкими,
химически инертными и иметь более низкую скорость диффузии в
полимере по сравнению с воздухом;
иметь высокую летучесть при нагревании;
не оказывать корродирующего действия на оборудование;
должны быть негорючими, нетоксичными, без запаха;
быть экономически доступным.
В табл. 12.1 приведены свойства типичных ФГО.
Большая часть хладонов применяется в производстве
пенополиуретанов. Хладон-11 и хладон-113 применяются для
вспенивания полистирола, хладон-114 и хладон-12 используют для
вспенивания полистирола и полиэтилена. Широкое применение
хладонов объясняется их негорючестью, малой токсичностью,
низкими коэффициентами диффузии и теплопроводности.
Из хлорированных углеводородов метилхлорид используется
при получении листового экструзионного пенополистирола,
а метиленхлорид — как заменитель хладона в производстве
пенополиуретанов.
Таблица 12.1. Физико-химические
газообразователей
Тип ФГО
Пентан
Гексан
11зогексаны
Метиленхлорид
Трихлорфторметан (хладон-11)
Днхлорднфторметан (хла-
дон-12)
Трифторхлорметан (хладон-13)
1.2,2,-Трнхлортрифторэтан
(хладои-113)
1,2-Дихлортетрафторэтан
свойства типичных физических
Молекулярная
масса
72,15
86,17
86,17
84,94
137 38
120,93
104 47
187,39
170,90
Плотность
прн 25 °С. г/см3
0,616
0,658
0,655
1,325
1,476
1,311
0,850
1,565
1,440
30—38
65—70
55—62
40,0
23,8
—29,8
—81,4
47,6
3,55
383-

Из алифатических углеводородов наиболв^ее применение
нашли пентан, изопентаны, гексан и изогексаны, гептан. Они
доступны, обладают низкой токсичностью. Их используют в
основном в производстве пенополистирола и сополимеров на
основе стирола; жидкий ФГО вводят на стадии полимеризации или
под давлением A0—14 МПа) в расплав на стадии переработки.
К ФГО относятся и собственно газы — азот, диоксид
углерода, гелий. С их помощью получают некоторые виды пенопластов
на основе поливинилхлорида, полистирола и полиолефинов.
Воздух как газообразователь используется при получении
воздушно-механических пен (карбамидоформальдегидные пено-
пласты).
Сравнивая свойства ХГО и ФГО, следует отметить, что и те
и другие имеют и достоинства, и недостатки:
ХГО легко вводятся в композицию, что позволяет получать
пеноизделия на обычном оборудовании, тогда как ФГО требуют
специального оборудования для формования и хранения;
продукты распада ХГО иногда вызывают нежелательные
изменения структуры пеноматериалов (сшивание, деструкцию,
деполимеризацию), тогда как применение ФГО исключает такие
явления;
при применении ФГО трудно получать мелкопористые
пенопласт ы.
Считается, что не существует «универсальных» химических
и физических газообразователей; в каждом конкретном случае
выбор как ХГО, так и ФГО должен быть экономически
оправданным.
12.3.1. Прессовый метод получения пенопластов
Технология получения пенопластов по прессовому методу
заключается в приготовлении композиции из полимера,
газообразователей и различных добавок, прессовании композиции в
заготовки и вспенивании заготовок. Наиболее ответственной стадией в
технологическом процессе является прессование из
порошкообразной композиции монолитной заготовки — полимера,
насыщенного газом.
Прессовый метод был освоен более 30 лет назад и, несмотря
на ряд недостатков — высокую трудоемкость, большие
энергетические затраты, отсутствие непрерывного производства,
наличие громоздких прессов и сложных пресс-форм — до сих пор не
утратил своего значения.
Основные достоинства метода — простая, легко
регулируемая, не требующая дорогого оборудования технология и
возможность получения пеноизделий с высокими
физико-механическими показателями и малым водопоглощением.
384

Таблица 12.2. Рецептуры полистирольных пенопласте
(масс. ч. на 100 масс. ч. полистирола)
Компоненты
Полистирол
Порофор ЧХЗ-57
Карбонат аммония
Гидрокарбонат натрия
Изопропнловый спирт
^рки пенопластов
ПС-1-70
100
5
1
ПС-1-600
100
2
1
ПС-4-40
100
1.5
3
2
2,5
ПС-4-60
100
1
3
2,5
По прессовому методу можно получать пеноизделия
практически из всех термопластов относительно однородной ячеистой
структуры и простой конфигурации (плиты, спасательные круги,
поплавки, буи и т. д.). Однако наиболее широкое применение
нашли пенополистирол и пенополивинилхлорид.
В производстве пенополистирола и пенополивинилхлорида
используются эмульсионные полимеры, обладающие лучшими,
по сравнению с суспензионными, пастообразуюшими
свойствами. В качестве газообразователей применяется порофор ЧХЗ-57,
карбонат аммония и гидрокарбоиат натрия. В состав рецептур
ПВХ-пенопластов входят метилметакрилат, который улучшает
текучесть массы при прессовании, и пластификаторы — дибутил-
фталат и трикрезилфосфат. Изопропиловый спирт также
оказывает пластифицирующий эффект на полистирол. Примерные
составы рецептур ПС- и ПВХ-пенопластов приведен в табл.
12.2 и 12.3.
Прессовый метод получения пенопластов состоит из трех
основных стадий: приготовления композиции, прессования
композиции в монолитные заготовки и свободного вспенивания
заготовок в ограничительной форме.
Приготовление композиции заключается в смешении
компонентов композиции в шаровых мельницах или лопастных смеси-
Таблица 12.3. Рецептуры поливинилхлоридных пенопластов
(пасс. я. на 100 масс. ч. поливинилхлорида)
Компоненты
Поливиннлхлорид
Порофор ЧХЗ-57
Гидрокарбонат натрия
Метилметакрилат
Днбутнлфталат
Трикрезилфосфат
Марки пенопластов
ПХВ-1
100
0,5
8
31
ПХВ-2
100
0,5
8
28
пхв-з
100
8—12
27
27
25—31
385

Рис. 12.3. Схема поршневой пресс-формы:
/—пуансон; 2— матрица; 3 —заготовка;
4—плита обогрева
телях до получения однородной
мелкодисперсной смеси. Повышение
температуры в результате трения
частиц при смешении может
привести к разложению
неорганических газообразователей, поэтому процесс проводят при
температуре в смесителе не более 45 °С.
Прессование композиции проводится в закрытых
обогреваемых пресс-формах. Под влиянием тепла и давления полимер
образует однородную массу. Входящие в композицию газообра-
зователи разлагаются с выделением газов, которые равномерно
распределяются в виде мельчайших газовых пузырьков в
расплаве полимера. При прессовании заготовок ПВХ-пенопластов,
наряду с плавлением полимера и разложением газообразовате-
ля, в пресс-форме протекает полимеризация входящего в состав
композиции метилметакрилата, который инициируется поро-
фором.
В процессе прессования в результате выделения
газообразных продуктов и теплового расширения газов в пресс-форме
создается высокое давление. Давление, развиваемое прессом,
должно быть достаточным для предотвращения утечки газов из
формы. Обычно заготовки прессуют при давлении 14—16 МПа
и температуре 160—180 °С. После выдержки, когда процессы
газовыделения закончатся, массу в пресс-форме охлаждают под
давлением. Полученная заготовка имеет «зародышевую»
ячеистую структуру.
Заготовки прессуют на этажных гидравлических прессах в
пресс-формах различных конструкций. На рис. 12.3 показана
одна из конструкций пресс-форм.
Вспенивание заготовок проводят путем нагревания их до
100—110°С, т. е. в области высокоэластических деформаций
ПВХ и ПС. Нагревание осуществляется паром, водой или
горячим воздухом. При нагревании возрастает давление
растворенных в заготовке газов, увеличивается объем газовых ячеек,
образуются новые ячейки и масса вспенивается равномерно по
всему объему. Продолжительность вспенивания значительна и
составляет около 2 ч и более (заготовка сначала нагревается
с поверхности, по мере нагревания наружные слои
вспениваются, теплопроводность их уменьшается и увеличивается время
нагрева срединных слоев).
На рис. 12.4 показана паровая камера вспенивания.
Заготовки // размещают на плитах 4, имеющих каналы для подвода
греющего пара. Плиты снабжены втулками 12, скользящими по
направляющим 3. Между плитами устанавливают ограничитель-
386

T 2 7
Рис. 12.4. Схема камеры
вспенивания:
/ — паровой коллектор: 2 — гибкие
шланги; 3 - напранляющие; J —
плиты: 5 - труба для подвода пара
к плите: 6 — вспененный
термопласт: 7 — корпус нспенииателя; ?-
стол: 9 — плунжер: 10 — гидроци-
лнндр: // — заготовка; 12 — втулка:
i3 - ограничительные рамки
ные рамки 13, которые
определяют толщину
получаемого пенопласта.
Загрузку заготовок
начинают с верхнего
промежутка между плитами,
находящегося на уровне
стола перед камерой;
плунжер 9 находится при этом в крайнем нижнем положении.
При загрузке заготовок в следующие промежутки (сверху внн'з|
плунжер движется вверх; при выгрузке вспененных плит
поступают в обратном порядке.
Кроме рассмотренных основных стадий в технологическом
процессе получения пенопластов по прессовому методу
предусматриваются операции дозировки компонентов, таблетирования
композиции и механической обрезки плит.
Рис. 12.5. Технологическая схема получения пенопластов по прессовому
методу:
/ — бункер для полимера; 2 — емкость для ХГО; 3. 4 — емкости для других компонентов:
5 — шаровая мельница; 6 — буикер для композиции; 7 — таблет-пресс; 8 — этажный
гидравлический пресс; 9 — вспениватель
25*
387

Таблица 12.4. Технологические режимы прессования заготовок
Пенопласт
ПС-1
ПС-4
ПХВ-1
ПХВ-2
Температура,
нагревание
160—190
160—180
175—180
175—180
выдержка
160—190
160—180
175—180
175—180
'С
охлаждение
30—40
30—40
30—40
30—40
бремя, мин
нагревание
30
20—30
25—35
25—30
выдержка
30
10—15
10—15
охлаждение
30
20—45
25—30
25—30
В качестве примера рассмотрим технологию получения
плиточного полистирола (рис. 12.5). Полистирол с помощью
пневмотранспорта подается в весовой бункер /, откуда самотеком
поступает в шаровую мельницу 5. Газообразователи и изопро-
пиловый спирт взвешивают на весах 2, 3, 4 и также подают в
шаровую мельницу. Компоненты смешивают при температуре
не выше 45 °С, для чего в рубашку мельницы подают
охлаждающую воду; продолжительность операции составляет 4—б ч.
Для смешения в шаровых мельницах объемом до 1 м3
применяются металлические шары, в мельницах большого объема —
форфоровые или диабазовые шары. На 100 кг композиции
загружают 250—300 кг шаров диаметром 75 мм — 30%, 50 мм —
40% и 30 мм — 30%- Готовая композиция ссыпается в бункер 6,
из которого подается на таблетирование на гидравлический
пресс 7. Таблетирование проводится без подогрева при
давлении 12—14 МПа. Таблетированную композицию прессуют на
этажных гидравлических прессах при давлении 14—16 МПа.
Операция прессования включает нагрев композиции до
заданной температуры, выдержку при этой температуре и
охлаждение под давлением до комнатной температуры. При этом
подачу пара прекращают и по тем же каналам пропускают воду.
В случае применения пресс-форм с электрообогревом для
сокращения времени охлаждения пресс-формы обдувают воздухом из
специально установленных вентиляторов. Полученные заготовки
загружают в камеру вспенивания. Вспененные плиты имеют
неровные края и облой, поэтому края обрезают по периметру на
Таблица 12.5. Технологические режимы вспенивания
Пенопласт
ПС-1
ПС-4
ПХВ-1
ПХВ-2
Температура, "С
95—102
100—110
100
100
Время, мии
нагревание
30—40
10—25
7—15
7-15
выдержка
90—180
60—100
60—75
50—60
охлаждение
30—40
10
7—15
7—15
388

ленточных или циркульных пнлах. В табл. 12.4 и 12.5 приведены
примерные режимы прессования и вспенивания полистирольных
и поливинилхлоридных пенопластов.
12.3.2. Беспрессовый метод получения пенопластов
По беспрессовому методу получают полистирольные и пол ив и-
иилхлоридные пеиоизделия.
Полистирольиые пеиопласты получают на основе
суспензионного полистирола. Полимеризация стирола проводится в
присутствии углеводорода (изопентаиа), растворимого в стироле и
нерастворимого в полистироле. При превращении капелек
мономера в полимер изопентан выделяется в виде
самостоятельной фазы. Поэтому в образующемся бисере полистирола
появляются вкрапления равномерно распределенных капелек изо-
пентана. Получение пеиоизделий состоит в предварительном
вспенивании бисерного полистирола и окончательном
вспенивании и спекании полученных предвспеиениых гранул в формах,
Поливинилхлоридиые пенопласты получают из композиций
на основе поливииилхлорида, в состав которых также входят
перхлорвиниловая смола, метилметакрилат, порофор ЧХЗ-57 и
карбонат аммония. Композиции получают путем смешения
ингредиентов в лопастном смесителе и далее экструдируют в
холодном состоянии в ленту, нарезаемую на пластины. Пластины
поступают в реактор полимеризации метилметакрилата в
жидкой среде. Полученные заготовки вспенивают во вспенивателях.
Технологическая схема получения полистирольных
пенопластов по беспрессовому методу состоит из стадий предварительного
вспенивания бисера, вылеживания предварительно вспененных
гранул, окончательного вспенивания и спекания предвспененно-
го бисера в монолитную массу пенопласта.
Предварительное вспенивание осуществляется с помощью
нагревания бисера полимера паром, водой или воздухом до
температуры, превышающей TQ полистирола, обычно до 95—110°С.
При нагревании изопентан, содержащийся в микропорах бисера,
испаряется и расширяет размягченный термопласт, увеличивая
объем массы в 20—30 раз. Кроме того, дополнительное
расширение достигается за счет проникновения водяного пара или
нагретого воздуха в ячейки бисера. В результате объем гранул
увеличивается в 40—50 раз.
Предварительное вспенивание проводится в аппаратах как
периодического, так и непрерывного действия.
На рис. 12.6 показан вспеииватель периодического действия,
в котором вспенивание осуществляется водяным паром. Аппарат
представляет собой цилиндрический сосуд с мешалкой.
Исходный материал загружают партиями, а предварительно
вспененный материал также партиями выгружают из предвспенивателя.
зда

Рис. 12.6. Схема вспенивателя с
вертикальной мешалкой:
/ — бункер для бисера; 2 — стенка аппарата: .4 —
лопасти мешалки; 4 — перфорированное дно
аппарата: 5—паровая камера: в—выход
конденсата; 7—электродвигатель; 3 —- пругки; 9 — выход
предвспененного бисера
Пар подводится снизу через дно,
снабженное перфорацией, либо
через вал и лопасти мешалки.
Температура должна поддерживаться
около 105 °С, что достигается при
давлении насыщенного пара 0,12
МПа. Конденсационная вода
удаляется через водяную ловушку,
установленную непосредственно
перед предвспенивателем. С помощью
мешалки поддерживается движение
частиц, обеспечивается равномерный подвод пара и
предотвращается слипание частиц. Последнее достигается также с
помощью приваренных внутри прутков, препятствующих
образованию комков.
При автоматизации процесса время обогрева контролируется
по часам, с помощью фотоэлемента, срабатывающего по
достижении предварительно вспененным материалом определенной
высоты, или по температуре. Для контроля давления пара
устанавливается манометр на каждом паропроводе перед
предвспенивателем и на самом аппарате, а для дополнительного
контроля температуры в предвспенивателе — термометр.
Предварительное вспенивание можно проводить в водяных
ваннах, обогреваемых паром, поступающим в расположенный
на дне ванны змеевик. Бисер загружают в ящики с сетчатым
дном и опускают в воду, нагретую до 95—99 °С. После
выдержки ящики извлекают из воды и гранулы помещают на стеллажи
для вылеживания на воздухе. Способ малопроизводителен и
применяется в условиях мелкосерийного производства.
Непрерывные методы предварительного вспенивания более
высокопроизводительны, чем периодические. На рис. 12.7
показан шнековый аппарат непрерывного действия для
предварительного вспенивания горячей водой. Бисер полистирола
непрерывно поступает из бункера в водяную ванну, в которой
перемещается шиеком, на 2/з погруженным в горячую воду,
обогреваемую паром до определенной температуры. В
зависимости от времени пребывания бисера в вание достигается
необходимая насыпная плотность предвспененных гранул. В связк
с относительно низкой температурой теплоносителя (до 100°С)
этот процесс протекает медленнее, чем предварительное
вспенивание паром.

Аппараты для непрерывного вспенивания могут иметь и
другие конструкции.
Вылеживание предвспененных гранул осуществляется на
стеллажах или в специальных бункерах с коническим днищем.
Температура вылеживания 20—25 °С, продолжительность не
более 24 ч. Необходимость этой операции вызывается
следующими причинами:
при охлаждении предвспененных гранул изопентан
конденсируется, создавая в порах вакуум, что уменьшает прочность
гранул;
при вспенивании в гранулы диффундирует воздух, давление
в них и снаружи выравнивается и гранулы становятся более
прочными;
при вылеживании гранулы подсыхают, что улучшает
прочность пеноизделий.
Окончательное вспенивание и одновременное оформление
изделий осуществляют на оборудовании периодического или
непрерывного действия. Формование проводится следующими
методами: в горячей воде, автоклавным методом, методом
теплового удара, токами высокой частоты.
При формовании в горячей воде подвспененные гранулы
засыпают ^в формы, которые опускают в ванны с горячей водой
(96—99 °С) на 6—25 мин (в зависимости от конструкции
формы), после чего формы охлаждают холодной водой. Этим
методом получают изделия с кажущейся плотностью выше 40 кг/м3.
Метод малопроизводителен и связан с большими затратами
ручного труда.
При автоклавном формовании предварительно вспененный
бисер полистирола загружают в перфорированные сборные
формы из алюминия, дуралюмина или нержавеющей стали,
смазанные мыльной эмульсией во избежание прилипания плит к
формам. Формы помещают на вагонетки, сверху на них кладут
стальную раму, стянутую с вагонеткой стяжками на болтах.
Вагонетки подают в автоклав, герметично закрывают и подают
острый пар давлением 0,1—0,15 МПа. Формование ПСБ проис-
Вспененный.
Бисер
Горл чая 1 I
Вода Пар—\
Рис. 12.7. Схема шнекового вспенивателя непрерывного действия:
I — расходный бак-, 2 — червяк; 3 — барботер для подогрева воды паром
391

ходит при 100—115°С в течение 25—35 мин, ПСБ-С — при 95—
107 °С 40—50 мин. После выдержки давление в автоклаве
снимают и выкатывают вагонетки с формами для охлаждения па
воздухе. Формы разбирают и извлекают готовые плиты.
Недостатками автоклавного метода являются большая
продолжительность процесса и неравномерная плотность
полученных плит, обусловленная перепадом температур в автоклаве по
его диаметру и длине. С равномерной плотностью удается
получать плиты не более 100 мм по толщине. Кроме того,
автоклавный процесс трудно контролируется, требует значительных
затрат ручного труда, большого расхода пара и громоздкого
оборудования.
Метод теплового удара реализуется по периодической и
непрерывной технологии. При периодической схеме перегретый
водяной пар с температурой 105—110°С вводится
непосредственно в форму, наполненную предвспененными гранулами.
Продолжительность формования плит толщиной 100—120 мм
составляет 1 —1,5 мин. После формования готовые блоки
выдерживают в течение 24 ч на стеллажах и поддонах.
При непрерывной технологии формование блоков проводят
на специальных формовочных машинах. Одна из конструкций
таких машин представляет собой канал, образованный двумя
движущимися (верхней и нижней) перфорированными лентами
и неподвижными боковыми стенками. На ленту подают пред-
вспененные гранулы и по мере прохождения формующей секции
их обрабатывают острым паром при 98—120°С. За формующей
секцией следует секция охлаждения и отсоса влаги, снабженная
вентиляторами. После охлаждения движущееся полотно
пенопласта проходит через систему вращающихся прикаточных
валиков и поступает на обрезку.
Достоинствами метода теплового удара являются высокая
производительность, возможность механизации и автоматизации
процесса, высокое качество получаемых изделий. Метод
применяется как для массового, так и для мелкосерийного
производства не только плит и блоков, но и сложных по конфигурации
изделий различного назначения (для средств упаковки, моделей
для литья металлов и т. д.).
Формование токами высокой частоты является одним из
наиболее эффективных методов получения пеноизделий из пред-
вспененных гранул. Разогрев полимера в высокочастотном
электрическом переменном поле, как известно, обусловлен
выделением тепла за счет колебательного движения сегментов и групп
молекул. Интенсивность тепловыделения тем выше, чем больше
диэлектрическая проницаемость вещества е и тангенс угла
диэлектрических потерь tgfi, а так как пенополистирол имеет
низкие значения этих параметров (е=1,04 и tgfi = 0,0002), то
гранулы предвспененного полимера смачивают водой (для воды
392

e = 80, tg6 = 0,03) или слабым раствором NaCI (например, для
0,6%-ного водного раствора NaCI e=78 и tgfi = 2400). За счет
такой обработки гранул иптенсификаторами нагрева резко
увеличивается эффективность тепловыделения и вода переходит в
пар, который и вспенивает гранулы. Формование пеноизделий
происходит в специальной высокочастотной камере в течение
2—3 мин при 100 °С. При этом происходит равномерный по
толщине прогрев материала, что обеспечивает получение плит с
одинаковой кажущейся плотностью по всему объему.
Производство пенопласта ПВ-1. Технологическая схема
получения поливинилхлоридного плиточного пенопласта ПВ-1
состоит в приготовлении пастообразной композиции из ПВХ, пер-
хлорвиниловой смолы, метилметакрилата и газообразовате-
лей — порофора ЧХЗ-57 и карбоната аммония. Полученная
формовочная масса способна экструдироваться в холодном
состоянии в ленту, нарезаемую затем на пластины. Пластины
поступают на операцию полимеризации метилметакрилата в
жидкой среде при невысокой температуре — около 50°С.
Степень разложения порофора ЧХЗ-57 при этой температуре
относительно невысока, поэтому продолжительность операции
составляет около 20 ч. Полученные заготовки поступают па
вспенивание, которое осуществляется во вспенивателях. Полученный
пенопласт представляет собой вспененную полимерную смесь
поливинилхлорида и полиметилметакрилата.
Преимуществом данного метода перед прессовым является
исключение операции прессования заготовок, что позволяет
уменьшить число обслуживающего персонала и в большей
степени механизировать и автоматизировать производственный
процесс.
Пенопласт ПВ-1 выпускается в виде плит размером 400Х
Х400Х35 и 650X650X55 мм с кажущейся плотностью от 65 до
360 кг/м3. В табл. 12.6 приведены рецептуры пенопласта ПВ-1
для разных кажущихся плотностей.
Основу композиции составляет низковязкий эмульсионный
поливинилхлорид, обладающий хорошими пастообразующимп
Таблица 12.6. Рецептуры поливинилхлоридного пенопласта ПВ-1
(масс. ч. на 100 масс. ч. ПВХ)
Компоненты
Поливинилхлорид
Перхлорвиниловая смола
Метилметакрилат
Карбонат аммония
Порофор ЧХЗ-57
Мел
Кажущаяся плотшк-т
|
65 j
100
32
71
8,5
0,6
—
95
100
32
65
8
0,6
—
<. кг/м 1
300
90
30
60
8
0,5
10—15
393

¦свойствами. Перхлорвиниловая смола и метилметакрилат
вводят для придания смеси такой консистенции, чтоб она была
способна экструдироваться в ленту. Кроме того,
перхлорвиниловая смола улучшает некоторые эксплуатационные свойства
готового пенопласта, в частности теплостойкость, механическую
прочность, равнопористость. Газообразователем служит
карбонат аммония, основное назначение порофора
ЧХЗ-57—инициирование полимеризации ММА. Мел улучшает механическую
прочность пенопласта и снижает его стоимость.
Технологический процесс получения пенопласта ПВ-1
включает шесть основных операций: приготовление композиции,
приготовление клеевого раствора, получение формовочной массы,
формование заготовок, полимеризацию и вспенивание.
Приготовление композиции заключается в смешении поли-
винилхлорида с газообразователями в шаровой мельнице. Из
общего количества ПВХ, которое требуется по рецептуре на
получение ПВ-1, на приготовление композиции расходуется 60%
полимера, остальное количество вводится в смесь на стадии
приготовления формовочной массы. Компоненты диспергируются
с помощью фарфоровых шаров диаметром 50 мм, отношение
массы смеси к массе шаров 1 :2 B,5). Продолжительность
операции около 4 ч при температуре не выше 35 "С.
Получение клеевого раствора перхлорвиниловой смолы в ме-
тилметакрилате проводится в реакторе с мешалкой. Сначала в
метилметакрилате растворяют порофор, затем — перхлорвини-
ловую смолу. Температуру поддерживают не выше 15°С.
Приготовление формовочной массы заключается в смешении
в лопастном смесителе с Z-образными лопастями
горизонтального типа композиции и клеевого раствора с остатком ПВХ,
не пошедшим на приготовление композиции. Массу
перемешивают около 20 мин при температуре не выше 35"С.
Формование заготовок осуществляют на экструдере при
температуре цилиндра не выше 15 "С. Высоковязкую формовочную
массу загружают в цилиндр машины с помощью
пресса-питателя. Выходящая из головки машины лента шириной 320 мм
режется автоматическим ножом на квадратные заготовки
толщиной 20 мм, которые отправляются на полимеризацию.
Полимеризацию проводят в автоклавах. Заготовки помещают
на полки-этажерки A00 заготовок), которые с помощью
тельфера загружают через люк в автоклав. Люк закрывается,
обеспечивая полную герметизацию аппарата. В автоклав насосом
подается 70%-ный водный раствор глицерина (можно
использовать и другую жидкость, например триэтаноламин). Раствор
непрерывно циркулирует по кольцу автоклав — насос —
теплообменник, поддерживая температуру в автоклаве на уровне 40—
45 "С. Метилметакрилат, входящий в состав заготовок, под дей-
.394

ствием порофора полимеризуется. Продолжительность операции
составляет около 20 ч.
Вспенивание заготовок проводится путем их нагревания до
100 125 °С. При этой температуре поливинилхлорид и полиме-
тилметакрилат переходят в высокоэластическое состояние и
вспениваются под действием газов, выделяющихся при
разложении карбоната аммония. Заготовки укладывают на
металлические рамки кассеты, кассеты устанавливают в камеры,
снабженные электронагревателями, в которых и происходит вспенивание.
Продолжительность операции около 5 ч.
Готовые плиты пенопласта поступают на обрезку облоя на
циркульной пиле.
Возможные дефекты при получении поливинилхлоридного
пенопласта — это непровспененные углы в плитах, неоднородная
структура материала (влажный и грубодисперсный карбонат
аммония), возможные расслоения из-за нарушения
температурного режима вспенивания.
12.3.3. Литье пеноиздепий под давлением
Литьем под давлением получают изделия из интегральных пе-
нопластов (конструкционных или частично вспененных
термопластов). Эти изделия имеют твердую корку и пористую
сердцевину. Они характеризуются небольшой плотностью — от 400
до 1000 кг/м3, хорошими механическими, теплофизическими и
акустическими свойствами, отсутствием ориентации и
внутреннего напряжения, отсутствием усадочных раковин.
Метод заключается в следующем. Термопласт, содержащий
газообразователь, загружается в бункер литьевой машины, из
которой поступает в материальный цилиндр.
В цилиндре литьевой машины, наряду с пластикацией
полимера, происходит насыщение расплава газом, образующимся
при разложении газообразователя. Расплав находится под
давлением и газ удерживается в расплаве. При впрыске расплава
в форму вследствие падения давления уменьшается
растворимость газа в расплаве и он выделяется в виде множества
мелких пузырьков, число и размер которых быстро возрастают.
Расширяющийся газ вспенивает находящийся в форме расплав.
Присутствующие в форме воздух и избыточные газы
вытесняются через вентиляционные каналы. После заполнения формы
вспененным термопластом происходит охлаждение расплава,
которое начинается от поверхностных слоев, соприкасающихся
с холодными стенками формы, где расплав, застывая, образует
твердую корку с плотностью монолитного материала. В
остальной массе отливки формуется ячеистая структура, при этом
крупноячеистая структура возникает в более горячей части
отливки (в середине) за счет слияния мелких пузырьков газа в
395

Рис. 12.8. Схема литья пеноичде-
лий при низком давлении:
а — заполнение литьевой формы |>ai
плавом с газообраювателем: 6- оч
лаждение расплава и формование и i
делия
крупные. Таким образом образуется структура интегрального
пеноматериала, плотность которого в середине минимальна, а в
поверхностных слоях близка к плотности невспененного
термопласта. Охлажденная отливка извлекается нз формы.
Рассмотренный метод называется также методом литья прн
низком давлении: форма заполняется расплавом неполностью—
на 60—85% ее объема, окончательное заполнение формы
происходит при последующем вспенивании материала. Неполное
заполнение формы требует невысоких давлений формования —
5—10 МПа, против 70—100 МПа при литье обычных
термопластов. На рис. 12.8 показана схема литья пеноизделий при
низком давлении.
На специализированных литьевых машинах можно
перерабатывать композиции на основе различных термопластов как с
химическими, так и с физическими газообразователями. При
применении ФГО усложняются конструкции машин и условия
их эксплуатации, поэтому предпочтение отдается композициям
с ХГС.
В настоящее время методы получения пеноизделий литьем
под давлением в зависимости от давления в форме
подразделяются на три основных вида: литье при низком давлении; литье
при среднем давлении и литье при высоком давлении.
Состав пенообразующих композиций. В состав пенообразую-
щих композиций входят полимер, газообразователи, активаторы
разложения газообразователей, регуляторы пор и другие
вещества.
Полимеры. Литьем под давлением можно получать пено-
изделия из любых термопластов. Наибольшее применение
нашли полиэтилен, полипропилен, полистирол, АБС-пластик,
поликарбонат.
Разработана также технология литья вспененных изделий из
полиацеталей и их сополимеров, сополимеров этилена с виннл-
ацетатом, полиметилметакрилата и некоторых других
полимеров. При этом используются в основном термопласты с высоким
значением ПТР, что важно с точки зрения сокращения времени
впрыска.
Газообразователи. При составлении литьевых
композиций используют как химические, так и физические газообра-
396

юватели. Из органических ХГО наибольшее применение
получил порофор ЧХЗ-21. С помощью активаторов легко можно
регулировать температурный интервал его разложения, что
определяет универсальность этого газообразователя.
Кроме того, применяются порофор ЧХЗ-57, порофор ЧХЗ-18,
тригидразинтриазин, азодикарбоксилат бария и др. Из
неорганических ХГО применяется гидрокарбонат натрия. При
применении физических газообразователей можно использовать как
готовые композиции с введенными в них на стадиях синтеза
или грануляции ФГО, так и невспенивающиеся композиции.
В последнем случае применяют специализированные литьевые
машины, позволяющие вводить ФГО непосредственно в расплав
композиции.
Активаторы вспенивания. Для понижения
температуры разложения ХГО в состав литьевых композиций вводят
активаторы. В качестве активаторов применяют соли или
оксиды цинка, кадмия, свинца, бария. Например, смесь оксида
цинка и стеарата цинка позволяют понизить температуру
разложения порофора ЧХЗ-21 с 200—210 до 160— 170°С.
Добавки. Для равномерного вспенивания расплава
термопласта в литьевую композицию вводят так называемые
регуляторы пор — нуклезиаты. Они образуют зародыши, вокруг ко
торых возникают газовые пузырьки. Использование подобных
материалов дает возможность получать изделия с равномерно
распределенными порами малых размеров. В качестве
регуляторов могут использоваться смеси лимонной кислоты и гидро-
карбоиата натрия, тонко размолотый кизельгур, тальк,
силикаты, мелкодисперсные металлические порошки. В состав
композиции иногда вводят парафиновое масло и бутилстеарат. Ниже
приводятся примерные рецептуры литьевых пеиообразующих
композиций (в масс, ч.) на основе термопластов:
Композиция на основе полиэтилена
Полиэтилен низкой плотности 98,85
Порофор ЧХЗ-21 0,70
Оксид цинка 0,14
Стеарат цинка 0,21
Тальк 0,10
Композиция на основе сополимера
стирола
Сополимер АБС 98,70
Порофор ЧХЗ-21 1,00
Гидрокарбонат натрия 0,10
Лимонная кислота 0,10
Дибутилфталат 0,10
Композиции на основе
полипропилена
Полипропилен граиулированный 90,10
Пенообразующий концентрат 9,90

Приготовление пенообразующих литьевых композиции. Пено-
образующие композиции готовятся двумя способами:
смешением (опудриванием) гранулированного термопласта
с газообразователями, активаторами вспенивания и другими
добавками (для смешения могут быть использованы
двухлопастные смесители);
смешением гранулированного термопласта с концентратом,
который представляет собой полимер с повышенной
концентрацией газообразователя. Например, в литьевой композиции на
основе полиэтилена концентрация порофора ЧХЗ-21 составляет
0,7% (масс); в концентрате содержание порофора 7—15%. При
получении литьевой композиции на основе концентрата с
содержанием 7% порофора ЧХЗ-21 следует смешать одну часть
данного концентрата с девятью частями полиэтилена. Готовая
композиция поступает на литье изделий.
Особенности технологии литья изделий из вспененных
термопластов при низком давлении. Литье пеноизделий при низком
давлении расплава в форме осуществляется либо на обычных,
либо на специализированных литьевых машинах.
При получении изделий на обычных литьевых машинах
последние оборудуются самозапирающимся соплом игольчатого
типа для предотвращения утечки газа из расплава.
Принципиальные основы метода были рассмотрены выше;
последовательность элементов литьевого цикла такая же, как и при литье
монолитных изделий из термопластов.
Основными технологическими параметрами литья
вспененных термопластов являются: скорость впрыска; температура
цилиндра; температура формы, давление литья, частота
вращения шнека, доза впрыска, время охлаждения отливки и
длительность литьевого цикла.
Ниже рассматривается влияние каждого из этих параметров
па качество получаемых пеноизделий.
Скорость впрыска является одним из важнейших
параметров литья вспененных термопластов при низком давлении.
Для получения изделий с высокой плотностью и равномерной
пористостью скорость впрыска должна быть достаточно высока.
Заполнение пресс-формы должно производиться в течение
небольшого времени, так как при медленном заполнении
расплавом полимера, содержащим растворенные газы, происходит
охлаждение материала при контакте его со стенками формы и
затрудняется его движение. Ячейки в месте контакта расплава
с поверхностью формы расширяются, образуя более толстую
монолитную корку, что приводит к получению изделий с
повышенной кажущейся плотностью. При быстром заполнении
формы получаются более легкие изделия.
Температура цилиндра. Температура расплава должна
быть достаточно высокой, чтобы произошло полное разложение
.598

газообразователя и в то же время не началась деструкция
полимера. От температуры расплава зависят цветовые оттенки
изделия. При изготовлении изделий с текстурой дерева, чем
ниже температура расплава, тем слабее цветовые оттенки и
наоборот, при повышении температуры цветовые оттенки
усиливаются. При распределении температуры по зонам ее выбирают
так. чтобы в первой зоне она была на 40—50 °С ниже, чем в
следующей.
Температура пресс-формы влияет на внешний вид
изделий и на производительность машины. При заниженной
температуре формы цветовые тона оказываются более слабыми,
чем при оптимальной температуре; по мере повышения
температуры цветовые тона усиливаются. В то же время более
высокие температуры приводят к увеличению продолжительности
литьевого цикла и снижению производительности машины. При
слишком низкой температуре формы (ниже 20—25°С)
требуется частая чистка оформляющей полости от продуктов
конденсации и смазки для предотвращения прилипания изделия к
форме. Оптимальная температура формы 30—60"С.
Давление литья. Для обеспечения заданной скорости
впрыска соответственно регулируется давление на расплав.
В зависимости от природы полимера давление впрыска
составляет 40—150 МПа, рекомендуемое противодавление—10—
30 МПа. При наличии противодавления получаются более
качественные изделия. При отсутствии противодавления в
некоторых случаях происходят отклонения в объеме впрыска и
ухудшаются цветовые тона.
Частота вращения червяка. Оптимальный диапазон
частоты вращения червяка — 40—120 об/мин. Для машин с
небольшим объемом отливки рекомендуемая частота вращения
червяка составляет 70—120 об/мин, для крупных машин — 40—
70 об/мин. Малая частота вращения обеспечивает лучшее
формование; при завышенной частоте вращения возможен пережег
изделий или получение неравномерной вспененной структуры.
Доза впрыска. Количество впрыскиваемого материала
подбирается таким образом, чтобы расплав полимера во
вспененном состоянии полностью заполнял пресс-форму.
Наиболее качественные изделия получаются в том случае,
когда объем впрыска составляет 50—70% максимального
объема отливки данной литьевой машины. Чрезмерно малый
объем впрыска или впрыск, близкий к максимальному,
отрицательно влияет на внешний вид изделий.
Время охлаждения отливки в форме. Время
выдержки под давлением зависит от конструкции литьевого
канала и должно обеспечивать застывание литника без передачи
давления от узла впрыска к форме. Время охлаждения должно
подбираться так, чтобы после извлечения изделия из формы не
399

происходило его деформации. Время охлаждения зависит от
толщины отливки и природы полимера. Вследствие более
низкого коэффициента теплопроводности вспененного термопласта
по сравнению с монолитным время охлаждения вспененных
изделий больше и составляет 75—95% общего времени цикла.
Время между циклами должно быть достаточным для
извлечения изделий из формы.
В табл. 12.7 приведен примерный технологический режим
литья пластины из композиций на литьевой машине с объемом
впрыска за один цикл 125 см3.
Низкое давление в форме обусловливает шероховатость
изделия, что связано с неполным контактом расплава с
поверхностью формы. Для частичного устранения этого дефекта литье
проводится при высоких скоростях впрыска (от 5 до 100 см3/с).
Кроме того, низкие давления формования обуславливают
неравномерную плотность корки: вблизи литника плотность ее выше,
что в свою очередь приводит к анизотропии прочности пеноиз-
делия по длине. Литьем при низком давлении трудно получить
тонкостенные изделия вследствие неоднородного вспенивания и
образования крупнопористой структуры. Эти недостатки в
значительной мере устраняются при использовании методов литья
при среднем и высоком давлении.
Особенности технологии литья изделий из вспененных
термопластов при среднем давлении. Особенностью метода является
наличие газового противодавления в литьевой форме и
ступенчатое изменение давления формования от 7—15 до 0,5—1 МПа.
Перед впрыском насыщенного газом расплава в полости
формы создается газовое давление — противодавление.
Благодаря этому расплав остается под давлением и не вспенивается
до полного заполнения формы и образования плотной корки
изделия. После снятия давления в форме происходит
вспенивание материала и образование ячеистой структуры срединной
части отливки.
Таблица 12.7. Технологические параметры литья пластины
размером 160x809 на литьевой машине
Пенообра-
зующая ком-
поэнцня на
основе
пэнп
пэвп
пп
УПС
АБС
Температура
цилиндра, °с
зона \
140
150
170
170
170
зона 11
160
190
205
210
210
зона 11I
180
210
220
225
225
Сила тока
обогрева

мундштука, А
2,5
2,5
2,5
2,8
2,8

Температура пресс-
формы, JC
25—30
25—30
25—30
25—30
25—30
Время
выдержки при
пиоышенном
давлении, с
15—20
15-20
15—20
15—20
15-20
Время

охлаждения, с
170
17П
140
ПО
ПО
400

Рис. 12.9. Литьевая машина для
литья изделий из вспененных термо-
пластов по методу ТМ:
/ — пластикационный цилиндр: 2 —
распределительный цилиндр: 3— пресс-форма:
4 - боковой цилиндр
Один из вариантов данного метода (метод ТМ) показан на
рис. 12.9.
Полимерный материал с газообразователем и добавками
пластицируется в цилиндре / шнековой литьевой машины.
Через распределительное устройство 2 расплав подается в
герметизированную форму 3, в которой заранее создается газовое
давление. Благодаря противодавлению вспенивание расплава
оказывается невозможным до полного заполнения
формы—образования плотной корки требуемой толщины. После
образования плотной поверхности противодавление снижается и
происходит вспенивание в форме. Излишек расплава через
литниковый канал и распределительное устройство 2 выходит в боковой
цилиндр 4. Охлажденная отливка извлекается из формы. Затем
в боковой цилиндр вводится порция свежего расплава, который
выталкивает отработанную массу прежней отливки вверх. При
следующей отливке расплав из бокового цилиндра через
распределительное устройство вводится в пресс-форму, в которой
создают противодавление. Сначала из нижней части цилиндра
поступает свежий, еще невспененный расплав, после чего пресс-
форма заполняется сжатой вспененной массой прежней отливки.
Эта масса заполняет только литниковые каналы и внутреннюю
часть отливки, не ухудшая при этом ее поверхности. После
образования корки и снятия давления происходит вспенивание
сердцевины, а часть отработанной массы снова возвращается в
боковой цилиндр, и процесс повторяется. Таким образом,
каждый раз от 50 до 80% объема полости формы заполняется не-
вспененной массой из пластицирующего цилиндра, а остальная
часть — отработанной вспененной массой из бокового цилиндра.
Следовательно, назначение бокового цилиндра — собирать и
возвращать в форму отработанную, многократно вспененную массу.
Заполненные формы при высоком давлении и вспенивание
расплава при низком давлении обеспечивает получение изделий
с гладкой твердой поверхностью.
Толщина корки регулируется продолжительностью
выдержки расплава под давлением, температурой расплава и формы,
количеством газообразователя. Чистота поверхности зависит от
противодавления в форме. При давлении в форме 1—2,5 МПа
получается качественная гладкая поверхность изделия: при
увеличении давления качество поверхности улучшается незначи-
26—81 401

тельно, но в то же время повышаются требования к
герметизации формы, что удорожает ее стоимость.
Данный метод позволяет получать высококачественные пено-
изделия с отличной поверхностью.
В НРБ разработана серия литьевых машин с объемом
отливки 800, 1600, 3200, 6300, 10 000, 16 000, 25 000 см^ и с усилием
запирания формы соответственно 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300
и 10 000 кН.
Особенности технологии литья изделий из вспененных
термопластов при высоком давлении. Наибольшее распространенно
получили три варианта этого метода: литье в форму с
расширяющейся оформляющей полостью, литье в форму с выдвижным
сердечником, двух- и многокомпонентное литье.
Принцип литья в форму с расширяющейся оформляющей
полостью иллюстрирует рис. 12.10 (/).
Расплавленная композиция впрыскивается в форму, объем
оформляющей полости которой на момент впрыска значительно
меньше объема готового изделия. Небольшое время впрыска п
высокое давление в форме (около 100 МПа) предотвращают
вспенивание расплава. При этом поверхностные слои
уплотняются и в них подавляется образование газовых пузырей. Через
несколько секунд после впрыска, когда образуется монолитная
поверхностная корка, задняя плита формы отходит назад,
форма раздвигается и давление в ней становится ниже давления
насыщения газа в расплаве: происходит вспенивание срединном
части материала. По этому методу можно изготавливать
изделия плотностью 200—800 кг/м3 с высокой точностью размеров.
Из-за сложной конструкции раздвижных форм максимальная
масса изделий не превышает 5 кг; изделия, как правило, имеют
простую конфигурацию. Недостатком метода является наличие
следов па поверхности изделия от движущихся частей формы.
Литье пеноизделий осуществляется на стандартных литьевых
машинах, оснащенных специальными раздвижными формами.
I
й
3
А
о
э
0
>
°с
о
о
б
Рис. 12.10. Схема литья пеноизделий под высоким давлением в форму с
раздвигающимися полуформами (/) и с подвижным сердечником (//):
а—впрыск; б — вспенивание: /, 2—полуформы: 3 — сердечник
402

Рис. 12.11. Схема двухкомпонентного
литья:
/ — пластикэтор с расплавом для сердцевины:
2 — пластнкатор с расплавом для оболочки:
3 - форма (пояснения см. в тексте)
В литературе данный метод
носит название USM-метода.
Другой вариант метода —
литье в форму с выдвижным
сердечником показан на рис. 12.10
(//). Впрыск в форму
происходит в то время, когда в ней
находится сердечник. После
заполнения формы расплавом и
образования поверхностной корки
изделия сердечник вытягивается
из формы, в результате чего
давление в форме снижается.
Расплав, под действием растворенного в нем газа, вспенивается.
В литературе данный метод носит название TAF-метода.
Литье изделий осуществляется на машинах, снабженных пред-
пластикатором с червяком длиной 28D и поршневым
инжектором для создания высоких скоростей впрыска.
Двухкомпонентное литье применяется для формования
изделий из двух различных полимеров. Например, поверхность
изделия выполняется из высококачественного материала (АБС,
ПС), а середина из термопласта более низкой стоимости
(гранулированные отходы термопластов) с газообразователем.
Ниже рассматривается технология двухкомпонентного
литья — так называемый сэндвич-процесс, или метод С.
Метод основан на попеременном впрыскивании расплава из
двух разных пластикаторов через одну и ту же заливочную
втулку (рис. 12.11). Литьевая машина имеет два инжекционных
механизма и двухходовой переключающий клапан, с помощью
которого можно либо перекрывать полость формы, либо
поочередно соединять ее с инжекционными цилиндрами. В исходном
положении полость формы 3 закрыта. Далее (позиция //)
полость формы соединяется с цилиндром 2нс помощью червяка
в форму быстро (за 4 с) впрыскивается расплав полимера,
предназначенный для формования оболочки изделия. Затем
(позиции /// и IV) клапан переключается и из цилиндра / в форму
впрыскивается расплав полимера, насыщенный газом, для
формирования сердцевины изделия; этот расплав «раздувает»
оболочку, которая отжимается к стенкам формы. После заполнения
формы клапан вновь переключается (позиция V) и соединяет
полость формы с первым цилиндром, из которого вновь подается
26*
403

небольшая доля материала оболочки. Массу выдерживают при
полном давлении A00—130 МПа) в течение нескольких секунд,
после чего форму частично раздвигают, обеспечивая
вспенивание сердцевины; при этом часть материала оболочки
вытесняется в литник. После охлаждения отливки изделие извлекают ня
формы. Наиболее ответственным моментом является
впрыскивание второй композиции, так как при этом возможен разрыв
оболочки, образованной первой композицией. Во избежание
этого следует строго контролировать скорость и момент
впрыска, температуру расплава, температуру формы.
По данному методу получают изделия на основе полиолефи-
нов, полистирола, АБС-пластиката, поливинилхлорида, полиме-
тилметакрилата, полиамидов. Можно получать как полностью
сформованные изделия, так и изделия, в которых сформована
только поверхностная корка. Изделия имеют плотность 200—
500 кг/м3, толщину 3,2—14 мм, толщину корки 0,25—0,76 мм.
Они имеют не только гладкую поверхность, но и очень высокую
жесткость.
12.3.4. Экструзия пеноизделий
Экструзионные изделия из вспененных термопластов находят
широкое применение в различных областях техники. Это трубы,
шланги, листы, различные профили и т. д. Кажущаяся плотность
материала составляет 500—1100 кг/м3.
Экструзионные пенопрофили получают из различных
термопластов; наибольшее применение нашли ПВХ, ПЭ, ПП, ПС,
АБС-пластик и некоторые другие.
Принцип технологии заключается в экструзии расплава
термопласта, насыщенного газом через профилирующую головку.
В качестве газообразователей применяют как химические, так
и физические газообразователи. ХГО используют при получении
профилей на основе ПВХ; при получении пенополиэтиленовых
и пеиополистирольиых профилей предпочтение отдается
физическим газообразователям.
Экструзия изделий проводится на стандартном оборудовании,
конструктивные особенности которого рассматриваются ниже.
Расплав термопласта, насыщенного газом, экструдируется через
профилирующую головку.
По принципу вспенивания экструзия пенотермопластов
подразделяется на экструзию со свободным вспениванием и
экструзию вспениванием внутрь.
По первому способу выходящий из головки экструдера
расплав, не встречая ограничений, вспенивается под действием
растворенных в нем газов и лишь после этого поступает в
калибрующее устройство. Далее профиль проходит охлаждающую
404

вода 5 6 7
Рис. 12.12. Схема
получения пенопрофилей методом
вспенивания внутрь:
/ — цилиндр; 2 — головка; 3 —
торпеда: 4 — полость; 5 —
калибрующее устройство; 6 —
корка изделия; 7 — вспененная
сердцевина
ванну, в которой за счет интенсивного охлаждения водой
образуется твердая поверхностная корка толщиной около 0,1 мм.
По второму способу (рис. 12.12) насыщенный газом расплав
из цилиндра / поступает в головку 2, в которой установлена
торпеда 3. Расплав обтекает торпеду и отжимается к стенкам
головки, высвобождая пространство в центральной зоне экстру-
дата (за торпедой — полость 4, с пониженным давлением). В эту
полость и начинается вспенивание — отсюда и название —
вспенивание внутрь. Вспенивание происходит в калибрующем
устройстве 5, охлаждаемом водой. В результате образуется
интегральная структура профиля — твердая поверхностная корка 6
толщиной около 1 мм и вспененная сердцевина 7.
Ниже рассматривается технология экструзии пеноизделий с
помощью химических и физических газообразователей.
Технология получения вспененных ПВХ-профилей с
химическими газообразователями. Метод применяется для получения
листов, труб, поливочных шлангов, деталей мебели и других
изделий с кажущейся плотностью 950 кг/м3.
В состав рецептур входят поливинилхлорид, газообразова-
тели, стабилизаторы, пластификаторы, смазки,
модифицирующие добавки, наполнители.
Обычно применяется суспензионный или массовый (блочный)
ПВХ с константой Фикентчера 60—70; высокомолекулярный
ПВХ рекомендуется для пластифицированных изделий.
Из газообразователей чаще всего используется азодикарбо-
намид—порофор ЧХЗ-21, хорошо совмещающийся с полимером
и разлагающийся в присутствии активаторов разложения в
широком температурном интервале от 160 до 210 °С, что важно
при получении различных типов изделий.
В качестве стабилизаторов применяются обычные для ПВХ
термо- и светостабилизаторы (стеараты кальция, бария, цинка,
а также различные свинцовые соединения). Из пластификаторов
применяются фталаты (при получении шлангов) и полиэфирные
пластификаторы. Смазки (парафины, парафиновые масла, вос-
ки) вводятся в композицию для снижения внутреннего и
внешнего трения расплава. Модифицирующие добавки вводятся для
405

улучшения технологичности композиции и эксплуатационных
свойств изделий. Так, добавление в композицию каучуков
повышает ударную вязкость изделия. Из наполнителей чаще всего
применяется мел.
Ниже приводится описание технологии получения деталей
для мебели из композиции примерного состава (в масс, ч.):
Винипласт гранулированный 100
Полиэфирный пластификатор 1,5
Порофор ЧХЗ-21 0.2
Дробленые отходы винипласта 10
Композицию готовят в центробежном лопастном смесителе
при температуре не выше 90 °С.
Экструзия проводится в температурном интервале 150—
190°С (по зонам цилиндра), при частоте вращения червяка
20—30 об/мин и скорости отвода профиля около 10 м/мин.
Калибратор устанавливается на расстоянии 100—300 мм от
головки, так что окончательное вспенивание происходит в
калибраторе во время вытяжки профиля. В калибраторе поверхность
профиля охлаждается водой. Далее профиль проходит
охлаждающую ванну, в которой окончательно завершается
охлаждение и режется на отрезки.
В настоящее время разработана технология получения
монолитно-вспененных профилей методом соэкструзии. В головку
поступает расплав из двух экструдеров. Из первого экструдера
подается расплав, не содержащий газообразователя; этот
расплав идет на формование оболочки профиля. Из второго
экструдера подается термопласт, содержащий газообразователь;
образуется вспененная сердцевина профиля.
Технология получения ПЭ-профилей с физическими газооб-
разователями. Метод применяется для получения листов,
пленок, жгутов-утеплителей для строительства и других профилей
с кажущейся плотностью от 50 до 150 кг/м3.
Расплав полиэтилена, насыщенного хладоном, экструдирует-
ся через формующую головку с последующим свободным
вспениванием его на выходе из головки. Червяк экструдера
двухступенчатый. В зоне цилиндра создается пониженное давление
расплава за счет того, что объем первого винтового канала второй
ступени больше объема последнего винтового канала первой
ступени червяка. В эту зону пониженного давления подают под
давлением хладон (или смесь хладонов), которым насыщается
расплав полиэтилена.
Экструзия проводится в температурном интервале 140—
160 "С. Технологическая схема процесса экструзии
вспениванием расплава физическими газообразователями приведена на
рис. 12.13.
406

12.3.5. Получение пеноизделии методом заливки
Этими методами обычно получают пенопласты на основе
полиуретанов. В отличие от других пенопластов в случае
полиуретанов пенообразование происходит, как правило, без введения
газообразователей.
Пенополиуретаны (ППУ) получают взаимодействием
ароматических ди- или полиизоцианатов с простыми или сложными
гидроксилсодержащими олигоэфирами в присутствии воды.
Изоцианаты. Наибольшее применение в промышленности получили 2,4- и
2.6-толуилендиизоцианаты (ТДИ), 4,4'-дифенилметандиизоциаиат (МДИ) и
полиизоцианаты (ПИЦ). На практике обычно применяют различные смеси
этих изоцианатов. Например, ТДИ 80/20 (смесь 80% 2,4-ТДИ н 20%
2.6-ТДИ). ТДИ 65/35 (смесь 65% 2.4-ТДИ н 35% 2.6-ТДИ).
Олигоэфиры. В производстве ППУ применяются как простые, так и
сложные олигоэфиры — соединения, содержащие в основной цепи простые
эфирные С—О—С илн сложноэфнрные группы С—О—О, с молекулярной массой
от 200 до 10 000. Олигоэфиры являются реакцнонноспособнымн соединениями
с концевыми функциональными, чаще всего гидроксильнымн группами.
Из простых эфнров широкое распространение получили олнгоэфнры на
основе пропилен- и этиленоксида и их сополимеров, а также олигоэфиры на
основе тетрагидрофурана, эпихлоргидрина и других соединений.
Простые олигоэфиры представляют собой вязкие прозрачные жидкости
от бесцветного до светло-желтого цвета. Они хорошо растворяются в
большинстве органических растворителей (спиртах, эфирах, ацетоне н др.), нх
растворимость в воде зависит от природы олигоэфира н неодинакова для
разных марок олигоэфиров.
В Советском Союзе выпускается значительный ассортимент простых
олигоэфиров, для которых приняты следующие технические названия:
лапролы—для гидроксилсодержащих олигомеров.
лапрамолы — для азотсодержащих полиспиртов,
лапоксиды — для олигомеров, содержащих концевые эпоксидные группы,
лапролаты — для олигомеров. содержащих концевые циклокарбонатные
группы,
Рис. 12.13. Схема получения пенополиэтилена методом физического
вспенивания:
1 — смеситель; 2 — экструдер; 3 — насос: 4 — емкость для хладона; 5 — баллон с азотом
407

акролы — для олигомеров, содержащих акрилатные и гилроксильные
группы.
Из сложных олигоэфиров широко применяются олигоэфиры на основе
дикарбоновых кислот или их ангидридов и .мономерных двух-, трех- и более
высокофункциональных спиртов. В качестве дикарбоновых' кислот и их
ангидридов используются адипиновая, себациновая, днмеризованная линолено-
ная, изофталевая кислоты и фталевый ангидрид
В качестве спиртов применяются этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропи-
ленг.1иколь, бутандиол-1,4, глицерин, тригидроксиметилпропан, пентаэритрит.
ксилит и др. Некоторые марки сложных олигоэфиров получают на основе
смеси кислот и спиртов.
Сложные олигоэфиры представляют собой вязкие прозрачные жидкости
или кристаллические вещества от светло-желтого до темно-коричневого
цвета. Они растворяются в аиетоне. спирто-бензольнон смеси; в воде
практически нерастворимы. В промышленности выпускаются различные марки
сложных олигоэфнров.
Выбор олигоэфиров определяется видом получаемого пенополиуретана.
При образовании пенополиуретанов происходит выделение
диоксида углерода, который и вызывает вспенивание
реакционной массы. В качестве катализаторов обычно используют
третичные амины, оловоорганические соединения и соли металлов.
При этом происходит катализ двух реакций; реакции изоцианатных групп
с гидроксильными группами полиэфиров (образование полиуретанов) и
реакции изоцианатных групп с водой (вспенивание полиуретанов). Третичные
амины катализируют одновременно обе реакции: изоцианат + полиэфир и
изоцианат + вода. Наиболее эффективным катализатором этого типа
является 2.2,2-диазобициклооктан (ДАБЦО). Кроме того, применяются триэтилен-
диамин, пиперидин и некоторые другие катализаторы. Их влияние на
скорость реакции изоцианат + вода значительно слабее. Часто они применяются
в смеси с аминными катализаторами; в этом случае они усиливают друг
друга — проявляется так называемый синергический эффект. Из
оловосодержащих соединений получили распространение октоат и олеат олова, дибу-
тилоловодилаурат, ди- и тетрахлориды олова. Применяются также
соединения свинца, соли ртути.
Кроме указанных компонентов в рецептуру пенопластов
вводят ряд вспомогательных веществ — поверхностно-активные
(ПАВ), наполнители, красители и др.
ПАВ применяются для эмульгирования исходных компонентов (изоииа-
ната, полиэфира, различных добавок), регулирования скорости образования
и размера ячеек, а также для придания устойчивости пене в момент ее
образования. Механизм действия ПАВ заключается в снижении поверхностного
натяжения на границе раздела различных фаз и улучшения их взаимной
растворимости. Широкое распространение получили силиконовые ПАВ,
которые применяются, главным образом, в производстве ППУ на основе простых
полиэфиров. Они хорошо совмещаются с компонентами ППУ, в большинстве
своем растворяются в воде при комнатной температуре. В производстве ППУ
на основе сложных полиэфиров в качестве ПАВ применяются соли сульфо-
новых кислот.
В процессе вспенивания протекают различные реакции,
которые приводят к образованию макромолекул, содержащих
карбамидные, уретановые, амидные и другие группы. В
результате реакций этих групп с диизоцианатом образуются
пенополиуретаны сетчатого строения.
408

В зависимости от состава рецептур и метода получения
выпускают эластичные, жесткие и полужесткие пенополиуретаны.
Эластичные пенопласты получают на основе полиэфиров
линейного или слегка разветвленного строения, жесткие—на основе
сильно разветвленных полиэфиров, образующих полимеры с
большой степенью сшивания.
Плотность вспененных полиуретанов регулируют обычно
изменением содержания воды.
Пенополиуретаны могут получаться одностадийным и двух-
стадийным методами. По одностадийному методу все исходные
компоненты смешиваются в реакционном аппарате
одновременно. Выделяющийся диоксид углерода равномерно
распределяется в композиции, способствуя образованию однородной
структуры пенопласта. По двухстадийному методу сначала в
отсутствие воды из полиэфира и диизоцианата получается поли-
эфиризоцианат, который на второй стадии в присутствии
катализаторов реагирует с водой с выделением диоксида углерода,
вспенивающего реакционную массу.
Получение блоков из эластичного пенополиуретана. Блочные
ППУ получают путем смешения в смесительных головках
компонентов композиции с последующей подачей смеси на
конвейерную ленту, снабженную боковыми передвижными стенками.
По мере продвижения ленты композиция вспенивается, и
полученная пена попадает в камеру для отверждения. Основными
факторами, обеспечивающими получение высококачественного
блочного ППУ, являются температура композиции и качество
смешения компонентов. Например, при получении эластичных
ППУ на основе простых олигоэфиров температура должна
поддерживаться в пределах 21—32°С, так как в этом интервале
происходит и максимальное выделение диоксида углерода,
и максимальное тепловыделение при отверждении. При
температурах выше 32 °С скорость отверждения превышает скорость
газовыделения, и материал «недовспенивается»; при
температурах ниже 21 °С в процессе отверждения выделяется
недостаточное количество тепла, и вспененная композиция коалесцирует.
Ниже в качестве примера приводится технология
получения блочного эластичного ППУ, в состав которого входят
лапрол 3003 (олигоэфир с молекулярной массой 3000), лап-
рол 3500-2-70 (олигоэфир с молекулярной массой 3500), ТДИ
80/20, катализатор ДАБЦО, карбамид, стабилизатор (дибутил-
дилаурат олова), кремнииорганическии пеностабилизатор, вода.
Подготовка сырья заключается в приготовлении активатор-
ных смесей. В первую активаторную смесь входят вода,
карбамид, ДАБЦО, пеностабилизатор. Во вторую смесь входят часть
лапрола 3003 и дибутилдилаурат олова. Активаторные смеси
готовят в емкостях путем перемешивания исходных
компонентов, после чего перекачивают в рабочие емкости (рис. 12.14).
409

9 10
Рис. 12.14. Технологическая схема получения блочного эластичного
пенополиуретана:
1—емкость для толуиленднизоцианата; 2 — емкость для лапрола 3003; 3 — емкость для
лапрола 3500; 4— емкость для первой актнваторной смесн; 5—-емкость для второй ак-
тнвагорной смесн; 6 — смесительная головка; 7 — конвейер; « — камера отверждения;
9 — резательное устройство; 10— блок пенополиуретана; // — дозировочный насос
Олигоэфиры (лапрол 3003 и лапрол 3500) подаются в рабочие
емкости 1 и 2, толуилендиизоцианат— в емкость 3. Из рабочих
емкостей олигоэфиры, ТДИ 80/20 и активаторные смеси с
помощью дозировочных насосов 11 по трубопроводам подаются к
смесительной головке 6 машины непрерывного вспенивания.
Перемешанная композиция из смесительной головки свободно
выливается на движущийся конвейер 7, покрытый бумажной
лентой, на которой и происходит вспенивание. Размер ячеек
готового пенопласта можно регулировать, изменяя скорость
подачи компонентов в головку и скорость смешения. Вспененный
материал поступает в камеру для отверждения. В камере пена
проходит под инфракрасными лампами или нагревателями.
Сначала исчезает липкость пены на поверхности блока, а затем
она отверждается. Отвержденную пену обжимают валками и
разрезают на листы требуемого размера.
Получение формованных изделий из эластичного
пенополиуретана. Формование изделий из эластичного пенополиуретана
осуществляется путем заливки смеси компонентов в форму.
Заливка производится на машинах низкого или высокого
давления, работающих по двухкомпонентной системе. По одному из
методов формование изделий проводится путем смешения двух
компонентов в смесительной головке машины низкого давления.
Первый компонент — смесь простого олигоэфира с
катализаторами и стабилизаторами; второй компонент предполимер (фор-
полимер)* на основе ТДИ, триэтиленгликоля, полиизоцианата
и лапрола 5003.
* Предполимер — продукт взаимодействия гидроксилсодержащих
соединений с избытком изоцианата, содержащий коицевые нзоцианатные группы.
410

Для уменьшения адгезии пенопласта на внутреннюю
поверхность формы наносится тонкий слой смазки A0%-ный раствор
пчелиного воска в бензине или хлороформе). Подготовленные
к заливке металлические или деревянные формы на конвейере
подаются к заливочной машине. С помощью насосов,
дозирующих компоненты, смесь выливается в формы. Формы с
пенополиуретаном на конвейере подаются в камеру отверждения,
в которой выдерживают 20—25 мин при 35—40 °С.
После выдержки изделия извлекают из формы и подвергают
обжиму на валках для открытия пор. Эта операция
обеспечивает стабильность размеров изделия и препятствует усадке.
Свойства пенополиуретанов определяются, главным образом,
составом рецептуры и способом получения. Эластичные
пенополиуретаны представляют собой ячеистые (пористые)
материалы с кажущейся плотностью от 15 до 45 кг/м3. Они имеют
отличные звукоизоляционные свойства, низкую
теплопроводность, стойки к большинству растворителей. Рабочая
температура эластичных ППУ находится в пределах от —40 до 100°С.
Прочностные показатели ППУ зависят от плотности, размера
и формы ячеек, состава композиции и способа производства;
относительное удлинение при разрыве—100—450%-
Коэффициент теплопроводности эластичных пенополиуретанов 0,031 —
0,065 Вт/(м-град.).
Недостатки эластичных ППУ—низкая стойкость к сильным
щелочам и кислотам, а также к действию ультрафиолетовых
лучей.
Жесткие пенополиуретаны имеют более высокую прочность
в направлении подъема пены. Их прочностные свойства зависят
от кажущейся плотности. Так, при увеличении кажущейся
плотности от 32 до 320 кг/м3 прочность при сжатии увеличивается
от 0,25 до 8,95 МПа.
Предельная рабочая температура жестких ППУ составляет
100—140 "С. Коэффициент теплопроводности жестких ППУ —
0,016—0,035 Вт/(м-град.).
12.4. ПРИМЕНЕНИЕ ПЕНОИЗДЕЛИЙ
Широкое применение вспененных материалов обусловлено
прежде всего их исключительными эксплуатационными свойствами:
малой плотностью, высокими тепло-, звуко- и
электроизоляционными характеристиками. Кроме того, применение их в качестве
конструкционных материалов более экономично по сравнению
с монолитными пластмассами.
Практически нет ни одной отрасли народного хозяйства, где
бы не применялись пенопласты.
В изделиях и конструкциях пенопласты применяются в
качестве тепло- и хладоизоляции, электроизоляции, звукоизоляции,
411

-амортизаторов, фильтров для разделения и очистки газов и
жидкостей, плавучих средств, декоративной облицовки, тары и
упаковки и т. д. В строительстве пенопласты используются для
утепления кровельных панелей, чердаков, для заполнения
пустотелых кирпичных стен, в конструкциях сборно-разборных домов,
передвижных домов, для герметизации и уплотнения стыковых
панелей. В транспортном машиностроении пенопласты
используются для декоративной облицовки сидений, дверей, салонов,
для изоляции кабин автомобилей, а также крыш, пола и стен
пассажирских вагонов; в деталях фильтров и других элементах
конструкций. Широкое применение вспененные пластмассы
находят в авиационной, судостроительной, электро-,
радиотехнической, легкой и других отраслях промышленности, а также в
сельском хозяйстве.
Пенополистирол применяется как теплоизоляционный
материал в холодильных установках, для изготовления поплавков,
спасательных кругов и других плавучих средств; пенополиви-
нилхлорид используется в качестве звуко- и теплоизоляционного
материала в строительной технике, в судо-, авиа- и
вагоностроении, в машиностроении, а также для изготовления
различных плавучих и спасательных средств.
Литьевые и экструзионные изделия из вспененных
термопластов— это ящики мебели, рамы зеркал и картин, различные
строительные детали (карнизы, плинтусы и др.), корпуса
приборов, платы, катушки и т. д.
Пенополиуретаны применяются в различных отраслях
народного хозяйства: в промышленности, в сельском хозяйстве,
строительстве, в самолето- и ракетостроении, в судостроении,
в автомобилестроении, в производстве бытовых товаров и т. д.
Пенополиуретаны используются для тепло-, звуко- и
электроизоляции, демпфирования высокочастотных колебаний, в
качестве плавучих средств, амортизационного и декоративного
материала.
Автомобильная промышленность является крупным
потребителем эластичных, жестких и полужестких ППУ. Из эластичных
ППУ изготовляют подушки и спинки сидений, подлокотники,
подголовники, амортизаторы, бамперы и другие детали и узлы
автомобилей. Жесткими ППУ заполняют полости кузовов
автомобилей для защиты от коррозии и придания устойчивости
салону. В самолетостроении ППУ применяются как тепло- и
звукоизоляционный и амортизационный материал.
Пенополиуретаны используются при изготовлении радиолокационных антенн,
теплоизоляционных панелей, для теплоизоляции трубопроводов,
при отделке салонов самолетов.
В строительстве ППУ применяются в качестве
теплоизоляционных материалов — блоков панелей, утеплителей и т. д.
В производстве мебели ППУ используются для формования си-
412

дений, подушек и спинок кресел, как подложка для ковров,
матрацев.
Эффективно применение пенополиуретанов в производстве
рефрижераторов, бытовых холодильников, в качестве
теплоизоляции резервуаров, хранилищ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
12.1. Что означает понятие газоструктурный элемент
вспененного полимерного материала?
12.2. Как определяется кажущаяся плотность пенопласта и
как классифицируются пенопласты по этому показателю?
12.3. Какие существуют способы создания в полимере
газовой фазы?
12.4. Какими методами получают пенопласты с помощью
вспенивания?
12.5. Какими методами получают пенопласты без
вспенивания?
12.6. Какие виды химических газообразователей наиболее
широко применяются в промышленности?
12.7. Какие основные виды физических газообразователей
Вы знаете?
12.8. Каковы сравнительные достоинства и недостатки ХГО
и ФГО?
12.9. Из каких операций состоит технологический процесс
получения пенопластов по прессовому методу?
12.10. В чем заключается физико-химическая сущность
операций прессования и вспенивания?
12.11. Каковы достоинства и недостатки прессовой
технологии получения пенопластов?
12.12. Какие пенопласты получают по беспрессовой
технологии?
12.13. Из каких операций состоит технологический процесс
получения пенополивинилхлорида ПВ-1?
12.14. Каковы особенности получения пеноизделий методом
литья под давлением?
12.15. Каковы особенности получения пеноизделий при
низком, среднем и высоком давлении литья?
12.16. Чем отличаются технологии экструзии пеноизделий с
применением ХГО и с применением ФГО?
12.17. Из какого сырья получаются пенополиуретаны?
12.18. В чем заключается различие между эластичными и
жесткими пенополиуретанами?
12.19. Из каких основных операций состоит технологический
процесс получения блочных эластичных пенополиуретанов?
413

12.20. Из каких основных операций состоит технологический
процесс получения формованных эластичных пенополиуретанов
методом заливки?
12.21. Перечислите основные области применения пено-
пластов.
ГЛАВА 13
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПЛАСТМАСС
Во многих случаях формованные изделия нуждаются в
дополнительной обработке для придания им внешнего вида, размеров,
формы, предусмотренных техническими условиями. Таким
образом, в технологический процесс изготовления деталей из
пластмасс могут входить операции доработки.
Доработка — это окончательное придание заданной формы
и размеров изделию путем механической обработки — точения,
фрезерования, сверления, шлифования и т. п.
13.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
В зависимости от назначения технологические процессы
механической обработки пластмасс могут быть отнесены к одной из
трех групп: 1) зачистка; 2) доработка и изготовление изделий
резанием; 3) отделка.
Зачистка изделий — это технологический процесс,
целью которого является удаление излишка материала,
образующегося при формовании изделий (грата, пленок в отверстиях
и т. д.).
Доработка изделий включает в себя операции
сверления и нарезания резьбы в отверстиях, фрезерования пазов,
лысок, обточки изделий и т. д. В эту группу входит также
изготовление высокоточных деталей из материалов стандартных
профилей резанием — точением, фрезерованием, сверлением и
др. Изготовление деталей из пластмасс методами механической
обработки оправдывает себя при небольшом объеме
производства, когда изготовление дорогостоящих пресс-форм по
экономическим соображениям не целесообразно. Методами резания
и вырубки производится также раскрой и обрезание листового
материала, отрезание экструдата по длине, обрезание кромок.
К отделке относятся операции шлифования и
полирования изделий.
414

13.2. ЗАЧИСТКА ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Основными методами зачистки изделий из пластмасс являются:
галтовка, вибрационная, дробеструйная, слесарная зачистка,
Галтовка применяется для удаления осевого и радиального
грата толщиной не более 0,3 мм, пленок в отверстиях изделий
из реактопластов. Галтовка применяется также для скругления
углов, притупления кромок и полирования изделий.
Галтовка осуществляется в галтовочных барабанах. На рис.
13.1 изображена установка для галтовки, состоящая из
барабана /, редуктора 2 и электродвигателя 3. Изделия загружаются
в барабан; при его вращении они ударяются друг о друга,
сбивая грат. Для более интенсивного снятия грата в барабан
загружают наполнители. В качестве наполнителей применяют
бракованную металлическую арматуру, гайки, металлические
и деревянные бруски, стальные шарики и т. п. Размер и форма
наполнителей определяется размером и формой
обрабатываемых изделий. Как правило, размеры наполнителя должны быть
меньше, чем размеры обрабатываемых изделий. Пленки в
отверстиях и грат в глухих отверстиях обрабатывают
специальными наполнителями — стальными острыми штифтами.
При галтовке крупных и прочных деталей для достижения
высокой производительности и лучшего качества обработки
уровень заполнения барабана должен быть ниже его оси на
25 мм. При зачистке хрупких деталей, для предотвращения их
поломки барабан загружают на 70% его объема.
Для зачистки изделий из пластмасс неэлектроизоляционного
назначения применяют мокрую галтовку. Герметичный барабан
до 2/з объема загружают пластмассовыми изделиями и
заполняют водой, которая смягчает удары деталей при обработке.
Кроме цилиндрических нашли применение V-образные
галтовочные барабаны (рис. 13.2), в которых обработка деталей
2 ;
Рис. 13.1. Галтовочный барабан:
/ — барабан: 2 — редуктор: 3 — электродвигатель
Риг. 13.2. Принципиальная схема установки V-образного галтовочного
барабана
415

Рис. 13.3. Схема установки для
вибрационной зачистки
пластмассовых деталей:
/ — рабочая камера; 2—пружины; ¦'! —
вибратор. 4 бак; 5 — шланг
происходит за счет
интенсивного соударения их
между собой и со стенками
барабана.
Корпус галтовочного
барабана изготавливается из
листовой стали. С
внутренней стороны его
облицовывают древесиной или резиной (толщина 6—8 мм) для
уменьшения шума и предохранения барабана от ржавления при
мокрой очистке изделий.
Частота вращения галтовочного барабана выбирается в
зависимости от вида, размера и конструкции обрабатываемых
изделий и от условий галтовки. При галтовке крупных (размером
свыше 50 мм) или непрочных изделий частота вращения
барабана выбирается в пределах 20—30 об/мин; для деталей,
выдерживающих сильные удары, — 40—80 об/мин.
Продолжительность галтовки определяется формой изделия и толщиной грата.
При толщине грата до 0,05 мм время обработки может быть
не более 2—5 мин; для снятия грата толщиной до 0,15 мм
требуется 1—3 ч, а при более толстом грате необходимое время
обработки достигает 7 ч.
После галтовки изделия обдуваются в камере сжатым
воздухом для удаления металлических опилок, стружки, пыли. При
мокрой галтовке готовые изделия сушат.
Вибрационная зачистка применяется для удаления грата,
скругления острых кромок, ребер, полирования и глянцевания
поверхности. Процесс проводится на установке, состоящей из
рабочей камеры 1, смонтированной на пружинах 2 и
инерционного вибратора 3 (рис. 13.3). Вибратор совершает возвратно-
поступательные движения в вертикальной плоскости,
сообщаемые ему от вала с эксцентриками. Амплитуда колебаний — от
0,5 до 4—5 мм, частота — в пределах 15— 50 Гц. Камера
заполняется рабочей средой, в качестве которой применяются гети-
иаксовые призмы, стальные шарики, морской кремень и др.
Обрабатываемые детали и рабочая среда в процессе зачистки
непрерывно подвергаются переменным по знаку ускорениям и
испытывают одновременное воздействие микроударов и трения,
в результате чего происходит хрупкое разрушение и истирание-
грата и выступающих поверхностей. Рабочая среда и режим
вибрационной зачистки (частота и амплитуда колебаний,
длительность процесса) определяются назначением обработки. На-
416

пример, гетинаксовые призмы используются для удаления грата
толщиной до 0,2 мм, стальные шарики диаметром 7—10 мм ---
для удаления грата до 0,3 мм и морской кремень с размером
гранул 15—25 мм — при толщине грата до 0,4 мм; режим
обработки при этом следующий: частота колебаний — 40—50 Гц,
амплитуда колебаний — 3—4 мм, длительность — 60—120 мин.
Метод рекомендуется применять для зачистки мелких и
средних по размерам изделий из реактопластов.
Дробеструйная зачистка применяется для удаления грата
толщиной не более 0,2 мм на изделиях из реактопластов.
Установка для обдувки состоит из рабочей камеры, шланга и
пистолета. Зачистка производится путем обдувки зачищаемых
изделий дробинками из неабразивных материалов —
пластмассовых шариков, дробленой абрикосовой и ореховой скорлупы.
Скорость обдувки — от 300 до 4200 м/мин. После зачистки
изделия обдувают сжатым воздухом.
Слесарная зачистка применяется в двух вариантах: ручная
и механизированная. Ручная слесарная зачистка применяется
в условиях мелкосерийного производства. Для обработки
изделий используют напильники, надфили, стальные и латунные
ножи, скальпели, кусачки, пинцеты. Изделие закрепляют в
тисках с текстолитовыми губками и обрабатывают
инструментом. При механизированной слесарной зачистке применяют
различные приспособления, позволяющие увеличить
производительность труда. Для снятия облоя на наружной поверхности
могут быть использованы приспособления, состоящие из
металлического диска со шлифовальной шкуркой и электродвигателя.
При помощи электродвигателя диск приводится во вращение
с частотой около 2500 об/мин. Зачистка изделий производится
путем прижатия их к вращающемуся диску. Для удаления
пленок в отверстиях и снятия фасок применяются зачистные
станки.
На крупных предприятиях по переработке пластмасс для
зачистки изделий применяются специальные полуавтоматы и
автоматы с копировальными устройствами и револьверными
дисками для установки сразу нескольких изделий. Станки
обеспечивают высокую производительность — до 2500
обрабатываемых изделий в час.
13.3. ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА ПЛАСТМАСС
13.3.1. Основные операции и технологические параметры
токарной обработки
Токарная обработка (точение) применяется для изготовления
из пластмасс деталей, имеющих форму тел вращения: валиков,
втулок, дисков, колец, фланцев и др. Токарная обработка
•27-в1 417

Рис. 13.4. Схемы главного и вспомогательного движений при продольной (и),
поперечной (б) подаче и при перемещении резца под углом (й). Пояснения
в тексте
пластмасс выполняется на токарных станках различных
модификаций: токарно-винторезных, полуавтоматах, револьверных
и др. Основными операциями точения являются: обтачивание
дилиндрических, конических и фасонных поверхностей;
подрезание торцов, снятие фасок, вытачивание канавок;
растачивание отверстий, нарезание резьбы. На рис. 13.4 поясняется
принцип токарной обработки и приводятся технологические
параметры точения. Закрепленная в патроне токарного станка
заготовка, поддерживаемая с другого конца центром, получает
вращательное движение в направлении, указанном стрелкой
(рис. 13.4, а). Резец, закрепленный на суппорте, перемещается
параллельно оси вращения, снимая стружку с заготовки.
Перемещение резца параллельно оси заготовки называется
продольной подачей. При отрезании, проточке канавки или
подрезании торцов резец перемещается перпендикулярно оси
заготовки (рис. 13.4, б). Перемещение резца перпендикулярно
оси заготовки называется поперечной подачей. Скорость
подачи, или просто подача S является важным параметром
технологического процесса точения.
Другой параметр точения — скорость резания. Скорость
резания— это линейная скорость перемещения любой точки на
поверхности заготовки в направлении вращения. Скорость
резания V (м/мин) определяется по формуле
V=nD n/1000,
где D — диаметр заготовки, мм; л — частота вращения шпинделя, об/мин.
13.3.2. Токарные станки и приспособления
Специальных токарных станков для точения пластмасс в
нашей стране не выпускают, и для этой цели используются
обычные токарно-винторезные металлорежущие станки. На рис. 13.5
изображен общий вид токарно-винторезного станка.
418

Станина станка 4 представляет собой массивное чугунное
основание, на котором смонтированы основные узлы станка.
Верхняя часть станины имеет две плоские и две
призматические направляющие, по которым перемещаются суппорт и
задняя бабка; станина установлена на двух тумбах. Передняя
бабка 2 — чугунная коробка, внутри которой расположены
главный рабочий орган станка шпиндель и коробка скоростей.
Шпиндель представляет собой полый вал, на правом конце
которого крепится приспособление, зажимающее заготовку
(патрон, планшайба и др.). Шпиндель получает вращение от
электродвигателя, расположенного в левой тумбе, через клино-
ременную передачу и механизм, состоящий из зубчатых колес,
размещенных внутри передней бабки. Этот механизм
называется коробкой скоростей и служит для изменения частоты
вращения шпинделя. Суппорт 6 — устройство для закрепления резца
и обеспечения движения подачи, т. е. перемещения резца в
продольном и поперечном направлениях. Движение подачи
осуществляется вручную или механически. Механическое
движение подачи суппорт получает от ходового вала 9 или (при
нарезании резьбы) от ходового винта 10. Суппорт состоит из
каретки, перемещающейся по направляющим станины;
фартука 5, в котором расположен механизм преобразования
вращательного движения ходового вала и ходового винта в
прямолинейное движение суппорта; поперечных салазок; верхних
(резцовых) салазок; резцедержателя. Коробка подач 3
представляет собой механизм, передающий вращение от шпинделя
к ходовому валу или ходовому винту. Коробка подач служи!
для изменения скорости движения подач суппорта. Гитара /
предназначена для настройки станка на различные шаги
нарезаемых резьб. Задняя бабка 7 служит для поддержания
конца длинных заготовок и для закрепления в ней различных
инструментов — сверл, зенкеров, разверток и т. д.
Электрооборудование станка размещено в шкафу 8.
Рис. 13.5. Общий вид токарно-винторезного станка:
I — гитара сменных зубчатых колес; 2 — передняя бабка с коробкой скоростей: j —
коробка подач; 4-- станина; 5—фартук; 6 — суппорт; 7 — задняя бабка; а—шкаф с
электрооборудованием; 9 — ходовой вал; 10 — ходовой вннт
27*
419

Для включения и выключения двигателя, пуска станка,
управления коробками скоростей и подач, механизмом фартука
и т. д. имеются соответствующие органы управления. Для
закрепления заготовок на шпинделе токарного станка применяют
зажимные приспособления: патроны, центры, оправки и др.
13.3.3. Режущий инструмент
Обточка пластмассовых заготовок производится токарными
резцами. На рис. 13.6 показаны основные конструктивные
элементы резца. Резец состоит из тела (державки или
стержня) и головки (режущей части). Державка служит для
закрепления резца в резцедержателе. На головке резца различают
следующие элементы: передняя поверхность 3, по которой
сходит стружка; задние поверхности, обращенные к
обрабатываемой заготовке — главную 7 и вспомогательную 4; режущие
кромки — главную 2, образованную пересечением передней и
главной задней поверхностей, и вспомогательную 5,
образованную пересечением передней и задней вспомогательной
поверхностей; вершина резца 6.
Геометрические параметры режущей части резца приведены
на рис. 13.7.
Различают главные углы резца и углы в плане. Главными
углами резца являются: передний угол f, задний угол а. угол
заострения р и угол резания 6 (на рисунке не виден). Углами
¦2 >
Рис. 13.6. Основные конструктивные элементы рабочей части токарного резца:
I — тело резца: 2 главней режуща» кромка: .4— передняя понерхность: 4 —
вспомогательная задняя поверхность: .5— вспомогательная режущая кромка; 6" — вершина ре;ща;
7 — главная заднян поверхность
Рис. 13.7. Геометрические параметры режущей части резца. Пояснении и
тексте:
/ — заготовка; 2— резец
420

Таблица 13.1. Геометрические параметры резцов при точении
uMic.iuu из пластмасс
' )Гц1лО<! [ f.iHiit'M i>i>i материал
Термопласты:
полиэтилен
полипропилеи
непластифнцнрован-
iibii'i I1BX
фторонласт-4
полиамид
Реактоиласты:
фенольпый
пресс-порошок
волокикт
гетннакс
стекловолокнпт АГ-4
текстолит
Материал ре:ща
Быстрорежущая
сталь
ВК8
Быстрорежущая
сталь
PI8
То же
вкзм
Быстрорежущая
сталь
PI8
ВК2
PI8. ВК6
Гсометрн четкие
реluou
V"
0—15
10
15 -20
A- 1A
40—50
10
0.5
10
« -IL
пс~ | <(° 1
15-25
10
20 25
20
X 10
20
20
25 -30
25
2и
45
45
15
»5
15
45
li>
15
пар л мс I ры
Ч 1
45
15
15
15
12
12
15
12
г . ММ
2 2. .">
11.5
A.5
1 .5
1 .5
4
0.5 2
1 5
в плане называются углы между режущими кромками резца
и направлением подачи: это главный угол в плане ц> и
вспомогательный угол в плане фЬ
Главная и вспомогательная режущие кромки резцов для
обработки пластмасс сопрягаются плавным радиусом г =
= 1,5ч-3,0 мм.
В табл. 13.1 в качестве примера приведены значения
геометрических параметров токарных резцов при точении некоторых
индов пластмасс.
По конструкции резцы могут быть цельные (выполненные
из одного материала) и составные (державка — из
конструкционной стали, а рабочая часть — из специального
инструментального материала). Рабочая часть составного резца
прикрепляется к державке обычно сваркой или припаиванием. В
качестве инструментальных сталей для изготовления резцов (или
их рабочей части) применяются углеродистые, легированные и
быстрорежущие стали, а также твердые сплавы. Углеродистые
стали ввиду их невысокой стойкости имеют ограниченное
применение. Резцы из быстрорежущих сталей Р9, Р18 применяются
при обработке многих видов термопластов и реактопластов,
кроме стеклопластиков. Твердые сплавы нашли широкое
применение для точения наполненных реактопластов — текстолита,
гетинакса, стеклопластиков и др. Из твердых сплавов лучшими
следует считать сплавы группы ВК с содержанием кобальта
не менее 6% — ВК2, ВКЗМ ВГ\4. В последнее время широкое
42)

применение нашли резцы с алмазными зернами, имеющие
исключительно высокую стойкость. Низкая механическая
прочность алмаза затрудняет применение этих резцов при точении
прерывистых поверхностей и черновой обработке.
13.3.4. Режимы резания
Режимы резания—это совокупность технологических
параметров токарной обработки заготовок. К таким параметрам
относятся: скорость резания V, подача S, глубина резания /.
Производительность обработки и качество поверхности изделия
существенно зависят от выбранных режимов резания. Так,
увеличение всех параметров резания повышает производительность
токарной обработки. В то же время увеличение скорости
резания приводит к повышению температуры обрабатываемой
заготовки и интенсивному износу инструмента, к понижению его
стойкости. Повышение температуры материала заготовки может
привести к его деструкции и ухудшению качества
обрабатываемой поверхности. Величина подачи также влияет на
качество поверхности: увеличение подачи выше определенного
значения является причиной шероховатости поверхности. В табл. 13.2
приведе/1ы примерные режимы резания при точении изделий из
некоторых видов полимерных материалов.
Как уже отмечалось, применение алмазного режущего
инструмента позволяет существенно увеличить
производительность труда и улучшить качество обрабатываемой поверхности.
Например, гетинакс и текстолит обрабатывают алмазными
резцами при скоростях резания 600—1500 м/мин и подаче до
Таблица 13.2. Режимы резания при точении изделий из пластмасс
Обрабатываем ый
материал
Термопласты:
полиэтилен
винипласт
фторопласт-4
полиметилметакри-
лат
полиамиды
Реактопласты:
фенопласт нена-
полмениый
волокпит
гтекловолокнит
ЛГ-4В
текстолит
Материал резца
Быстрорежущая
сталь
То же
Р18
В Кб
ВК6М
ВК6
Режимы реония
V. м/мин
90—135
300—1000
25—300
300—1000
100—300
200—400
400—800
130—200
200—400
-S. мм/об
0,04—0,1
0,1—0,2
0,03—0,1
0.08—0,12
0,1—0.3
0,1—0,6
0,05—0,2
0,1—0,5
0,1—0,5
/, мм
—
До Ю
0,25—1
0.5—/
0.5—1
1—4
0,5—1
0,5—4
1—3
422

0,1 мм/об. Обработка алмазными резцами деталей из полиме-
тилметакрилата позволяет получить совершенно прозрачные
поверхности, чего невозможно достичь при обработке
инструментом из других материалов.
Норма выработки за смену N (шт.) при токарной обработке
может быть определена по формуле
М=Т/Т„„, A3.1)
где Т — длительность смены, мин; Г,„т — норма штучного времени, мин/шт.
Норма штучного времени 7ШТ складывается из машинного
времени Тм, вспомогательного ТВ(„ и дополнительного Гл,ш-
Машинное время равно
где L — путь резца, мм; п— частота крашении, об/мин; S — подача, мм/об;
/ — число проходов.
Путь резца L может быть с достаточной точностью принят
равным длине обтачиваемой поверхности плюс перебег резца
A—2 мм). Вспомогательное время устанавливают на основе
.хронометража (время на закрепление и снятие детали,
управление станком), а дополнительное принимается равным 6—
10% от суммы машинного н вспомогательного времени.
13.4. ФРЕЗЕРОВАНИЕ ПЛАСТМАСС
13.4.1. Общие понятия
Фрезерование — технологическая операция, заключающаяся в.
обработке плоских и фасонных поверхностей, поверхностей тел
вращения, прорезання канавок, пазов, шлицей, нарезании
зубьев и т. д.
Режущим инструментом при фрезеровании служит фреза,
которая закрепляется в шпинделе станка и получает
вращательное движение.
Скорость резания при фрезеровании V (м/мип) определяется
по формуле
У = лД„/г/1000, A3.2)
где Оц, — диаметр фрезы, мм; п — частота вращения шпинделя, об/мин.
Подача осуществляется столом, па котором закреплена
заготовка. Скорость подачи обычно определяется в мм па один
зуб фрезы — S:, тогда минутная подача SM, т. е. величина пе-
42:1

ремещения заготовки за одну минуту, равна
SM = Sznz, A3.3)
где г — число зубьев фрезы.
Число зубьев фрезы выбирается из расчета размещения
стружки во впадине зуба.
13.4.2. Типы фрез
При обработке заготовок и деталей из пластмасс применяются
фрезы для обработки металлов, так как специальные фрезы
для фрезерования пластмасс выпускаются в очень узком
ассортименте.
На рис. 13.8 изображены наиболее распространенные типы
фрез, применяемых при обработке пластмассовых заготовок.
Цилиндрические фрезы (рис. 13.8, а) применяются при
фрезеровании плоских поверхностей шириной до 120 мм. Фреза
имеет центральное базовое отверстие со шпоночной канавкой,
в которое вставляется оправка, передающая ей вращение от
шпинделя станка.
Торцовые фрезы (рис. 13.8, б) имеют диаметр D$ до 600 мм
и применяются для обработки широких плоских поверхностей.
Дисковые фрезы (рис. 13.8, в, г) имеют диаметр Aj,=
= 60ч-110 мм и цилиндрическое базовое отверстие для
крепления на оправке. Режущие зубья выполняются на
цилиндрической внешней поверхности (односторонние, пазовые фрезы),
а также и на торцовых поверхностях (трехсторонние фрезы).
Предназначены дисковые фрезы для фрезерования канавок и
пазов шириной до 16 мм.
Концевые фрезы (рис. 13.8, д) имеют наружный диаметр
рабочей части от 3 до 50 мм и предназначены для обработки
открытых пазов, замкнутых профильных углублений и отверстий
в плоских заготовках.
Угловые фрезы (рис. 13.8, е) применяются для
фрезерования профильных угловых канавок; имеют диаметр Д|,=
=354-90 мм.
В качестве материала для фрез применяются
инструментальные стали У8ГА, 9Х5ВФ, Х6ВФ и др., быстрорежущие
стали; используются также фрезы с пластинками из твердых
сплавов, обычно ВК.4 и ВК.6М. Фрезы из инструментальной стали
рекомендуются для обработки деталей из термопластов
(винипласт, полиэтилен, ПММА, фторопласт); для обработки
деталей из реактопластов применяются фрезы из быстрорежущей
стали и с пластинками из твердых сплавов, последние особенно
эффективны при фрезеровании стеклопластиков.
На рис. 13.8 показано также сечение зуба плоскостью,
перпендикулярной режущей кромке (сечение А—А). Значения пе-
424

Рис. 13.8. Схема фрезерования поверхностей деталей нз пластмасс
цилиндрическими (а), торцовыми (б), дисковыми трехсторонними (в) и пазовыми
(г), концевыми (д) и угловыми (е) фрезами

Таблица 13.3. Режимы резания при фрезеровании пластмасс
и геометрические параметры цилиндрических фрез
Обрабатываемый
VI а тр пиал
ЛЧ ^ 1 v- |/11 Mkf
Термопласты:
полиолефины
винипласт
фторопласт-4
полиметилме-
такрилат
полиамиды
Реактопласты:
волокнпт
гетинакс
текстолит
стеклотекстолит
Материал зубьев
фиез
Быстрорежущая
сталь
Р18
Твердый сплав
Р9. Р18
ВК7
Р18
Р9. Р18
Р9. PI8
Р9, Р18 или ВК6

Геометрические
метрь
V°
0—Ю
25
0—10
10
25
10
10
10
10
5
тара-
фрез
<х°
10—20
20—25
10—15
20
25—30
20
20
20
20
20
Режимы
V, м/мин
300—900
200—1000
200—250
180—1000
До 1000
40—100
190—375
180-365
40—180
150—800
резаиил
S, мм/зуб
0,15—0,50
0,1—0,2
0,2—0,5
0,1—0,25
0,3
0,01—0,02
0,10—0.50
0,05—0.40
0.10—1,00
0.04—0,15
реднего ^ и заднего а углов зависят от материала фрез и
обрабатываемого материала. Оптимальная величина переднего угла
зуба фрез из быстрорежущей стали 10°, с пластинками из
твердых сплавов у = 5-^8°. Оптимальное значение заднего угла а =
= 18-f-20°.
13.4.3. Режимы резания
Так же, как и при точении пластмасс, режимы резания при
фрезеровании включают в себя такие параметры, как скорость
резания V, подача S и глубина t. Все сказанное в предыдущем
разделе об и.х влиянии на производительность, качество
обрабатываемой поверхности и износ инструмента справедливо и для
фрезерования. Для большинства термопластов скорость резания
лежит в пределах 200—1000 м/мин, для реактопластов
несколько ниже — 80—400 м/мин. В табл. 13.3 приведены значения
параметров режимов резания некоторых видов пластмасс при
фрезеровании, а также геометрические параметры
цилиндрических фрез.
Сменная норма выработки определяется, как и при токарной
обработке, по формуле A3.1). Штучное время также равно
сумме машинного, вспомогательного и дополнительного
времени:
' ШТ = ' М ~Ь ' ВСП1 I ДОП-
Машинное время при фрезеровании равно
Tyi= (/ + /nj>-Miiep) /SM,
426

где / — длина обрабатываемой поверхности, мм; !„,, — врезание фрезы, мм:
Aiep — перебег (выход) фрезы, мм; ;лер — 2-г-З мм; SM — минутная подача,
мм/мин.
Величина врезания фрезы 1вр зависит от глубины резания t
и диаметра фрезы D$. Для цилиндрического фрезерования ZBJ.
определяется по формуле
для торцового фрезерования
Глубина резания / при цилиндрическом фрезеровании
составляет 1—2 мм, при торцовом — 5—10 мм.
Вспомогательное и дополнительное время выбирают по
нормативным данным.
13.5. СВЕРЛЕНИЕ, ЗЕНКЕРОВАНИЕ, РАЗВЕРТЫВАНИЕ
13.5.1. Общие сведения
Сверление, зенкерование и развертывание являются
технологическими способами обработки круглых отверстий различной
степени точности.
Сверление — технологическая операция образования
отверстий в сплошном материале заготовок. Сверлением могут
быть получены как сквозные отверстия, так и глухие с
заданной глубиной. Для сверления используются сверла различных
типов.
Зенкерование — технологическая операция обработки
предварительно просверленных отверстий с целью получения более
точных по форме и размеру отверстий, чем при сверлении. Зен-
керованием обрабатываются как сквозные; так и глухие
отверстия. Зенкерование производится зенкерами, имеющими oi
трех до восьми зубьев; наиболее распространены зенкера с
тремя винтовыми зубьями, смещенными на 120° друг относительно
друга.
Развертывание — технологическая операция завершающей
обработки просверленных и зенкерованных отверстий с целью
получения точных по форме и диаметру с малой
шероховатостью цилиндрических отверстий. Развертывание осуществляется
развертками, имеющими четное число (четыре и более) зубьев,
расположенных диаметрально друг против друга. В
технологической практике наибольшее значение имеет сверление, поэтому
эта операция подробно рассматривается ниже.
427

13.5.2. Сверление
13.5.2.1. Составные части сверла
При сверлении пластмасс наибольшее распространение
получили спиральные сверла. Спиральное сверло состоит из рабочей
и присоединительной частей (рис. 13.9). Присоединительная
часть—это хвостовик сверла конической или цилиндрической
формы. Сверла с коническим хвостовиком крепятся в
шпинделе станка, а с цилиндрическим — трехкулачковом самоцентрн
рующемся патроне. Хвостовик имеет лапку, служащую упором
при удалении сверла из шпинделя.
Рабочая часть сверла представляет собой стержень с двумя
винтовыми канавками с углом наклона со по наружному
диаметру D. Образующаяся при сверлении стружка по винтовым
канавкам выходит из просверливаемого отверстия. Рабочая
часть сверла, в свою очередь, делится на направляющую и
режущую части.
На направляющей части по винтовой линии размещены две
узкие ленточки, которые направляют сверло в отверстие.
Благодаря ленточкам значительно снижается трение сверла о
стенки отверстия. Уменьшению трения сверла о поверхность
отверстия способствует и то обстоятельство, что диаметр сверла в
направлении от режущей части к хвостовику несколько
уменьшается. Это уменьшение диаметра сверла называется обратной
конусностью и определяется разностью диаметра на расстоянии
/=100 мм длины рабочей части.
Режущая часть сверла состоит из режущих кромок.
Режущая кромка зуба — это линия пересечения поверхности
винтовой канавки с задней поверхностью зуба (рис. 3.10). У сверла
две главные режущие кромки. Кроме того, имеются две
вспомогательные режущие кромки, образованные пересечением
поверхности винтовой канавки с ленточкой шириной /. Угол при
вершине сверла 2q> измеряется между главными режущими
кромками и является основным конструктивным элементом
сверла. Он оказывает наибольшее влияние на стойкость
инструмента, производительность операции и качество поверхности
сверления. Сверла для сверления пластмасс в большинстве
случаев имеют угол при вершине 2ср = 70—100°.
Рис. 13.9. Спиральные сверла с коническим (а) н цилиндрическим (б)
хвостовиками:
/ — поперечная кромка; 2 — режущая часть-. 3 — передняя поверхность; 4— шейка; S —
хвостовик; 6 — лапка: 7 — поводок; 6 — канавка; 9 — ленточка
428

Рис. 13.10. Геометрические па-
раметры режущей части
спирального сверла:
/ — поперечная кромка: 2 —
режущая кромка; 3 — ленточка; 4 —
канавка; 5 — передняя поверхность;
6 — спинка зуба; 7 — задняя по-
нерхность
Наряду со
спиральными сверлами для
обработки пластмасс
применяются также перовые
сверла (рис. 3.11).
Перовые сверла
рекомендуется применять для
сверления неглубоких
отверстий, к качеству которых не предъявляется высоких требований,
а также для сверления отверстий малого диаметра.
В ряде случаев для производительного и качественного
сверления пластмасс необходимы сверла специальной конструкции.
Для сверления термопластичных пластмасс используют
сверла из быстрорежущих и легированных инструментальных
сталей. Для сверления реактопластов рекомендуются сверла из
быстрорежущей стали, а также сверла, режущая часть которых
оснащена пластинками из твердых сплавов вольфрамово-ко-
бальтовой группы (ВК).
13.5.2.2. Режимы резания
При работе сверло совершает одновременно вращательное и
поступательное движения. Вращательное движение сверла
определяется скоростью резания V (м/мин):
У = лОл/1000,
где D — диаметр сверла, мм; п — частота вращения шпинделя станка.
об/мин.
Рис. 13.11. Перовое сверло
429

Таблица 13.4. Режимы резания при сверлении отверстий в пластмассах
Обрабатываемый
материал
Термопласты:
полиэтилен
полипропилен
поливннилхлорид
полистирол
полиметилметакрилат
полиамиды
Реактопласты:
пресс-порошки
волокннт
стекловолокнпт АГ-4В
текстолиты
аминопласты
Материал
режущей ча-
стн сверла
Р18
Р18
Р18, Р9
Р18
Р18
Р18, Р9
ВК8
Р18
Р18
Р18
ВК8, Р18
Угол 2(f°
70—90
70—90
90—100
60—90
ПО
70—90
80
70
70
80
70
Режимь
V, м/мин
50—100
12-50
12—50
15—50
40—60
15—45
20—60
35-70.6
15—30
30—60
10—50
резания
S. мм/об
0,2-0,3
0,2—0,4
0,4
0,4
0,05—0,20
0,1—0,15
0,05—0,25
0 1—0,6
0 08—0.25
0,2—0,4
0,05—0,10
Поступательное движение сверла определяет другой
параметр сверления — подачу, ее задают в мм на один оборот
сверла (мм/об). Скорость резания влияет на количество
выделяемого тепла в процессе сверления. Отвод тепла затрудняется с
увеличением глубины сверления, поэтому при сверлении
глубоких отверстий скорость резания следует уменьшать. Кроме того,
при большой глубине сверления необходимо часто выводить
сверло из отверстия, чтобы освободить его от стружки и
предохранить от налипания полимера. Для лучшего отвода тепла
в процессе сверления рекомендуется применять охлаждение
детали сжатым воздухом или жидкостями. В табл. 13.4
приведены режимы резания при сверлении.
Режимы резания при зенкеровании пластмасс назначаются
примерно такими же, как и при сверлении. При развертывании
для улучшения качества поверхности скорость резания
рекомендуется уменьшать на 30% по сравнению со сверлением.
При сверлении, зенкеровании и развертывании сменная
норма выработки определяется по формуле A3.1); при этом
машинное время определяется по формуле
j _ _
где L — длина пути, проходимого инструментом в направлении подачи, мм;
5М — минутная подача, мм; / — длина обрабатываемого отверстия, мм; /кр —
врезание инструмента, мм; 1пе\> — перебег инструмента, мм; п — частота
вращения инструмента, об/мин; So — подача на один оборот сверла, мм.
При сверлении
= 0,5Dctg(p.
430

При рассверливании, зенкеровании и развертывании
/Bp = 0,5(D—d)ctgq:.
где D — диаметр сверла; d — диаметр отверстия.
Вспомогательное и дополнительное время определяют по
нормативным данным.
13.6. РЕЗКА ПЛАСТМАСС
13.6.1. Общие сведения
Во многих технологических процессах переработки пластмасс
встречается операция резки. Например, при экструзии — это
нарезание листов, труб и различных профилей на изделия
стандартных размеров, отрезание кромок экструдата. В
технологии термоформования первая операция — раскрой листового
материала. В производстве листового текстолита и
стеклотекстолита, плиточного пенопласта получаются изделия с
неровными краями, которые обрезаются по контуру. Кроме того,
отрезные операции служат для разрезания больших листов на
листы меньших размеров, вырезания фасонных частей и т. д.
Л\ожно упомянуть также вырубку, которая является
технологической операцией, например, в производстве тары для упаковки
пищевых продуктов методом штамповки.
Технологические методы резки, применяемые для обработки
пластмасс, заимствованы большей частью из технологии
деревообработки, и первоначально для разрезания пластмасс
использовались такие инструменты, как ножовки, дисковые,
ленточные и другие типы пил. Однако опыт показал, что резание
пилой не всегда удовлетворительно (большой износ
инструмента, грубая поверхность обработки, неточность линии реза,
значительное тепловыделение), поэтому появились и другие методы
резки пластмасс, которые рассматриваются ниже.
13.6.2. Методы резки пластмасс
Основными методами резки пластмасс являются следующие:
распиловка, резка абразивными кругами, резка ножницами,
резка нагретым инструментом.
Распиловка производится ручными или механическими
ножовками, ленточными или дисковыми пилами.
При распиловке ручной или механической ножовкой
образуется грубая поверхность реза с большим количеством трещин,
наблюдается значительный износ инструмента. Метод
рассчитан на низкие скорости резания, малопроизводителен и
применяется в единичном опытном производстве.
431

При резании ленточной пилой получается поверхность
лучшего качества, чем ножовкой, но все же шероховатость
поверхности реза значительна и нуждается в дополнительной
обработке. Ленточной пилой целесообразно разрезать листовые
пластмассы большой толщины, не содержащие наполнителей,
а также вести фасонную распиловку.
Распиловка дисковой пилой позволяет получить более
высокое качество реза, чем при резке ленточной пилой, к тому же
это наиболее экономичный способ резки. Резка дисковыми
пилами широко применяется в промышленности: нарезание экстру-
дируемой трубы на отрезки стандартных размеров, резка
листов, разрезание дефектных изделий и т. д.
Резка абразивными кругами позволяет получить
поверхность реза очень высокого качества без последующей обработки
поверхности реза. Метод считается наиболее экономичным.
Резка пластмасс ножницами, а также вырубка на прессе
принадлежат к распространенным операциям при переработке
пластмасс (нарезание листов на отрезки стандартных размеров
при экструзии, резка гетинакса, текстолита). Тонкие листы
(толщиной до 3 мм) можно резать ручными или механическими
ножницами, более толстые — гильотинными. Листы из жестких
и хрупких материалов (полистирола, полиметилметакрилата
и др.) ножницами резать не рекомендуется ввиду появления
многочисленных трещин и выкрашивания поверхности реза.
Получение качественной поверхности реза возможно при резке
на ножницах с вибрирующим ножом.
Резка нагретым инструментом применяется
преимущественно при обработке пенопластов (пенополистирол, пенополиви-
нилхлорид), а также органического стекла (ПММА). Например,
пенопласт режут раскаленной проволокой диаметром 0.1 —
0,15 мм. Проволока высокого омического сопротивления,
натянутая над столом и закрепленная в специальных зажимах,
нагревается током напряжением не выше 36 В до 250—300 °С.
По столу в направлении натянутой проволоки двигают
заготовку, которая режется раскаленной проволокой.
13.6.3. Режимы резания
Параметрами режима резания при резке пластмасс являются
скорость резания и величина подачи (или просто подача). При
резке дисковыми пилами скорость резания и подача имеют тот
же смысл, что и при фрезеровании, и определяются по
формулам A3.2) и A3.3). При резке ленточными пилами и
ножовками скорость резания — это линейная скорость движения
полотна (м/мин), а подача — линейная скорость движения
разрезаемого материала навстречу пиле (также м/мин).
432

Значения скоростей резания и подач зависят от вида
обрабатываемого материала и его толщины, от конструкции и
материала режущего инструмента. При резке ленточными пилами
скорость резания для термопластов выбирается в пределах
500—1200 м/мин, для реактопластов — 300—1000 м/мин.
Величина подачи при резке термопластов составляет 0,5—1,5 м/мин.
При резке дисковыми пилами скорость резания термопластов
устанавливается в пределах 500—2000 м/мин, реактопластов—
150—1000 м/мин при подачах от 0.05 до 1.5 м/мин.
Для лучшего отвода тепла при резке пластмасс
рекомендуется их охлаждение. При резке листов из ПММА, полиэтилена,
полиамидов применяется сжатый воздух, из полистирола и
винипласта— 5%-ный раствор эмульсола в воде. Реактопласты
разрезают при воздушном охлаждении.
Определение нормы выработки при резке производится так
же, как и при фрезеровании.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
13.1. Какими методами производится зачистка деталей из
пластмасс?
13.2. Какие операции входят в токарную обработку
пластмасс?
13.3. Назовите параметры токарной обработки. От каких
факторов они зависят?
13.4. Назовите углы резца.
13.5. Какие типы фрез применяются при фрезеровании
деталей из пластмасс?
13.6. Как рассчитывается норма выработки при
фрезеровании?
13.7. Как выбираются режимы резания при сверлении и
зенкеровании пластмасс?
13.8. Назовите методы резки пластмасс.
ГЛАВА 14
СВАРКА И СКЛЕИВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
При изготовлении сложных изделий из пластмасс отдельные
элементы, полученные одним из основных методов переработки
(экструзией, литьем под давлением, термоформованием,
прессованием и др.), приходится соединять друг с другом. При этом
соединения могут быть разъемными (например, на резьбе) или
28—81 433

неразъемными (сварными, клеевыми). В данной главе
рассматривается создание неразъемных соединений деталей из
пластмасс методами сварки и склеивания.
14.1. СВАРКА ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
14.1.1. Классификация методов сварки
Наиболее распространенной классификацией методов сварки
является классификация по принципу подвода тепла к
свариваемым деталям (рис. 14.1). Все методы сварки пластмассовых
деталей могут быть объединены в две большие группы: сварка
с подводом тепловой энергии от внешних источников и сварка
с генерированием тепловой энергии.
К первой группе относятся: контактно-тепловая сварка, при
которой нагрев свариваемых поверхностей происходит за счет
их контакта с нагретым инструментом; сварка нагретым газом:
сварка экструдируемой присадкой.
Во вторую группу входят: сварка токами высокой частоты:
ультразвуковая сварка, сварка трением; сварка с применением
излучения.
В свою очередь, в зависимости от применяемого
оборудования, технологических особенностей эти виды сварки
подразделяются на ряд разновидностей.
Ниже рассматриваются наиболее распространенные в
промышленности способы сварки деталей из пластмасс.
14.1.2. Контактно-тепловая сварка
Принцип контактно-тепловой (термоконтактной) сварки
заключается в том, что поверхности свариваемых деталей,
контактируя с нагретым инструментом, разогреваются в местах соедине-
Сварка, термопластов
С подводом тепловой
|
^ ^ С
* о |
*"«!
¦а
о
5: _^
^ t> a
1
'энергии
1
3 a
1
С генерированием тепловой энергии
1 -
1
¦а
1

«¦»
1
ас
-в
<
Рис. 14.1. Схема классификации методов сварки
434

Рис. 14.2. Схема контактной
сварки оплавлением (а) и про-
плавлением (б):
/ - нагреватель; 2. 3 — свариваемые
детали
1гия до определенной температуры и свариваются под
действием давления. Прочность образующихся сварных соединений
получается высокой: она составляет около 90—100% прочности
основного материала.
В зависимости от способа подвода тепла к свариваемым
поверхностям контактно-тепловой метод сварки подразделяется
на сварку оплавлением и сварку п р о п л а в л е и и е м
(рис. 14.2). В первом случае нагреватель соприкасается
непосредственно со свариваемыми поверхностями. Во втором
случае нагреватель соприкасается с внешними поверхностями
деталей и тепло передается к свариваемым поверхностям за счет
теплопроводности через всю толщу материала.
Сваркой оплавлением соединяются пластмассовые трубы,
стержни, толстые листы, пластины, приваривается арматура к
трубопроводам, собираются фасонные конструкции. Сварка
проплавлением применяется в основном для соединения пленок
и листов толщиной не более 3 мм.
Рассмотрим технологические особенности сварки
оплавлением и проплавлением.
Контактная сварка деталей оплавлением
производится в две стадии: 1) оплавление кромок нагретым
сварочным инструментом с последующим удалением инструмента;
2) смыкание (осадка) свариваемых деталей путем приложения
давления и выдержка под давлением до тех пор, пока сварной
шов не остынет до определенной температуры н не затвердеет.
Основными параметрами режима сварки оплавлением
являются: температура сварки, температура поверхности сварочного
инструмента, время нагрева свариваемых поверхностей, время
выдержки под давлением, давление осадки.
Температуру сварочного инструмента устанавливают на
100—120°С выше температуры плавления термопласта. При
этом необходимо учитывать возможность .термоокислительной
деструкции полимера, глубина протекания которой определяется
температурой сваривания и продолжительностью контакта
инструмента с поверхностью материала. В табл. 14.1
приводятся ориентировочные параметры сварки некоторых термопластов
оплавлением.
При сварке пленок и тонких листов
проплавлением (этот вид сварки называют также контактно-
28* 435

Таблица 14.1. Ориентировочные параметры сварки некоторых
термопластов оплавлением
Термопласт
пэвп
пэнп
пп
Винипласт
ПС
ПММА
ПЭТФ

Температура
нагревателя, "С
220—250
200—220
240—260
240—250
160—180
280—300
320
Время, с
нагрева
25—30
20—25
30—50
40—50
25—30
25
20—25
выдержки
под
давлением
30—40
30—40
30
30
30—60
30—60
30
Давление
осадки. МПа
0,1—0,2
0,1—0,15
0,2
0,4—A,5
2,0—2,5
0,8—1,0
0,15—0,20
тепловой сваркой прессованием) соединяемые материалы
укладывают чаще всего внахлестку. Изменяя величину нахлестки,
можно регулировать прочность сварного шва в широких
пределах. Сварку проплавлением проводят с односторонним или
двухсторонним нагревом (рис. 14.3).
При одностороннем нагреве (рис. 14.3, а) самая высокая
температура наблюдается на поверхности материала, а в месте
сварки она гораздо ниже. Поэтому, чтобы материал в месте
соединения хорошо разогрелся, температура нагревателя
должна быть выше температуры сварки. Скорость, с которой в
месте сварки устанавливается требуемая температура, зависит
от степени нагрева инструмента, от теплофизических свойств
свариваемого материала и толщины изделия.
f
Рис. 14.3. Схема контактной сварки с односторонним (а) и двухсторонним
(б) нагревом:
' — нагретый инструмент; 2 — изоляционная прокладка; 3 свариваемые детали; 4 —
опора
Рис. 14.4. Схема термонмпульсной сварки:
' — подвижная прижимная губка: 2 — теплоизоляционная прокладка: 3 разделительная
пленка; 4 — нагревательная лента: 5 — свариваемые детали^ в--эластичная теплоизоля
ционная прокладка; 7 — неподвижная прижимная губка
436

Двухсторонний нагрев материала (рис. 14.3, б) облегчает
условия сварки, позволяет скорее разогреть материал до
требуемой температуры. Этот способ применяется для сварки
изделий значительной толщины, а также в том случае, когда
конструкция свариваемых изделий позволяет подводить тепло
с двух сторон. Например, неармированную пленку толщиной до
150 мкм рекомендуется сваривать при одностороннем нагреве,
а при толщине свыше 150 мкм — при двухстороннем нагреве.
Чтобы исключить прилипание пластмассы к инструменту,
применяют разделительные прокладки из фторопласта-4,
полиамида, целлофана.
Разновидностью сварки проплавлением является те р
моим пульс ная сварка (рис. 14.4). Термоимпульсная
сварку широко применяется для соединения полиолефиповых плеко:-
толщиной 20—250 мкм. При этом виде сварки используется
малоинерционный электронагреватель (лента или проволока),
который, нагреваясь импульсом электрического тока,
разогревает свариваемый материал за доли секунды. Давление,
необходимое для соединения, создается с помощью подвижной
прижимной губки. Охлаждение под давлением—основное
преимущество термоимпульсной сварки. Охлаждаемые поверхности не
прилипают к нагревательному инструменту, поэтому сваривать
можно без разделительных прокладок. Нагрев при
термоимпульсной сварке может быть как односторонним, так и
двухсторонним.
Параметры сварки проплавлением — температура
инструмента, давление прижима и время выдержки; их значения
зависят, главным образом, от вида свариваемого материала и его
толщины, как видно из табл. 14.2.
Таблица 14.2. Режимы сварки полимерных пленок проплавлением
Термопласт
Толщина.
мкм

Температура
инструмента. СС
Ц
явление.
МПа
Выдержка.
Односторонний нагрев
пэнп
пэвп
пп
Полиамид
30-45
60—90
150-200
60—150
60—150
60—150
Двух сторонн
ПЭВП
пп
Фторопласт-4
Полиамид
150—600
150—30A
100—200
130—200
130—140
140—160
160—180
200—220
230—240
185—200
и н н а г |
160—170
180—200
390—400
210—220
0,05—0,06
0,05—0,06
0,05—0,06
0,06—0.08
До 0,10
0,06—0,08
> е в
0,08—0,09
0,09
0,02—0,05
0,04—0,05
2—3
2—3
2—3
2—3
2—3
5—6
2—3
2—3
120—;
10—1

При термоимпульсной сварке в зависимости от типа
материала и его толщины время нагрева составляет от десятых
долей секунды до нескольких секунд; давление — от 0,01 до
0,3 МПа.
Сварочное оборудование для контактной сварки
термопластов включает ручные устройства, механизированные головки и
полуавтоматы, стационарные машины и установки.
Конструкции нагревательных инструментов для ручной
сварки весьма разнообразны: сварочные клещи, полозы,
ролики, клинья, цилиндры, электроутюги и т. п. Сварочные клещи
удобны для сварки рантовых Т-образных соединений. За один
цикл сварки получается шов длиной 180—200 мм и шириной
4—6 мм. При изготовлении из тонкой пленки изделий сложной
конфигурации может быть применена сварка нагретым
роликом. Ширина сварного шва определяется шириной реборды на
сменном диске роликового нагревателя.
Ручные устройства применяются преимущественно в
монтажных работах; они удобны в эксплуатации, однако не
обеспечивают стабильности рабочих параметров сварки и
стабильной прочности сварных соединений. Поэтому для работы в
монтажных условиях применяются сварочные полуавтоматы,
гарантирующие контроль параметров сварки. Наиболее
распространены полуавтоматы ПСП-11, ПСП-15, ПСП-16 и др.
Для изготовления крупногабаритных изделий из пленок
(оболочки, резервуары и т. д.) в нашей стране выпускаются
сварочные установки различных конструкций. Для непрерывной
сварки пленок из полиолефинов, полиамидов, фторопластов и
других материалов применяются сварочные машины типа МСП.
Например, на машине МСП-11к сваривают крупногабаритные
изделия из полиэтиленовой пленки толщиной от 20 до 200 мкм.
Сварка происходит в результате нагрева свариваемого
материала контактирующей с ним металлической лентой, надетой
на два ролика. Лента нагревается металлическим полозом.
Свариваемые полотнища укладывают на подложку из
специального полотна. Для предотвращения прилипания металлической
ленты к свариваемой пленке применяют прокладки из пленки
фторопласта.
Для сварки в цеховых условиях используют также
сварочные прессы типа ПС (ПС-100, ПС-4, ПС-300 и др.). На этих
установках за один сварочный цикл можно получать сварной
шов длиной до 12 м и более.
14.1.3. Сварка нагретым газом
Этот метод сварки, как и контактный, получил широкое
распространение в промышленности. Метод основан на нагреве
соединяемых поверхностей материала до температуры сварки
438

Рис. 14.5. Основные типы сварных швов:
а — стыковой: б — нахлесточный; в — угловой: г—тавровый: д — торцовый
струей горячего газа с последующим их сжатием под
давлением и выдержкой до охлаждения. В качестве теплоносителя
используется обычно воздух и азот.
Сварка с помощью нагретого газа осуществляется с
применением присадочного материала или без
присадочного материала.
При сварке с применением присадочного материала
нагретый газ, выходящий из сопла горелки, размягчает одновременно
свариваемые кромки и пруток. Сварщик прижимает пруток к
размягченным кромкам и образуется сварной шов. Этот способ
применим, главным образом, для сварки относительно жестких
термопластов — винипласта, полиамидов, ПММА, ПП, ПЭВП.
Сварка без присадочного материала чаще применяется для
сварки пленок путем одностороннего нагрева сложенных
внахлестку материалов.
Первый этап технологии сварки — обработка кромок.
Если свариваются листы толщиной до 4 мм, то кромки можно
не обрабатывать. В этом случае между листами, свариваемыми
встык, следует оставлять зазор 1—3 мм для обеспечения
равномерного провара. При сварке встык листов или деталей
толщиной свыше 4 мм рекомендуется делать скос кромок с одной
или двух сторон. Предпочтительнее швы, полученные при
сварке деталей с двухсторонним скосом (х-образные), чем с
односторонним скосом. Они прочнее и требуют меньшего расхода
присадочного материала. Скос кромок делают под
определенным углом, называемым углом разделки кромок или углом
раскрытия шва. Оптимальный угол разделки кромок 60—70°.
Вообще же все сварные соединения, выполняемые сваркой
нагретым газом с присадочным материалом, можно разделить
на пять видов: встык, внахлестку, угловые, тавровые и
торцовые (рис. 14.5). Наибольшей механической прочностью
обладают стыковые соединения. Швы внахлестку при сварке
жестких материалов применяют редко из-за их пониженной
прочности. Угловые и тавровые соединения получают как без
обработки кромок, так и со снятием фасок; последний прием
повышает прочность шва.
Параметрами сварки нагретым газом являются:
температура, давление и расход газа, скорость укладки сварочного прут-
439

Рис. 14.6. Горелка косвенного действия:
Л 2 — штуцеры; 3 — змеевик: 4 — наконечник; 5 — корпус; 6 — щиток; 7—рукоятка
ка, давление на присадочный материал. Важное значение имеют
также угол наклона прутка при подаче в шов, угол наклона сопла
горелки к поверхности шва и его расстояние до свариваемой
поверхности. Температура газа выбирается в зависимости от
вида свариваемого материала и на выходе из сопла должна на
50—100°С превышать температуру текучести термопласта (при
расстоянии 5—6 мм между соплом и свариваемыми
поверхностями). Температура свариваемого материала и скорость
укладки присадочного материала тесно увязаны между собой.
Каждой определенной температуре соответствует оптимальная
скорость процесса, при которой возможно получение сварного
соединения максимальной прочности. Давление
газа-теплоносителя устанавливается в диапазоне 0,03—0,10 МПа при расходе
от 1,5 до 3 м3/ч.
Ниже приведены значения давления и температуры газа при
сварке некоторых термопластов с присадочным прутком
диаметром 3 мм (скорость укладки прутка — 0,17±0,03 м/мин, усилие
вдавливания прутка — 3 Н на 1 мм2 площади сечения прутка;
температура газа дана при расстоянии 6 мм между соплом
горелки и свариваемой поверхностью; параметры сварки
приведены применительно к укладке однорядного шва):
ПЭНП
ПЭВП
ПП
Винипласт
Давление газа,
МПа
0,035—0.070
0.040—0,070
0.050—0,090
0,006—0,040
Температура
газа, "С
240±15
250±15
26О±15
200±15
В качестве оборудования для сварки нагретым газом
применяются как ручные горелки, так и специальные установки.
Ручные горелки благодаря простоте конструкции получили
широкое распространение. Все типы ручных горелок можно
разделить на газовые горелки косвенного и прямого действия и
горелки с электрообогревом. На рис. 14.6 показана горелка
косвенного действия, часто применяемая в
промышленности. Газ-теплоноситель подается в штуцер 2, проходит по
змеевику 3, уложенному в корпусе 5, имеющему внутри
теплоизоляцию, и через наконечник 4 поступает в зону сварки. Горю-
440

чий газ (пропан-бучановая смесь) подается в штуцер / и
сгорает, вытекая из сопла. Газовое пламя нагревает до
необходимой температуры газ-теплоноситель, проходящий по змеевику.
Регулирование температуры сварки достигается изменением
длины пламени и количества газа-теплоносителя. Аппарат
держат за рукоятку 7. Щиток 6 служит защитой против
теплового излучения.
В горелках прямого действия используется
пропан или природный газ и воздух, подаваемые из источника
питания под давлением соответственно 0,11—0,20 и 0,18—
0,60МПа. Эти горелки более производительны и экономичны,
чем горелки косвенного действия.
В горелках с электрообогревом
газ-теплоноситель нагревается электронагревателем, состоящим из спирали,
уложенной на асбестовой пластине в керамической трубке.
Спираль нагревается током, напряжение не превышает 36 В.
Технические характеристики большинства горелок с
электрообогревом, различающихся конструктивными особенностями,
практически одинаковы: мощность нагревательных элементов —
500—800 Вт, расход газа-теплоносителя—до 3 м3/ч, рабочее
напряжение — не более 36 В.
Преимущества ручных газовых горелок — это гибкость и
маневренность технологического процесса сварки, возможность
сваривания деталей в труднодоступных местах, однако
производительность труда невелика.
Механизация процесса сварки позволяет существенно
повысить производительность труда. С этой целью созданы и
применяются сварочные полуавтоматы и машины ПГП-1, МСП-5М,
СПК-М, «Пчелка». Они оборудованы горелками с
электрообогревом и позволяют вести сварку с присадочным прутком со
скоростью более 1,5 м/мин.
14.1.4. Сварка экстру дируемой присадкой
Сущность сварки термопластов экструдируемой присадкой
состоит в том, что расплавленный материал, выходящий из
экструдера, непрерывно подается в зазор между соединяемыми
поверхностями, нагревает их до температуры сварки и,
сплавляясь с ними, образует сварной шов.
Сварка экструдируемой присадкой (рис. 14.7) реализуется
по двум схемам: без контакта мундштука экструдера с
соединяемыми кромками (рис. 14.7, о) и при контакте мундштука
с поверхностью кромок (рис. 14.7, б). Способ по первой схеме
получил название бесконтактной экструзионной
сварки, либо просто экструзионной; по второй схеме —
контактной экструзионной сварки.
441

Рис. 14.7. Схемы сварки
термопластов экструдируемой
присадкой:
о — бесконтактная экструзионнач
сварка: 6 — конгактно-экструзион
ная сварка: / — экструдер: 2 —
мундштук экструдера: 3 —
свариваемые детали; 4—гфикатываюший
ролик
При сварке по первой схеме мундштук экструдера
устанавливают на определенном расстоянии от поверхности
свариваемого материала и, перемещая вдоль стыка, полностью
заполняют экструдатом разделку шва. Для обеспечения плотного
контакта присадочного материала со свариваемыми
поверхностями применяют специальные прижимные устройства.
При сварке по второй схеме разогретый мундштук
экструдера вводят в разделку шва до соприкосновения с кромками и
перемещают по стыку, заполняя его расплавленным
присадочным материалом. Дополнительные устройства для прижима
присадки в этом случае не применяют, плотный контакт
достигается за счет давления, создаваемого самим присадочным
материалом.
Основными технологическими параметрами экструзионной
сварки являются: температура присадочного материала,
сварочное давление и скорость сварки. Например, полиолефииы
сваривают в интервале температур 195—280°С и давлений
0,05—0,60 МПа.
Для сварки термопластов этим методом в нашей стране
создана серия малогабаритных полуавтоматических сварочных
экструдеров. Наибольшее применение получили полуавтоматы
ПСП-5 и РЭСУ-500 с пистолетами-экструдерами прямоточного
типа. Данные полуавтоматы позволяют изменять температуру
присадочного материала в интервале 150—280°С и сварочное
давление — 0,05—0,60 МПа. В качестве примера приведем
характеристику сварочного полуавтомата ПСП-ЗЭ. Он состоит из
ручного пистолета (экструдера) массой 6,1 кг и шкафа с
электроаппаратурой. Пистолет представляет собой полый цилиндр,
в котором вращается стальной червяк. Цилиндр имеет зону
электрообогрева и зону загрузки материала, охлаждаемую
водой. Вращение червяка обеспечивается электродвигателем через
планетарный редуктор. Производительность полуавтомата —
0,57 кг расплава в час.
14.1.5. Сварка токами высокой частоты и ультразвуком
Сварка токами высокой частоты и ультразвуком принадлежит
к видам сварки с генерированием тепловой энергии в
свариваемых материалах. Эти способы обеспечивают быстрый локаль-
442

ный нагрев соединяемых поверхностей. В настоящее время они
получили широкое распространение.
Сварка токами высокой частоты. Нагрев термопластов в
высокочастотном поле происходит вследствие способности
полярных групп макромолекул поляризоваться во внешнем
электрическом поле. Как известно, в связях С—ОН, С—СООН,
С—NH2, С—С1, С—F электронная плотность распределена
несимметрично, т. е. электронные орбитали смещены в сторону
электроотрицательных атомов — кислорода, азота, хлора,
фтора. На этих атомах как бы создается избыток отрицательного
электричества, а на углероде — положительного. Связи
приобретают полярный характер, а молекула — дипольный момент.
Полимеры, содержащие полярные группы, называют
полярными полимерами. К ним относятся поливинилхлорид, поливинили-
денхлорид, полиамиды, полиакрилаты, эфиры целлюлозы и
некоторые другие. Полиэтилен и политетрафторэтилен, в
которых полярные связи расположены симметрично друг
относительно друга, являются неполярными полимерами, так как
дипольные моменты компенсируются.
При наложении на полярный полимер внешнего переменного
электрического поля диполи непрерывно ориентируются в
направлении внешнего поля, т. е. происходит их поляризация в
направлении поля. Такая поляризация происходит с некоторым
запаздыванием, связанным с преодолением межмолекулярных
взаимодействий. Энергия, затрачиваемая на преодоление
внутреннего сопротивления при поляризации молекул в
электрическом поле, преобразуется в тепловую энергию, вследствие чего
температура полимера быстро повышается и он размягчается.
На этом и основана высокочастотная сварка термопластов.
Различают три метода высокочастотной сварки
термопластов: прессовый, шовный и точечный.
При прессовом методе сварки свариваемые
детали помещают между обкладками рабочего конденсатора —
электродами, один из которых или оба повторяют
конфигурацию шва. При подаче напряжения на электроды они
одновременно с нагревом обеспечивают также необходимое давление.
Свариваемый материал при этом нагревается одновременно и
равномерно, что обеспечивает стабильность его механических
свойств. Прессовая сварка — наиболее универсальный метод
сварки термопластов — применяется также для декоративной
отделки изделий, нанесения аппликаций, клеймения.
Шовная сварка осуществляется двумя вращающимися
в противоположные стороны дисками, между которыми
перемещается свариваемый материал. Напряжение подводится к
дискам, они же обеспечивают необходимое давление. Способ
применяется редко и в основном для сварки тонких пленок.
443

Точечная сварка является разновидностью прессовой,
от последней она отличается тем, что свариваемая площадь
очень мала; применяется преимущественно для «прихватки»
заготовок под прессовую и шовную сварку.
Основные технологические параметры высокочастотной
сварки—напряженность электрического поля, давление и
продолжительность нагрева. Сварку пластмасс рекомендуется вести
в диапазоне частот !0—100 МГц. С целью предупреждения
пробоев целесообразно использовать верхнюю границу часто!.
Рабочее давление на свариваемые детали может меняться в
широком интервале — от 0,1 до 10 МПа. Например, при сварке
пластифицированного ПВХ оптимальное давление составляет
0,1—0,5 МПа, при сварке полиамидов — 0,7—2,0 МПа, при
сварке винипласта 2—5 МПа. Продолжительность сварки
должна обеспечить разогрев материала до температуры вязко-
текучего состояния; она составляет от долей секунды до
нескольких секунд.
Современные сварочные машины для высокочастотной
сварки пластмасс состоят из генератора тока высокой частоты,
сварочных электродов, механизма привода электродов и
рабочего стола. По принципу работы сварочные установки делятся
на установки непрерывного и периодического
действия. Первые, в свою очередь, подразделяются на
роликовые и л е н т о ч н ы е, вторые — на р у ч и ы е, п е
реносные и установки прессового типа
(стационарные и передвижные).
Техническими параметрами сварочных высокочастотных
установок являются: установленная мощность
электрооборудования, напряжение питающей сети, рабочая частота, толщина
свариваемого материала и некоторые другие параметры. В
нашей стране выпускается несколько моделей сварочных
установок, кроме того, широкое применение нашли сварочные
установки производства ГДР, ЧССР и ВНР.
Сварка ультразвуком. При ультразвуковой сварке
электрические колебания, вырабатываемые генератором, преобразуются
в механические с помощью электроакустического
преобразователя. Механические колебания, в свою очередь, преобразуются
в тепловую энергию, расходуемую на нагревание соединяемых
деталей до температуры текучести полимера (начала
размягчения). При сдавливании деталей образуется сварное соединение.
Преобразование электрических колебаний в механические
основано па магпитострикциониом эффекте, который состоит в
том, что при пропускании через обмотку, намотанную на
стержень из ферромагнитного материала, переменного тока
высокой частоты под действием магнитного поля происходит изме-
размеров стержня с удвоенной частотой. Амплитуда
-,;>: с.-идаваемого магпнтострикциопным эффектом, не-
С! i И'.

тем
Рис 14.8 Схема ультразвуковой сварки пластмасс:
/ — корпус магнитострикционного преобразователя,
охлаждаемый водой; 2 — магнитострнкционный преобразователь; 3 —
1 рансформатор упругих колебаний; 4 — сварочный инструмент
(г-олновод); 5 ~ свариваемые детали; 6 опора
велика и составляет 3—5 мкм. Для
увеличения амплитуды смещения к магнитострикци-
опному преобразователю присоединяют
трансформатор упругих колебаний, а к
последнему — сварочный инструмент — волновод.
Принципиальная схема ультразвуковой
сварки пластмасс приведена на рис. 14.8.
Способность пластмасс свариваться с
помощью ультразвуковой сварки оценивается
коэффициентом затухания р, который
определяет долю энергии, подводимой к границе
свариваемых материалов. Чем больше коэффициент
большая часть ультразвуковых колебаний поглощается в
объеме материала и тем меньше энергии будет подводиться к
границе раздела свариваемых деталей, следовательно, тем
меньшую толщину должны иметь свариваемые детали.
В зависимости от значения коэффициента затухания
полимеры делят на три группы: 1) полимеры с р<35 м^1 —
полистирол, полиметилметакрилат, сополимеры на основе стирола; эти
материалы хорошо свариваются ультразвуковой сваркой; 2)
полимеры с коэффициентом затухания 35 м~'<3<55 М —
полипропилен, непластифицированный ПВХ, поликарбонат, поли-
чтилентерефталат; свариваемость этих полимеров хуже, чем
полимеров первой группы; толщина свариваемых пластмасс не
должна быть более 10 мм; 3) полимеры с р>55 м~' —
полиамиды ПЭНП, ПЭВП, фторопласты и др.; эти материалы плохо
свариваются, толщина свариваемых деталей ограничивается
i—2 мм.
По характеру распределения механической энергии в
свариваемом материале ультразвуковая сварка может быть
разделена па контактную и передаточную.
При контактной ультразвуковой сварке пере-
даваемая от волновода механическая энергия равномерно
распределяется по всей поверхности контакта свариваемых
деталей: верхний торец волновода, передающий ультразвуковые
колебания, имеет площадь поверхности и форму такие же, как
и свариваемые детали.
При передаточной ультразвуковой сварке
механические колебания вводятся в отдельной точке или на
небольшом участке поверхности верхней детали.
По степени непрерывности процесса ультразвуковую сварку
подразделяют иа прессовую и непрерывную.
445

Прессовая сварка выполняется за одно рабочее
движение волновода. По этой схеме выполняется как контактная,
так и передаточная сварка. С помощью контактной прессовой
сварки можно получить точечные, прямолинейные и замкнутые
швы различного контура, например в виде круга,
прямоугольника, эллипса и т. д., в зависимости от формы рабочего торца
волновода.
Непрерывная сварка позволяет получать
непрерывные протяженные сварные швы за счет относительного
перемещения волновода и свариваемого изделия. Она используется
для сварки изделий из пленки и синтетических тканей: мешков,
непромокаемой одежды, фильтров и т. д.
Технологическими параметрами ультразвуковой сварки
являются: амплитуда смещения конца рабочего инструмента,
частота колебаний, давление на материал и продолжительность
сваривания. Например, оптимальный режим сварки
тонкостенных деталей из полистирола таков: время сварки—1,2 с,
амплитуда колебаний рабочего торца волновода — 25—30 мкм,
усилие прижима — 50—100 Н.
14.2. СКЛЕИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС
14.2.1. Общие сведения
В настоящее время соединение пластмассовых деталей друг с
другом, а также с металлами, стеклом, керамикой, древесиной
и другими материалами путем склеивания широко
используется во многих областях науки и техники. Склеивание
осуществляется с помощью синтетических полимерных клеев, которые
позволяют получать прочные, долговечные клеевые соединения
с высокой атмосферо- и коррозионной стойкостью.
Процесс склеивания основан на адгезии клея к
склеиваемым поверхностям, т. е. на слипании двух разнородных
поверхностей. В настоящее время единой общепринятой теории
адгезии не существует. Наибольшее распространение получили
адсорбционная (молекулярная), электростатическая,
диффузионная, химическая и реологическая теории адгезии.
Адсорбционная теория адгезии объясняет
образование связи между клеящим веществом и склеиваемым
материалом за счет возникновения межмолекулярных сил на
поверхности клей — склеиваемый материал. В подтверждение
этой теории выдвигается тот факт, что полярные полимеры
склеивают полярными клеями, а неполярные
полимеры—неполярными клеями.
Электростатическая теория адгезии
предполагает наличие двойного электрического слоя, возникающего
446

на поверхности раздела клеящего вещества и склеиваемого
материала. Согласно этой теории, клеевое соединение является
электрическим конденсатором, различно заряженные пластины
которого притягиваются.
Диффузионная теория адгезии объясняет
образование прочной связи между клеящим веществом и
склеиваемым материалом диффузией макромолекул или их участков.
Химическая теория адгезии объясняет
образование клеевого соединения за счет возникновения химических
связей па границе раздела фаз.
Реологическая теория адгезии считает, что
образование прочного соединения обусловлено основными физико-
химическими и реологическими свойствами материалов, которые
образуют клеевую систему.
14.2.2. Полимерные клеи
Клей представляет собой композиционный материал, в состав-
которого входят связующее, носитель, катализаторы и
отвердители, различные модифицирующие добавки.
Связующее является полимерной основой клея, свойства
которой определяют свойства клеевого соединения. Прочность,
долговечность, химическая стойкость клеевого соединения
зависят от химического строения, структуры, молекулярной массы
и других характеристик полимерного связующего.
Носителем клея может быть растворитель, пленка,
бумага, различные ткани. В случае жидких клеев растворитель
обеспечивает необходимую вязкость клея.
Катализаторы и отвердители способствуют
протеканию реакций отверждения, при этом катализаторы не
участвуют в реакции, а отвердители реагируют со связующим
с образованием пространственно-сшитой структуры.
К модифицирующим добавкам относятся
ускорители, наполнители, разбавители, пластификаторы и другие
вещества.
В зависимости от природы полимерного связующего клеи
можно разделить на три группы:
клеи на основе термореактивных полимеров;
клеи на основе термопластичных полимеров;
клеи на основе эластомеров.
К первой группе относятся клеи на основе
фенолоформальдегидных, карбамидо- и меламиноальдегидных, эпоксидных,
полиамидных, полиимидных и других полимеров.
Ко второй группе относятся клеи на основе полиакрилатов,
производных целлюлозы, полиамидов, поливинилхлорида и его
сополимеров, полистирола, полиуретанов, полисульфонов.
447

К третьей группе относятся хлоропреновые, нитрильные,
силиконовые, полисульфидные (тиоколовые) клеи, клеи на
основе натурального каучука.
Однако такое деление носит несколько условный характер.
Например, некоторые полиуретановые клеи можно отнести как
ко второй, так и к третьей группам.
При выборе клея для-склеивания необходимо, чтобы по
своим свойствам он приближался к свойствам склеиваемых
материалов. Кроме того, должны выполняться следующие
требования:
адгезия клея к склеиваемым поверхностям должна быть
максимально высокой;
клей по возможности должен отверждаться без нагревания
и за минимальное время;
клей при отверждении должен иметь минимальную усадку,
клей должен иметь максимальную стойкость к действию
внешних факторов;
подготовка поверхности склеиваемого материала перед
склеиванием должна быть по возможности минимальной;
клей должен иметь оптимальную вязкость, продолжительный
срок хранения и наноситься простыми средствами;
клей должен иметь низкую стоимость, быть доступным и
технологичным в серийном производстве.
При выборе клея для склеивания некоторых пластмасс
рекомендуется руководствоваться следующим:
детали из фенопластов с рабочей температурой 60—120°С
можно склеивать фенолополивинилацетальными, эпоксиполи-
амидными и полиуретановыми клеями;
детали из фенопластов с рабочей температурой до 200—
300°С можно склеивать фенолополивинилацетальными, фепо-
локаучуковыми, кремнийорганическими, эпоксифеиольпыми
клеями;
стеклопластики можно склеивать эпоксидными,
фенолополивинилацетальными, фенолокаучуковым и, кремнийорганическими
клеями;
органическое стекло можно склеивать клеями на основе
сополимеров метилметакрилата с эфирами акриловой кислоты;
винипласт можно склеивать каучуковыми клеями, а также
раствором перхлорвиниловой смолы в смеси метиленхлорида с
метилэтилкетоном.
14.2.3. Технология склеивания
Технологический процесс склеивания включает следующие
основные операции: подготовку склеиваемых поверхностей,
приготовление клея, нанесение клея, монтаж соединения и
отверждение клея.
448

Подготовка поверхности к нанесению клея состоит
в удалении посторонних веществ и загрязнений. Малейшие
следы масла, жира, грязи ухудшают адгезионные свойства клея и
резко снижают прочность клеевого шва. Обычно поверхность
сначала очищают от загрязнений механическим путем —
щетками, наждачной бумагой, дробеструйной обработкой, а затем
обезжиривают органическими растворителями или моющими
средствами. Выбор способа обработки поверхности зависит в
основном от природы склеиваемого материала. Так, поверхность
полиэтилена по одному из рецептов обезжиривают ацетоном
и сушат на воздухе, затем ее обрабатывают в течение 30 мин
при 60°С смесью, состоящей из 10 масс. ч. К2СГ2О7, 90 масс. ч.
конц. H2SO4 и 40 масс. ч. воды, промывают водой и сушат.
Поверхность полипропилена обезжиривают ацетоном,
подсушивают на воздухе 2—5 мин при 70°С и подвергают
обработке (травлению) в течение 15 мин при 75 °С в хромовой
кислоте с последующей промывкой водой при 15—20 °С и сушкой
2—5 мин при 75°С.
Поверхность изделия из полиолефинов можно также
обрабатывать пламенем кислородно-ацетиленовой горелки до
появления глянца с последующей промывкой мыльной и
дистиллированной водой и сушкой.
Поверхность изделий из поливинилхлорида очищают три
хлорэтиленом, затем обрабатывают наждачной бумагой, вновь
очищают трихлорэтиленом и протирают чистой мягкой тканью.
Поверхность изделия из жесткого ПВХ рекомендуется также
обрабатывать парами ацетона или других растворителей в
течение нескольких часов при комнатной температуре.
Поверхность полистирольных пластиков обезжиривают ино-
пропиловым или метиловым спиртом, после чего подсушивают
при комнатной температуре и обрабатывают наждачной
бумагой.
Приготовление клея состоит в смешении всех его
компонентов (связующих, отвердителей, разбавителей,
наполнителей, пигментов). Хорошее перемешивание компонентов клея
является одним из условий получения прочного соединения. Для
перемешивания используют различные устройства: мешалки с
лопастями разной формы, расположенными вертикально или
горизонтально, червячные и валковые гомогенизаторы и т. д.
Поскольку при перемешивании в клей попадает воздух,
образующий мелкие пузырьки, снижающие прочность клеевого шва,
то перед нанесением клей вакуумируют. Деаэрация клея может
проводиться в аппаратах одновременно с его перемешиванием.
Способ нанесения клея определяется размерами
склеиваемых поверхностей, масштабами производства, его
оснащенностью, типом клея.
29—81 44 У

Рис. 14.9. Схема валкового устройства для на-
иесения клея с воздушным отсекателем
При мелкосерийном производстве
клей можно наносить кистями и
шпателями, для чего рекомендуется
использовать кисти с тонким жестким
волосом, насаженные на ручку таким
образом, чтобы они могли выдержать частую чистку и
промывку в растворителях. Шпатель применяют для нанесения
высоковязких клеев. Эти шпатели изготавливают из жести, пластиков
или резины. Клеи, поставляемые в тубах, наносят
непосредственно из туб, которые снабжают различными наконечниками.
Можно применять также ручные устройства с валиком,
сконструированные по принципу малярных валиков, шприцы для
жидких клеев и другие устройства.
При крупносерийном производстве применяются клееналив-
ные машины, валково-ракельные и другие валковые устройства,
воздушное и безвоздушное распыление, электростатическое
нанесение и др.
Клеевая машина используется при изготовлении слоистых
изделий. Через щель (фильеру) клей равномерно выливается па
движущийся материал. Валковые устройства применяются для
нанесения клея на бумагу, пленочные и текстильные материалы.
На рис. 14.9 показана схема валкового устройства для
нанесения клея с воздушным отсекателем, регулирующим толщину
слоя.
Монтаж соединения и отверждение клея
следуют непосредственно за нанесением клея. Перед
соединением поверхностей иногда применяют так называемую
открытую выдержку, при которой нанесенный на поверхность клей
частично подсыхает. Далее склеиваемые поверхности
соединяют, используя различные приспособления, создающие давление.
Приспособления фиксируют соединяемые части до тех пор, пока
не произойдет отверждение клея. Давление должно быть
равномерным. Иногда для создания давления применяются
автоклавы, в которых происходит отверждение клея.
Отверждение клея происходит при определенных
температуре и времени выдержки. Для отверждения используются
термостаты, печи, обогреваемые прессы, высокочастотные установки,
автоклавы. Некоторые клеи отверждаются без нагревания.
Склеивание этими клеями является наиболее простым и
экономичным способом, что всегда следует иметь в виду при
разработке новых клеев.
Клеевые пластмассовые конструкции нашли широкое
применение в технике. В химической промышленности эксплуатиру-
450

ют с я трубопроводы из ПВХ и АБС-пластиков, склеенные клеями
на основе сополимеров випилхлорида и стирола и цианакрила!-
ными клеями. Внутреннюю поверхность резервуаров-хранилищ
отделывают приклеенными к ним пленками.
В производстве ЭВМ, кино- и фотоаппаратуры многие
детали соединяют с помощью клея.
Все большее применение находят конструкции из металла
и пластмасс, соединенные клеями, Они используются в
электротехнике и автомобилестроении, приборостроении и в других
отраслях промышленности.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
14.1. Какими методами осуществляется сварка пластмасс?
14.2. Назовите основные параметры контактно-тепловом
сварки пластмасс.
14.3. Какие инструменты применяются при сварке проплав
лепием?
14.4. Расскажите о сварке нагретым гязом.
14.5. Изложите физические основы сварки токами высокой
частоты.
14.6. Какие имеются разновидности сварки ТВЧ?
14.7. В чем состоим физический принцип ультразвуковой
сварки?
14.8. Изложите физико-химические основы соединений
изделий из пластмасс склеиванием.
14.9. Каковы требования к клеям и как производите» выбор
клея для склеивания конкретных изделий?
14.10. Из каких операций состоит технология ск.чепняпня и
каково их назначение?
Г Л А В А 15
НАПЫЛЕНИЕ И МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ПЛАСТМАСС
15.1. НАПЫЛЕНИЕ ПЛАСТМАСС
Напыление ¦- один из способов создания па изделиях полимер
пых покрытий различного назначения: антикоррозийных, элем
р о изол я ц ио н н ы х, декоративных.
Для нанесения покрытий применяются различные полимеры
и олигомеры: поливппилхлорпл, полиэтилен, фторопласты,
поликарбонат, полиуретаны, эпоксидные и алкидпо-мелямнновыо
о л п го меры и др.
29* 45!

Наибольшее применение в промышленности получили
следующие методы напыления пластмасс: напыление в
электрическом поле; напыление в псевдоожиженном слое порошка;
струйное напыление; газопламенное напыление.
Напыление в электрическом поле заключается в том, что
распыляемый через распылительную головку или ручной
пистолет порошок полимера заряжается отрицательно, а изделие
заземляется. Заряжение частиц происходит в результате и.ч
контакта с размещенным в головке металлическим электродом,
соединенным с источником высокого напряжения. Источником
высокого напряжения служат электростатические генераторы
или трансформаторы с выпрямителями, обеспечивающие
напряжение 50—120 кВ и силу тока 100—250 мкА. Используется
также ионный метод зарядки: с источником высокого
напряжения соединяют металлическую сетку, создающую в воздухе
поток ионов; ионы оседают на частицах полимера, сообщая им
заряд.
Процесс напыления осуществляется в камерах с конвейером,
на котором размещаются детали. После нанесения частиц
полимерного материала на детали их помещают в специальную печь
для спекания покрытия.
Метод напыления в электрическом поле позволяет наносить
полимерное покрытие на изделия сложной конфигурации,
а также на тонкостенные изделия, например, из фольги.
Оптимальная толщина покрытия — от 10—20 мкм до 1 мм.
Недостаток способа—трудность получения покрытия в углублениях
из-за уменьшения в этих местах напряженности электрического
поля.
Напыление в псевдоожиженном слое заключается в
следующем. Порошок полимера засыпается в специальную емкость,
где с помощью нагнетаемого через пористое дно воздуха
переводится во взвешенное состояние — образуется псевдоожижеп-
ный слой (вихревой метод). Покрываемую деталь
нагревают на 100—150°С выше температуры плавления полимера
и помещают на несколько секунд в емкость с «кипящим»
порошком. Порошок оседает па поверхности детали, образуя
покрытие толщиной 150—350 мкм. Если перевод порошка во
взвешенное состояние с помощью воздуха затруднен, то
применяют вибрационный или вибровихревой метод
псевдоожижения. При вибрационном методе псевдоожижение
достигается в результате вибрации всей емкости, а при в и б-
р о в и х р е в о м используется комбинация вибрационного и
вихревого методов псевдоожижеипя.
Благодаря простой технологии п несложному оборудованию
напыление в псевдоожижешюм слое нашло широкое
применение'в промышленности. Недостаток метода — трудность
получения равномерного покрытия и невозможность использования
452

Рис. 15.1. Схема электровихревого метода
напыления:
/ - деталь. 2 — коронирующая проволочная сетка:
1 пористое дно. 4 — труба для подачи газа
его для покрытия крупногабаритных
изделий, так как толщина «кипящего»
слоя порошка составляет всего лишь
около 150 мм.
Применяется также
электровихревой метод напыления, представляющий собой
комбинацию напыления в электрическом поле с вихревым
методом напыления (рис. 15.1). Полимерному порошку
сообщается ионный заряд от коронирующей проволочной сетки 4,
покрываемая деталь / заземляется. В этом случае получается
более равномерное покрытие.
При струйном методе напыления порошок наносят на
предварительно нагретое изделие. Для распыления полимерного
порошка используются ручные или пневматические
распылители. Способ отличается простотой, высокой производительностью,
позволяет получать покрытия хорошего качества и применяется
для покрытия тонкостенных конструкций (например, емкостей).
При газопламенном напылении струя воздуха с частицами
полимерного порошка выбрасывается из сопла распылительного
пистолета и проходит сквозь пламя газовой горелки,
смонтированной вместе с пистолетом (рис. 15.2). Под действием тепла
горелки порошок нагревается до температуры размягчения
полимера, а на поверхности детали сплавляется, образуя
сплошной слой толщиной 0,1—3 мм. Струя, выходящая из горелки,
направляется перпендикулярно покрываемой поверхности, таГк
как при этом достигается большая равномерность нанесенного
слоя. Для лучшей адгезии покрытия поверхность изделия перед
напылением прогревают горелкой. Недостаток способа — малая
производительность, неравномерная толщина покрытия,
большие потери порошка, коробление тонких изделий (листов) при
их нагреве, невозможность напыления порошка на изделия
большой толщины из-за трудности их прогрева. Метод удобен
при проведении ремонтных работ, например при заделке
раковин в металле, выравнивании сварных швов и т. д.
По сравнению с лакокрасочными покрытиями напыление
имеет ряд преимуществ: в технологии отсутствуют растворите-
Рне. 15.2. Схема пистолета для
газопламенного напыления:
; изделие: 2 -факел горелки; Л—
корпус пистолета-. 4 — шлаиг для подачи
горючего газа; 5 — инжектор; 6—шланг для
подачи порошка; 7— шланг для подачи i
аоздуха
453

.in, что благоприятно отражается на экономике процесса, па
санитарно-гигиенических условиях и противопожарной технике
производства. При напылении можно использовать более
широкий ассортимент полимеров по сравнению с лакокрасочными
покрытиями и, следовательно, получать покрытия с
разнообразными свойствами. Напыленные покрытия имеют больший срок
службы, чем лакокрасочные. Однако декоративные свойста
лаковых покрытий выше, чем покрытий, полученных
напылением.
15.2. МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ПЛАСТМАСС
.Металлизация пластмасс — технологический процесс нанесения
металлических покрытий на изделия из пластмасс.
Первоначально основным назначением металлизации было придание
чекоративиых свойств изделию, но в дальнейшем этот процесс
стали использовать для придания поверхности пластмассовых
деталей тепло- и электропроводности, большей атмосферо- и
износостойкости, способности отражать электромагнитные волны.
К металлизированным поверхностям деталей можно
припаивать проводники, благодаря чему метод широко используется
и электро- и радиотехнике.
Металлические покрытия наносят на полистирол, АБС-плас-
гики, полиэтилентерефталат, полипропилен, полиамиды, поли-
метилметакрилат и другие полимеры.
Из различных методов металлизации пластмасс в
промышленности наибольшее применение получили:
химико-гальванический метод; с помощью термического испарения металлов в
вакууме; горячее тиснение (применяется при обработке изделий
из реактопластов).
Химико-гальванический метод металлизации. Технологиче
ский процесс химико-гальванической металлизации включает в
себя следующие операции: подготовка поверхности
покрываемых деталей; создание токопроводящего слоя путем
химического восстановления меди или никеля из растворов;
электрохимическое осаждение металла на токопроводящем слое.
Подготовка поверхности заключается в ее очистке,
обезжиривании, травлении, сенсибилизировании и
активировании.
Очистка — удаление с поверхности изделий грязи, пыли,
различных посторонних веществ.
Обезжиривание производится для удаления с покрываемой
поверхности жиров и масел, снижающих ее смачиваемость.
Наиболее часто обезжиривание достигается обработкой
поверхности органическими растворителями (ацетоном, бензином
и др.) или щелочными растворами, в состав которых входят
различные поверх пост но-активные вещества.
1Г.+

Травление — химический процесс, протекающий на
поверхности пластмассы и сопровождающийся изменением ее
структуры и физико-химических свойств: увеличивается концентрация
полярных групп, проявляются микроуглубления и микропоры
размером до нескольких микрометров. Травление
осуществляется погружением изделия в травильный раствор на
определенное время.
В состав травильных растворов обычно входят соединения
хрома и серная кислота. Например, может быть использован
травильный раствор состава (в расчете на 1 л): К2СГ2О7—47 г,
H2SO4 — 825 г и вода. Изделия погружают в него на 3—45 мин
при температуре 60—80°С. Применяется также раствор состава
(в %): СгОз — 28, H2SO4 —25, Н2О — 47. Травление изделий
в этом растворе при 57—63 °С занимает 5—20 мин.
После травления изделия промывают водой, затем раствором
аммиака и снова водой.
Сенсибилизирование — вспомогательная операция при
активации поверхности, состоящая в обработке поверхности изделия
раствором сенсибилизатора. В качестве сенсибилизаторов
применяются кислые и щелочные растворы солей двухвалентного
олова. Например, кислые растворы содержат SnCl2H2O
A0—100 г/л) и НС1 A0—50 мл/л). Щелочные растворы
содержат SnCl2-H2O A00 г/л), NaOH A50 г/л) и тартрат калия
A75 г/л). Могут применяться и спиртовые растворы SnCl2.
Механизм сенсибилизирования заключается в осаждении на
поверхности пластмассы в результате гидролиза солей
двухвалентного олова, благодаря которому происходит восстановление
ионов металла при последующей металлизации. Чем больше
количество оставшегося на поверхности двухвалентного олова,
тем равномернее и качественнее металлическое покрытие.
Активирование — следующая операция подготовки
поверхности— заключается в обработке сенсибилизированной
поверхности растворами соединений каталитически активных металлов:
палладия, платины, серебра, золота и др. Например, по одному
из способов активирование ведется обработкой поверхности
изделия водным раствором, содержащим PdCl2 @,2—0,5 г/л) и
НС1 A—3 мл/л). Сущность процесса активирования состоит в
том, что вследствие реакции с осажденным на поверхности
восстановителем на ней оседает каталитически активный металл
в виде коллоидных частиц или малорастворимых соединений.
Эти частицы служат каталитическими центрами, на которых
начинается восстановление химически осажденного металла.
Наряду с водными растворами применяются спиртовые
растворы, активирование которыми позволяет значительно увеличить
адгезию металлического покрытия к пластмассе.
Сенсибилизированную и активированную поверхность
рекомендуется высушить.
455,

Наиболее распространенный способ нанесения токо-
проводящего слоя — это химическое меднение.
Существуют два способа химического меднения: погружение
покрываемой поверхности в раствор; из аэрозолей.
Рассмотрим технологию меднения погружением изделия в
раствор. В состав раствора входят слои двухвалентной меди
(обычно сульфат меди), тартрат калия (или натрия), щелочь,
формалин. Иногда в состав раствора входит еще и соль никеля.
Например, может быть использован раствор состава (г/л):
CuSO4-5H2O — 5, KNaC4H4O6 —25, NaOH —7, формалин
D0%) — Ю; рН такого раствора 12,8. Химизм процесса
основан на восстановлений формальдегидом ионов Си2+ до
металлической меди. Процесс автокаталитический: осажденная медь
ускоряет процесс восстановления ионов меди.
Основное преимущество химического меднения — это
большая пластичность получаемого медного покрытия. Пластичный
слой меди дает возможность металлизированным изделиям
легче переносить резкие колебания температур. Кроме того,
на медь легче наносить гальванические покрытия.
После нанесения токопроводящего слоя на детали наносят
гальванические покрытия.
Метод термического испарения металлов в вакууме.
Технология металлизации методом термического испарения металла
включает следующие операции: нанесение лакового подслоя;
металлизация в вакууме; нанесение защитного лакового
покрытия.
Лаковый подслой выравнивает изъяны поверхности и
повышает адгезию к металлу. Металлизацию проводят в вакуумной
камере, где создается очень глубокий вакуум A,33—133 мПа).
Для термического испарения используется алюминий высокой
чистоты, испарителем служит спираль из вольфрамовой
проволоки.
Получаемый слой металла покрывают защитным лаком,
часто окрашенным. Например, для имитации золота
алюминиевое покрытие окрашивают желтым лаком. Достоинства
метода— возможность нанесения широкого спектра металлов и
простота металлизации несложных по конфигурации изделий.
Недостаток— трудность создания покрытий толщиной более
2 мкм.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
15.1. Объясните принцип нанесения полимерных покрытий
па изделия напылением.
15.2. Какие методы напыления наиболее распространены в
промышленности и в чем они заключаются?
456

15.3. Каковы достоинства и недостатки напыления в
электрическом поле, в псевдоожиженном слое и газопламенным
методом?
15.4. Какими методами наносят металлические покрытия на
полимерные материалы?
15.5. Из каких операций состоит химико-гальванический
метод металлизации пластмасс и каково их назначение?
15.6. Объясните химизм образования токопроводящего слоя
химическим меднением.
ГЛАВА 16
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
16.1. РАСХОДНЫЕ НОРМЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ •
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Норма расхода — это максимально допустимое плановое
количество сырья и материалов на производство единицы продукции
установленного качества в соответствии с уровнем развития
техники, технологии и организации производства.
Типовая структура нормы расхода пластических масс в
основном производстве продукции из них имеет следующий вид:
Нр ,
/1\
тп тто ттп
где т0— чистая масса готовой продукции из пластмассы (без арматуры);
шт„ — масса технологических отходов; ттп — масса технологических потерь.
Технологические отходы представляют собой остатки
исходного сырья (смолы, пластмассы), некондиционные изделия,
литники, грат и т. д., образовавшиеся в процессе производства
продукции и частично или полностью утратившие свое качество.
Технологические отходы производства делятся на
используемые и неиспользуемые. В свою очередь, используемые
технологические отходы производства делятся на возвратные
отходы и используемое вторичное сырье. Возвратными
отходами являются остатки пластических масс, используемые после
предварительной подготовки или без нее в том же
технологическом процессе для изготовления той же продукции, при
производстве которой образовались (литники, отходы при выходе
па режим и т. п.). При этом под продукцией может пониматься
как конкретный вид деталей, так и совокупность продуктов,
полученных определенными методами формования (литьевые,
выдувные изделия, пленки, трубы, листы и т. д.).
457

Используемым вторичным сырьем называются остатки
пластических масс, используемые после предварительной подготовки
или без нее в другом технологическом процессе, при
изготовлении другой продукции, вследствие невозможности их
использования в тех производствах, где они образовались.
Технологические потери, или неиспользуемые
технологические отходы производства, — это остатки пластических масс,
образовавшиеся в технологическом процессе (облой, грат,
образующийся на изделиях из реактопластов; слитки,
образующиеся при переходе с одного материала на другой и т. д.),
которые не могут быть полезно использованы.
В зависимости от способа переработки и от вида готовой
продукции норма расхода сырья может быть выражена в
граммах на одну штуку, килограммах на тысячу штук изделий
(литье под давлением, горячее прессование, выдувное
формование); в килограммах на один погонный метр или на тысячу
погонных метров, в килограммах на одну тонну (экструзия
листов, труб); в килограммах на один квадратный метр или на
тыс. квадратных метров (экструзия пленок) и т. д.
Норма расхода сырья на производство единицы продукции
из пластмасс рассчитывается по следующей формуле:
Нр=КРт0, A6.1)
; Кр—нормативный расходны
одукции без учета арматуры.
Нормативный расходный коэффициент Кр равен
где Ир — норма расхода сырья; Кр—нормативный расходный коэффициент:
т0 — масса единицы готовой продукции без учета арматуры.
КР=1~2]К,«, A6.2)
где Kin — нормативные составляющие расходного коэффициента по стадиям
технологического процесса; п — количество стадий технологического процесса.
Нормативные коэффициенты и их структурные составляющие
определяются в безразмерных величинах.
В производствах переработки пластмасс основными
показателями использования сырья и материалов являются расходный
коэффициент
Kv = Hvlm0 A6.3)
и коэффициент использования материала — величина, обратная
расходному коэффициенту:
Kn = mJHv. A6.4)
Полное использование технологических отходов
производства, снижение потерь и доведение неиспользуемых отходов до
458

минимального значения отражают уровень использования сырья
и материалов в промышленности переработки полимерных
материалов.
16.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДНЫХ НОРМ В ПРОИЗВОДСТВЕ
ИЗДЕЛИЙ ЛИТЬЕМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ПРЕССОВАНИЕМ
16.2.1. Группы сложности изделий
Одним из факторов, влияющих на величину расходного
коэффициента, является сложность изделий, определяющая
сложность конструкции оснастки, что в конечном итоге влияет на
изменение расхода сырья при изготовлении изделий одинаковой
массы, но различных по сложности конструктивного
исполнения.
Изделия относят к определенной группе сложности по
следующим признакам: по наличию конструктивных элементов,
усложняющих свободное извлечение изделия из формы, так
называемых «поднутрений» (боковых отверстий, боковых
пазов, выемок и т. п.), а также по наличию резьбы и арматуры;
пи элементам, создающим развитую поверхность изделия
(сквозным отверстиям, окнам любых диаметров и размеров,
отверстиям глубиной не менее их диаметра, выемкам и
впадинам глубиной не менее их ширины, ребрам, штырям и другим
выступам высотой не менее их толщины).
Классификация изделий по группам сложности приведена
в табл. 16.1.
Деталь можно относить к данной группе сложности, ест
она имеет хотя бы один из ее признаков.
Пример. Деталь без арматуры, резьбы п поднутрений имеет три r.iy.\n\
и пять сквозных отверстий, шесть выступающих штырей. Количество всех
элементов, характеризуют»?! развитость поверхности, равняется 1-1. По
классификационному признаку деталь относится ко 2-й группе сложности.
16.2.2. Нормы расхода при производстве изделий
литьем под давлением
Норма расхода на производство единицы продукции составляем
Нормативный расходный коэффициент равен
A.'i,= 1 -т (Д',„,- - Кти., -г ЛТ1„,-+- Л ,.,,„).
тле А'гнг - нормативный коэффициент технологических исиерь при с\шке ма
терпала: Кп,.* — нормативный коэффициент течноЛогическнх noicph при
переработке материала, характеризующий выделение лет \ чих прол\кти ь
процессе литья; А,'™,. нормативный коэффициент илнолитнчеекцх потерь при
переработке отходои; Дтоц -— нормативный коэффициент пенено.1ыуемы\ ie\
нч.тогичеекмх отходон (при переходе с одного материала на другой п с у,а
lepiia.ia одного цвета на материал другого цвета I.
4Г,!)

Таблица 16.1. Группы сложности изделий из пластмасс
Группа
сложности
Характеристика изделия
Изделия без арматуры, резьбы и элементов, препятствующих
свободному съему с формы, с неразвитой нли малоразвитой
поверхностью (число элементов развитости не более четырех)
Изделия без арматуры, резьбы н поднутрений с развитой
поверхностью (число элементов развитости свыше четырех)
Изделия с любой развитостью поверхности, имеющие:
а) от одной до четырех резьбовых нарезок одного диаметра
с шагом 1 мм и более иа внутренней или внешней
поверхности1;
б) один или несколько видов арматуры (при общем числе
элементов арматуры не более четырех):
в) одно илн несколько поднутрений иа наружной поверхности,
оформляемых разъемными полуматрнцами;
Изделия с любой развитостью поверхности, имеюшие:
а) от дву.ч до четырех резьбовых нарезок различного
диаметра или вида с шагом 1 мм н более;
б) комбинацию одной резьбы и одной арматуры нли одну
резьбовую арматуру;
в) один или несколько видов арматуры (в количестве от
четырех до десяти элементов)
Изделия с любой развитостью поверхности, имеющие:
а) один или несколько видов арматуры (в количестве более
10 элементов);
б) комбинацию нескольких видов арматуры и нескольких
размеров резьб;
в) одни вид арматуры (в количестве до четырех элементов)
в комбинации с поднутрениями по наружному контуру
изделия или арматурой иа боковой поверхности изделия (как
поднутрения);
г) комбинацию резьбы с поднутрениями;
д) резьбу с шагом менее 1 мм илн свыше четырех резьбовых
нарезок различного вида или диаметра;
Изделия с любой развитостью поверхности, имеющие:
а) комбинацию резьбы, арматуры (в том числе резьбовой и
поднутрений с любым количеством этих элементов;
б) боковую резьбовую арматуру.
Значения предельно допустимых нормативных
коэффициентов для различных пластмасс с учетом группы изделий по
массе, группы сложности (при литье под давлением, прессовании,
производстве выдувных изделий), с учетом вида и
номенклатуры профиля (при экструзии) и т. д. разработаны
научно-производственным объединением «Пластик».
Пример. Определить Я,, и К« при изготовлении изделия из полистирол;)
массой 20 г; изделие относится к 4-й группе сложности.
По таблице нормативных коэффициентов находим: Дтпс = 0,0024; /AИ.,=
= 0,0024; Л'тпп = 0,003; /(„„ = 0,029. Тогда
Яр = 1 -г 0,002-4 + 0,0024 + 0,003 + 0,029 = 1,036;
Нр =1,036-20 = 20,72 г/шт.; /(„ = 20/20,72 = 0,99.

16.2.3. Нормы расхода при производстве изделий
методом прессования
Нормативные расходные коэффициенты при производстве
изделий методом прессования и их структурные составляющие
представляют собой безразмерные величины, рассчитанные с учетом
навески (количества материала, закладываемого в
пресс-форму) и дифференцированные по сложности изделий и по группам
изделий по массе.
При прямом прессовании
\ + Ktu:i + /(тпм+ Ктон,
где КТпп—нормативный коэффициент технологических потерь при подготов
ке материала к переработке (при таблетировании. жгутироваиии и т. Д.);
Л'тп.1 — нормативный коэффициент технологических потерь при переработке
материала, характеризующий выделение летучих продуктов в процессе
прессования (включая подогрев ТВЧ); Л'тпм — нормативный коэффициент
технологических потерь при механической обработке готовых изделий; /(тон —
нормативный коэффициент неиспользуемых технологических отходов (при
пыходе на режим, перестановке пресс-форм, п виде облоя. грата и т. д.).
При литьевом прессовании в расчетную формулу A6.1)
вводится поправочный коэффициент:
Нр = КРКиш0, A6.5)
где Кп — поправочный коэффициент для расчета нормативного расходной!
коэффициента при литьевом прессовании.
Ниже приведены значения поправочного коэффициента Ка
в зависимости от значений ш0:
то, г ДоО,5— 1—2 2—3 3—4 4—55—10 10—30 30—50 50—100 100—1000Свыше
0,5 1 1000
К„ 1,15 1,13 1,101,091,085 1,081,065 1,05 1,045 1,04 1,035 1,03
Пример. Определить Яр и Кп "ри изготовлении изделия массой 50 г из
новолачного порошкообразного фенопласта прямым прессованием. Изделие
ч)тносится к пятой группе сложности.
По таблице нормативных коэффициентов находим: Ктпп = 0,028; Ктпл —
= 0,019; /(„,„ = 0,015; /(ТОН = 0,043. Тогда
/СР= 1+0,028 + 0.019 + 0,015 + 0.043= 1,105;
//р= 1,105-50 = 55,25 г/шт.
Для изделия массой 50 г находим: /Си = 1,045, тогда
Яр=55,25-1,045 = 57,7 г/шт.
Для материалов, на которые не разработаны нормативные
расходные коэффициенты, нормы их расхода на производство
изделий устанавливаются на основе отраслевых нормативных
потерь, а при их отсутствии — на основе материальных балансов.
461

16.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДНЫХ НОРМ В ЭКСТРУЗИОННОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Определение норм расхода сырья при экструзии можно
рассмотреть на примере производства пленок из гранулированного
полиэтилена и изделий из них. В таблицах нормирования
расхода сырья приводятся не только расходные коэффициенты и их
составляющие, но и нормы расхода сырья в килограммах на
одну тыс. м2 пленки в зависимости от ее толщины. При
определении фактического расхода полиэтилена необходимо
производить пересчет с площади пленки на ее массу, исходя из
фактической массы одного квадратного метра пленки.
Определение нормы расхода при проведении последующих операций
с целью получения различных изделий (пакетов, мешков
и т. п.) проводится с учетом массы изделия и соответствующих
нормативных коэффициентов.
Пример. Определить нормы расхода полиэтилена на производство
мешка размером 1000X500 мм (толщина пленки 0,23 мм), получаемого
полуавтоматической сваркой с нанесением рисунка на полуавтомате.
Определяем массу мешка, исходя из плотности полиэтилена, равной
0,92 г/см3 (920 кг/м3):'
та-=1.0-0,5- 0,23 ¦ 10-3 • 920 ¦ 2 = 0,212 кг.
Находим расчетный расходный коэффициент К,,:
где К,) — расходный коэффициент при производстве пленки;
Km—расходный коэффициент при сварке; К,,,-, — расходный коэффициент при
печатании рисунка.
По таблицам, упомянутым выше, определяем нормативные расходные
коэффициенты: /С,,"-"'= 1,008: Л'гв = 0.007; Л'„,., = 0.015. Тогда
К„ = 1.008 + 0,007 + 0.015=1,03.
и норма расхода полиэтилена составит
Нр = К],шо= 1.03 0,212 = 0,218 кг/шт.
Нормы расхода при производстве листов, труб и других
профилей из гранулированных материалов рассчитываются в
соответствии с рассмотренной методикой с учетом особенностей
каждого профиля п соответствующих нормативных
коэффициентов.
При производстве профилей из композиционных материалов
при отсутствии значений нормативных коэффициентов по видам
сырья нормы расхода рассчитываются, исходя из рецептуры с
учетом потерь по стадиям технологического процесса пли
суммарных потерь.
Пример. Рассчитать нормы расходу сырья в производств пленки па
ослопе поливнннлхлорндной композиции, получаемой по следующей рецептуре
(и масс, ч.): ПВХ—100. ДОФ — 50. стсарат кальция — 5, основной карбонат
i-иипна — 5. Потери материалов составляют 1%.
¦41J

Нормы расхода определяются по каждому виду применяемого сырья без
учета потерь (#РТ) и с учетом потерь (Яр*):
//ткомп = ткомп/Sm,
где #ткомп — теоретическая норма расхода компонента, кг/т; тк-омп —
массовая часть компонента по рецептуре; 2/н— сумма массовых частей
компонентов рецептуры;
100
д/Ф _ нт
11 комп " комп ]Qo YI '
где Я*комп — фактическая норма расхода компонента, кг/т; II— потери, %.
Теоретические расходные нормы:
100 50
#ТПВХ = — • Ю00 = 625 кг/т; ЯТДОФ - —• 1000 = 312,5 кг/т;
1оО 1OU
#тст кальц =— -ЮОО = 31,25.кг/т;
1Ы)
#тосн карб ев = Т^- ЮОО = 31,25 КГ/Т.
Фактические расходные нормы:
100 100
ЯФПвх = 625 1оо_1 = 632 кг/т; ЯФДОФ = 312,5 -^—- = 316 кг/т;
100
ЯФСТ кальц. =31,25 ——— = 31,6 кг/т;
1UU — 1
100
ЯФОсн. карб. св. = 31,25 1(Ю_1 = 31,6 кг/т.
Для других профилей (листов, труб и т. д.) в соответствии
с рецептурами и значениями потерь расчет норм расхода
проводится аналогично.
16.4. РАСЧЕТЫ ПО ВЫБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ
И ЕГО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ
46.4.1. Выбор литьевой машины
Выбор модели литьевой машины для производства заданного
вида изделий осуществляется по расчетному объему впрыска
и усилию смыкания формы.
Объем впрыска рассчитывается по формуле
где Vp — расчетный объем впрыска, см3; g—масса отливки, г; g =
К — коэффициент, учитывающий утечку материала (К= 1,25-^-1,3); р —
плотность материала в изделии, г/см3; т0 — масса изделия, г; п — число гнезд в
литьевой форме; тл — масса литников, г.
463

Усилие смыкания формы Рс.м (кН) определяется по
формуле E.1):
По значениям Vv и />см по табл. 5.1 или 5.2 выбирается
необходимая модель литьевой машины и определяется
коэффициент использования литьевой машины по мощности Кпм-
где V — объем впрыска выбранной модели литьевой машины по стандарту,
см3.
Оптимальный вариант использования мощности машины
имеет место при VV=V.
Практически /С„М"О. так как кроме объема впрыска и
усилия смыкания при выборе литьевой машины необходимо
учитывать конструктивные особенности изделия, отношение толщины
изделия к его длине и т. д.
Фактическая производительность литьевой машины
определяется по формуле E.5).
16.4.2. Выбор гидравлического пресса
Выбор гидравлического пресса для прессования конкретного
изделия осуществляется по необходимому эффективному
усилию прессования:
где Яаф — необходимое эффективное усилие пресса, кН; рух — удельное
давление прессования. кПа; оИад — площадь проекции изделия на плоскость
разъема формы, м2; п — число гнезд в пресс-форме.
По значению необходимого эффективного усилия
прессования по табл. 10.4 выбирается гидравлический пресс с
номинальной мощностью выше, чем Р#у.
Необходимо соблюдение следующего условия:
где К—коэффициент, учитывающий потери усилия прессования.
Затем определяется коэффициент использования
гидропресса по мощности Кця:
где Яном — номинальная мощность выбранного гидропресса по стандарту, кН.
Важными технико-экономическими показателями являются
также часовая производительность гидропресса и прессосъем:
G,,=3,6 inon/tu,
где G4—часовая производительность гидропресса, кг/ч; то — масса изделия,
464

г; п—число гнезд в пресс-форме; /„ — продолжительность цикла
прессования, с;
"Ч.}"Д= V4/r пом,
где С,.»л — прессосъем в кг/ч с одного кН номинального прессующего уеи-
/ кг/ч N
16.5. ЗАДАЧИ
16.5.1. Определить норму расхода полиэтиленовой пленки толщиной 0,23 мм
для изготовления мешков размером 970x620 мм с нанесением на них
печати. Партия включает 1000 шт. изделий; /Сс„ = 0,009; /С„еч = 0.015.
16.5.2. Рассчитать норму расхода по всем видам сырья в производстве
поливочных шлангов на основе поливинилхлоридной композиции, получаемой
по рецептуре (в масс, ч.); ПВХ— 100, пластификатор — 50, стеарат
кальция— 3, силикат свинца — 2; общие потери составляют 2%.
16.5.3. Рассчитать расход сырья на производство листов из АБС-пласти-
ка. если производительность участка равна 1,5 т/ч; общие потери составляют
2,3%.
16.5.4. Рассчитать расход полиамидного сырья на выпуск партии
литьевых изделий 4-й группы сложности массой 25 г в количестве 10000 шт. (см.
табл. 16.2).
16.5.5. Рассчитать норму расхода полиамидного сырья на тыс. шт.
изделий 5-й группы сложности массой 35 г. Определить потери сырья в
килограммах на каждой стадии технологического процесса (см. табл. 16.2).
16.5.6. Рассчитать норму расхода новолачного пресс-порошка иа
производство 1000 шт. изделий 3-й группы сложности массой 60 г; изделия
получают прямым прессованием (см. табл. 16.3).
Таблица 16.2. Нормативные коэффициенты потерь при литье
под давлением полиамидов
Масса
изделия, г
10—30*
30—50**
I е.кнолпгические потери
сушка К111С
0,0082
0,0080
удаление
летучих ктпп
0,0035
0,0034
подготовка
отходов К1 !Ш
0,0036
0,0026
Неиспользуемое
отходы К1ОИ
0,035
0,034
• Изделия 4-й группы сложности.
** Изделия о-й группы сложности.
Таблица 16.3. Нормативные коэффициенты потерь при прессовании
изделий из новолачных пресс-порошков
Масса
изделия, г
50—100*
100—1000**
Технологические потерн
подготовка
материала КТП„
0,027
0,027
v^aлен не
летучих А'ТТ11
0,017
0,017
мех.
обработка А'тпч
0,013
0,014
Неиспользуемые
отходы К1ОИ
0,028
0,027
* Изделия 3-й группы сложности.
*" Изделия 4-fbгруппы сложности.
30—81
465

Таблица 16.4. Исходные данные для решения задач 16.5.8 и 16.5.9
Покааатели
Масса отливки, г
Масса изделия, г
Средняя толщина отливки,
мм
Число гнезд в форме
Форма проекции изделия:
круг диаметром О, мм
прямоугольник со
сторонами aXb, мм
Термопласты
полиэтилен
плотности
88.0
10,0
2,0
8
25,0
—
полистирол
блочный
103,5
15,0
1,5
6
30,0
—
132,0
20,0
3,0
6
—
50x25

полиформальдегид
126,0
30
2,0
4
50,0
—
полнви-
нилхлорид
60,0
25,0
1,5
2
—
60X50
16.5.7. Рассчитать норму расхода новолачного пресс-порошка на
производство 1000 шт. изделий 4-й группы сложности массой 100 г; изделия
получают литьевым прессованием (см. табл. 16.3).
16.5.8. Выполнить расчеты и выбрать необходимую модель литьевой
машины для переработки различных термопластов (пять вариантов). Исходные
данные приведены в табл. 16.4.
16.5.9. Определить длительность охлаждения изделий в форме и
длительность цикла литья по данным табл. 16.4. Параметры литья выбрать по
табл. 5.5.
16.5.10. Определить часовую производительность литьевой машины, если
масса отливки — 88 г, время охлаждения изделия в форме — 35 с.
16.5.11. Выполнить расчеты и выбрать необходимую модель
гидравлического пресса при прессовании изделий из различных реактопластов (четыре
варианта). Исходные данные приведены в табл. 16.5.
16.5.12. Определить время цикла прессования изделия из пресс-порошка
марки 03-010-02; максимальная толщина изделия 10 мм; время каждой
вспомогательной операции принять равным 5 с.
16.5.13. Определить производительность пресса, если масса прессуемого
изделия 25 г, число гнезд в пресс-форме—6, время цикла прессования —
65 с.
Таблица 16.5. Исходные данные для решения задачи
Показатели
Число гнезд в
пресс-форме
Форма проекции
изделия:
круг диаметром D,
мм
прямоугольник со
сторонами aXb, мм
16.5.11
Реактонласты
03-010-02
6
35
—
Сп2-342-02
8
40
—
УI-301-0Г
2
—
80 ;50
А-2
6
50
—
¦466

16 5 М Определить эффективное усилие гидравлического пресса
верхнего данления, если диаметр плунжера (пли поршня) — 160 мм, давление
рабочей жидкости — 32 MI la.
16.5.15. Определить производительность агрегатной линии, выпускающей
пипипластовые листы. Исходные данные: линейная скорость отнода листа ¦
0,6 м/.чин; ширина листа— 1,2 м; толщина листа — 0,005 м, плотность
материала — 1350 кг/м3.
ГЛАВА 17
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ
ПЛАСТМАСС
17.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В СССР существуем к действует система законодательных
актов и соответствующих им социально-экономических
программ, обеспечивающих безопасность груда, сохранение
здоровья и работоспособность человека.
Безопасность труда — это сочетание безопасной техники,
условий проведения технологических и производственных
процессов, системы мероприятий по охране труда. В настоящее
время разработана и действует система стандартов
безопасности труда (ССБТ).
Для создания безопасных условий труда и соблюдения норм
промышленной санитарии необходимо выполнение
определенных требований, заложенных в нормативных документах.
Требования к размещению оборудования. Производство
изделий из пластмасс рекомендуется размещать в отдельных
одноэтажных корпусах. Оборудование, при работе которого
выделяется избыточная теплота (прессы, литьевые машины,
экструдеры и т. д.), обычно устанавливают около наружных
продольных стен с окопными проемами для обеспечения
естественной вентиляции н теплое время года. Фронт машин должен
располагаться перпендикулярно оконным проемам во избежание
попадания па работающих вредных выделений.
Размещение машин, аппаратов, транспортных средств и дру
того производственного оборудования должно обеспечивать
удобные и безопасные условия обслуживания и ремонта.
Основные проходы по общему фронту обслуживания
аппаратов и оборудования должны быть не менее 1,5 м; рабочие
проходы между машинами и стенами помещений при
необходимости кругового обслуживания должны быть не менее 1 м при
работе с пожароопасными веществами и не менее 0,8 м при
использовании обычных веществ.
,!(!' 407

Расстояние между прессами с оборудованием для них
должно составлять не менее 1,2 м, между осями агрегатов для
трубных линий — не менее 3,5 м, между осями экструдеров,
расположенных в одном ряду, при диаметре червяка 32, 45, 63 мм —
соответственно не менее 2, 3,5 и 5 м. Расстояние между стенкой
помещения и задней стенкой экструдера для машин с червяком
диаметром до 45 мм должно составлять не менее 2 м и
диаметром более 45 мм — не менее 2,5 м.
Маршрут (путь) движения внутрицехового транспорта
(транспортеров, тележек, автокар и т. д.) необходимо
обозначать ограничительными линиями, их скорость движения не
должна превышать 5 км/ч.
Планировка цеха и расположение оборудования должны
обеспечивать проведение технологического процесса без
возвратных и пересекающихся грузопотоков.
Требования к вентиляции, отоплению и освещению.
Метеорологические условия (температура воздуха, его влажность и
скорость движения) в цехах по переработке пластмасс
экструзией, литьем под давлением, таблетированием и механической
обработкой изделий должны соответствовать требованиям,
предъявляемым к помещениям, в которых выделяется
незначительное избыточное тепло (84 кДж/м3-ч и менее), а в це.хах
прессования — требованиям, предъявляемым к помещениям,
в которых выделяется значительное избыточное тепло (более
84 кДж/м3-ч). Для поддержания нормальных
метеорологических условий в цехах предусматривается вентиляция как
общеобменная вытяжная, так и местная для удаления вредных
веществ, выделяемых при переработке пластмасс. В
современных цехах местные отсосы, удаляющие особо вредные вещества
A-го и 2-го классов опасности), блокируют с технологическим
оборудованием таким образом, чтобы оно не могло работать при
бездействии местной вытяжной вентиляции.
Восполнение объема воздуха, удаляемого системами вытяж-
ной вентиляции, осуществляется принудительной приточной
вентиляцией с подачей воздуха в рабочую зону.
Отопление в производственных помещениях, как правило,
делают воздушным, совмещая с приточной вентиляцией.
Освещение предусматривается естественное и искусственное.
Естественное освещение делают боковым, верхним и
комбинированным через окна и световые фонари. Искусственное
освещение делают общим и комбинированным. Кроме рабочего
освещения, должно быть аварийное освещение для безопасного
продолжения работы или для эвакуации людей при
выключении основного рабочего освещения. Оно имеет независимый
источник питания.
Для освещения оборудования во время ремонта используют
низковольтные переносные светильники на 12 и 36 В.
468

Требования к электро-, взрыво- и пожаробезопасное™.
Все оборудование в цехах по переработке пластмасс должно
иметь защитное заземление, зануление; должны быть
предусмотрены защитное отключение, использование разделяющих
трансформаторов, применение надежной изоляции и
механических ограждений, блокировочные и сигнальные устройства,
защитные средства; там, где возможно, оборудование должно
работать под невысоким напряжением.
Взрыво- и пожароопасность на предприятиях по переработке
пластмасс связана в первую очередь с высокой запыленностью
производственных помещений и вредными выделениями.
Поэтому электрооборудование должно быть установлено во взрыво-
безопасном исполнении.
Требования к безопасности основных элементов
оборудования. Согласно общим требованиям безопасности,
предъявляемым к основным элементам конструкций, во избежание
механических травм в процессе эксплуатации и при
транспортировании кромки станин и наружных выступающих частей
оборудования должны иметь радиус закругления не менее
10 мм для крупногабаритных деталей и 3 мм — для других
выступающих частей.
Конструкция оборудования должна обеспечивать удобство
и безопасность его обслуживания и ремонта, монтажа и
демонтажа узлов, механизмов и технологической оснастки.
Расположение различных устройств (трубопроводы, шланги и т. д.)
не должно затруднять обслуживание и управление
оборудованием.
Оборудование по переработке пластмасс должно иметь
устройства, исключающие перемещение его подвижных рабочих
органов за пределы установленных границ, а также внезапные
его перегрузки (повышение давления в системах
энергоносителей, силы электротока, выход других контролируемых
параметров за установленные пределы) и связанные с этим
аварийные ситуации.
Оборудование должно быть снабжено защитными
устройствами, выполненными для конкретных вариантов и условий
работы. Например, управление двумя руками, подвижные и
неподвижные ограждения и т. д. Необходимо, чтобы конструкции
утих устройств были просты в изготовлении, надежны в работе
и доступны для осмотров и ремонта.
Узлы и механизмы, подлежащие частой смазке и
расположенные в труднодоступных местах, должны обеспечиваться
системой централизованной смазки. Поступление масла в места
смазки должно контролироваться автоматически или
оператором. Утечка масла из соединений маслопроводов и емкостей
должна быть исключена.
469

Бункеры машин, па которых перерабатываются
порошкообразные продукты или грапу.тят с плохой сыпучестью, должны
снабжаться специальными приспособлениями (ворошители,
вибраторы и т. д.). iiciviio-iiii'niu \щ hi).;mi)Жiiiч- 1 ь зависания мате
риала. Бункер должен н\ч-п, с.моцювое окно д.тя контроля за
уровнем его заполнения ;; ьрышк;1 во избежание несчастных
случаев. Загрузка 6v икс [;а должна по возможности осущест-
вляться ппевмигрант пор: ом.
Работающий допускаекя к работе па оборудовании только
после прохождении ннсгрум d/ка, знакомящего его с
устройством оборудования, принципами работы па нем, правилами
безопасной эксплуатации и получения удостоверения на право
самостоятельной работы. Работающий песет полную
ответственность зу соблюдение норм и правил техники безопасности.
17.2. ХАРАКТЕР ТРАВМАТИЗМА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС
В зависимости от специфики выполняемых работ причинами
возникновения несчастных случаев могут быть взрывы, пожары,
электрический ток, механические повреждения я г. п.
В процессе переработки и гранспорптровакпя по
трубопроводам порошкообразных полимеров, например полиэтилена,
полипропилена, пол:::-: '>;>лла, поливнпиляцегата.
полиформальдегида, поливинилового LiiKpra, образуются взрывоопасные
нылевоздушпые смеси. Источниками воспламенения пылевоз-
душпых смесей горючих полимеров могут быть искры от
электрооборудования, :.л; ;;етые пояерхиосгл, открытое пламя, искры
от трения, удара, разряды статического электричества, само-
нозгорание, тление, искри uv ламь-клапя и размыкания
электрических цепей и т. д.
Потенциальная опасность взрывов, пожаров и отравлений
имеется также при переработке пылевидных и твердых горючих
полимеров при напылении, сварке и склеивании.
Поэтому рекомендуют транспортировать порошкообразные
горючие материалы по трубопроводам в атмосфере азота или
с применением различных пей) рализаторов, а трубопроводы
заземлять, так как полимеры склонны к электризации. Кроме
того, электризация способствует/ увеличению скорости
химической деструкции, при иотпроп возможно выделение токсичных
продуктов.
Длительное воздействие на органы дыхания пылей
различных полимерных м;ме1)ии,и;н может вызывать функциональные
изменения нервной спс!емы. поражение бронхов, фиброз легких,
•;ропическш! бронхи i i-.jn inicHM;>iMi]-j, болезни печени, почек.
При нагревании полимерных материалов в воздух в!>|де,тя-
ются про/u к ты т ермоокпе.тн le/ibnoii деструкции, обладающие
170

Рис. 17.1. Опасные зоны оборудования:
(|. G в механизмах передачи движения, в,
{I опасная .нона)
:—при работе прессов и валковых машин
токсическими свойствами, которые могут приводить к острым
и хроническим отравлениям, раздражению слизистых оболочек
верхних дыхательных путей и глаз, а также к нарушению
функций центральной нервной системы, поражению кожи.
Содержание вредных веществ в воздухе производственных
помещений не должно превышать предельно допустимые
концентрации (ПДК), установленные Санитарными нормами
проектирования промышленных предприятий.
Потенциальными причинами несчастных случаев могут быть
также конструктивные недостатки оборудования, защитных и
предохранительных устройств, несовершенство технологического
процесса, неисправность оборудования, неправильная
организация и оснащение рабочих мест, неиспользование
индивидуальных защитных средств, нарушение технологической дисциплины
и т. д.
Потенциальные опасности травматизма связаны также с
работой быстродвижущихся частей машин и механизмов
(рис. 17.1). Из рисунка видно, что опасной зоной являются
места набегания ремня па шкив, зубчатая передача, пресс
(между пуансоном и матрицей), зазоры валков и каландров.
При быстром вращении происходит подсасывание воздуха,
который может увлечь полы одежды, распущенные волосы.
Открытые токоведущие части установок, находящиеся под
напряжением выше 36 В, также представляют большую
опасность. Поэтому при конструировании оборудования необходимо
выбрать наиболее совершенные средства защиты работающих
от вредных и опасных воздействий. К числу защитных устройств
относят ограждения, экраны, блокировочные и тормозные
устройства и другие.
Защитные ограждения представляют собой специальные
приспособления, препятствующие проходу человека в опасную
.чону. Экраны предотвращают попадание опасных предметов или
выделений на человека.
471

Ограждения подразделяют на неподвижные, которые
снимают только во время ремонта, и периодически открывающиеся.
Их применяют тогда, когда необходим периодический контакт
работающего с рабочей частью машины, но открывать их
можно только в отсутствие опасности.
Защитные ограждения обычно выполняют в виде глухих
кожухов, сплошных стен или металлических сеток. Снаружи их
окрашивают под цвет машин, а изнутри в красный цвет.
Защитные экраны выполняют прозрачными, сетчатыми или
сплошными.
Оборудование с вращающимися частями отключают
аварийными выключателями, действие которых основано на
размыкании электрической цепи привода. Для аварийного отключения
оборудования нажимают рукой, плечом или подбородком на
кнопку, рычаг, трос.
Вследствие инерционности вращающихся частей аварийные
выключатели блокируют с системой автоматического
торможения.
Наибольшая безопасность для людей достигается
применением защитной блокировки.
Блокировочные устройства, широко применяемые в
промышленности, служат для прекращения производственных операций
при нарушении технологического режима, отключения
механизмов при снятии ограждения; они не допускают вскрытия
аппаратов, работающих под давлением, препятствуют включению
машин в отсутствие ограждения.
Кроме того, при переработке пластмасс применяют
различные ограничители распространения пламени, отсекатели,
предохранительные отключателн, аварийные и
предохранительные клапаны и др.
17.3. БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
И ОБОРУДОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВАХ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ
ПЛАСТМАСС
Все технологические процессы на предприятиях по переработке
пластических масс можно разделить на следующие основные
группы:
подготовка сырья и материалов.
приготовление композиций.
изготовление полуфабрикатов и получение изделий,
обработка изделий.
Эти технологические процессы осуществляются па
разнообразном оборудовании, которое может представлять
потенциальную опасность для здоровья работающих.
472

17.3.1. Подготовка сырья и материалов
Подготовка сырья и материалов включает измельчение, просев,
сушку, хранение и т. д.
Сыпучие материалы измельчают на дробилках, просеивают
через вибрационные сита различных конструкций, сушат в
сушилках (обычно в камерных циркуляционных, барабанных или
шнековых сушильных аппаратах).
При работе на этом оборудовании пользуются
индивидуальными средствами защиты: очками, респираторами, резиновыми
и теплозащитными перчатками. При измельчении материала
необходимо пользоваться противошумными наушниками типа
ВЦНИИОТ-2 и «Киевские».
Для обеспечения безопасной эксплуатации дробилок их
заземляют, движущиеся части ограждают, загрузочные бункера
закрывают крышками.
17.3.2. Приготовление композиций
Приготовление композиций—предполагает приготовление
различных смесей с использованием, смесителей, вальцев и т. д.
Процессы приготовления композиций в условиях
крупнотоннажного производства практически полностью
автоматизированы и функции обслуживающего персонала сводятся, главным
образом, к наблюдению за показателями приборов, контролю за
работой оборудования и качеством получаемой композиции.
Менее благоприятные условия труда существуют при
изготовлении небольших партий композиций различного
ассортимента, когда приходится применять ручной труд.
При приготовлении композиций и подготовке сырья и
материалов происходит загрязнение рабочей зоны пылью, парами
растворителей и легкокипящих фракций, оказывающих
токсическое воздействие, а повышение температуры в процессе
приготовления композиции способствует созданию пожаро- и
взрывоопасной ситуации.
Если при работе на технологическом оборудовании
безопасность может быть обеспечена соблюдением правил техники
безопасности и ответственным отношением к работе, то при
подготовке компонентов, их транспортировании и развеске почти
невозможно исключить контакт работающих с вредными
веществами.
Поэтому вопросы безопасной организации технологического
процесса должны решаться при составлении рецептуры
композиции, в которой должны по возможности отсутствовать или
содержаться в минимальном количестве компоненты,
оказывающие вредное влияние на организм.
473

Характерной особенностью этого производства является
высокая дисперсность применяемых веществ, которые могут
образовывать в воздухе устойчивые аэрозоли (диаметр частиц
от 10 до К)-2 мкм).
Пыль попадает в организм человека через дыхательные
органы. Наиболее опасно вдыхание запыленного воздуха через
рот, так как вся пыль в этом случае попадает в легкие. Пыль,
попавшая в легкие, не только всасывается в кровь и отравляет
весь организм, но закрывая дыхательные пути, прекращает
доступ кислорода в легкие. Электрический заряд пыли
усиливает ее вредное воздействие на организм. Кроме того,
мелкодисперсные частицы оказывают раздражающее действие на кожу
и слизистые оболочки.
Для уменьшения вредного действия пыли компоненты
используют в виде непылящих паст и сплавов с
пластификаторами, которые готовят в смесителях закрытого типа. Снижение
пылеобразования достигается применением гранулированных
компонентов.
Стирка спецодежды проводится по графику, согласованному
с санэпидстанцией.
Участки развески, транспортирования и загрузки
пылевидных компонентов должны быть оснащены местной вентиляцией
в виде зонтов или шкафов; расходные бункера и загрузочные
воронки смесителей оборудованы местными отсосами.
Подавляющее большинство пылевидных и жидких
компонентов горючи и поэтому представляют пожарную опасность.
Кроме того, некоторые вещества при повышенных температурах
разлагаются с выделением токсичных веществ.
Большую опасность представляют разряды статического
электричества, которые накапливаются при просеве
компонентов, их подаче пневмотранспортом в расходные бункеры и
промежуточные емкости, во время протекания жидкостей по
трубам, изолированным от земли или по резиновым шлангам.
Значение потенциала заряда может достигать 10—15 кВ.
Максимальная электризация материала при просеве
происходит в том случае, если заполнение сита сопровождается
наибольшим трением между частицами. Для снижения
потенциала заряда статического электричества можно подавать в
замкнутые объемы предварительно ионизированный воздух.
Участки подготовки сырья и приготовления композиций, их
развеска и транспортирование относятся в основном к
классу II—Па; на этих участках должны быть установлены
электродвигатели закрытые, брызгозащищенные, продуваемые или
пыленепроницаемые. Пусковая аппаратура должна иметь
пыленепроницаемое исполнение.
По степени пожароопасности участки изготовления
композиций относятся к категории В. Порошкообразные полимеры,
474

пластификаторы, стлоп ";'• ¦¦'•' >> у/.т-п-тч ' 1Л-''-1(телн сами
не воспламеняют ея ;i . •. i.- :!/¦¦¦ • ¦ ¦ . ~емпера-
турах.
Реак"Ю1|,!,;С: I- , .:j !¦.:, ¦ ...;^ . ¦>.. .;¦¦..,.Г...¦."!.. .¦ :•'¦' ТОЛЬКО
в присутствии огня. Термопласты горят и поддерживают горение
с различной интенсивное! ыо. Хорошо горят полиметилметакри-
лат, полистирол, по,т|'.эп, плен. Очень интенсивно горит
целлюлоза.
17.3.3. Изготовление полуфабрикатов и получение
изделий
Изготовление полуфабрикатов и получение изделий включает
операции, непосредственно связанные с получением изделий
различными методами.
Прессование. Производство изделий данным методом
состоит из операций таблетирования, предварительного подогрева,
которые необходимы для повышения производительности
труда, уменьшения потерь, улучшения качества изделий, а также
условий труда, и собственно процесса прессования.
Основным фактором, определяющим вредность при т а б л е-
т и ров а и ни является гы ":l порошков фенопластов, волокни-
тов, аминоплас. гов и дру; -, рсакгогластов,
Особенно много пыля выделяется пр.и ручной загрузке пресс-
порошков в бункер таблетм;ппи;л i. при обдувке и очистке
машины, а также при сухой уборке помещения.
Для снижения запыленности рекомендуется ручную загрузку
заменять пневмовакуумной или нагнетательной.
Перемещение порошков, образующих взрывоопасную пыле-
воздушную смесь, следует осуществлять только в среде
инертного газа. Во избежание подсоса воздуха тара с пресс-порошком
должна быть герметично закрыта и в ней нужно создавать
незначительное избыточное давление инертного газа. Для этого
верхнюю часть тары трубопроводом соединяют с линией
нагнетания инертного ra:u; (.после ;5-:::н;;птси)а ).
Лоток сброса н;1\-вь;.\ -.аГмсто,; -i^niii- выполнять с двойным
дном. Верхнее дно лепке го^форь" оваппое, пи нему таблетки
скользят в сборную Тиру, а п-. :;ро<. : ,\-:чг-тва между днищами и
из верхней части тары отсасывают пыль,
Для снятия заряда статического электричества принимают
общие меры, но дополнительно в бункерах устанавливают
приемники зарядов. Затаривание и растаривание пресс-порошков
лучше проводить в отдельном помещении, которое может
служить и промежуточным складом сырья (цеховым).
Для очистки машин и уборки помещения хорошо
зарекомендовала себя пылевакуумная система, которая работает по
475

принципу домашнего пылесоса, но имеет большую
производительность и создает более глубокий вакуум.
Для снижения запыленности машин должна быть
оборудована местная вытяжная вентиляция.
Большое число движущихся частей машины для таблетиро-
вания создает опасность механического травматизма при
попадании рук работающего в опасные зоны машины или при
поломке машины, ослаблении крепления пуансонов и матриц,
при попадании посторонних предметов в рабочую зону и т. д.
Защита таблетмашины от перегрузки обеспечивается рядом
устройств различного типа — электрических, механических,
гидравлических, которые обеспечивают быстрый останов машины
при возникновении опасных перегрузок.
Механические защитные устройства обычно выполняются в
виде фрикционных муфт сцепления.
Во избежание поломки машины и возможного травматизма
устанавливают предохранительные механические устройства
для аварийного останова машины.
С целью исключения травматизма на современных таблет-
машинах все опасные зоны имеют ограждения — кожухи или
дверцы, которые сблокированы так, что при снятии их
происходит срабатывание концевых микровыключателей в цепи
питания электродвигателя.
Предварительный подогрев таблеток
обычно осуществляют в генераторах тока высокой частоты (ТВЧ)..
при небрежной работе с которыми можно получить ожоги.
Поэтому работающий не должен касаться других предметов,
кроме лотка с таблетками. Выдвигать лоток можно только после
отключения кнопкой высокого напряжения. При попадании
пресс-материала внутрь генератора ТВЧ запрещается доста
вать его руками.
Прессование проводится на гидравлических прессах,
которые относятся л оборудованию, представляющему
наибольшую опасность для обслуживающего персонала: это
возможность получения ожогов, механических травм, поражений
электрическим током, отравлений паро- и газообразными
продуктами. По степени вредности прессовые цехи относятся к 4 классу
категорий опасности.
В процессе прессования перерабатываемые материалы
подвергаются воздействию высоких температур (до 220°С), при
этом выделяется большое количество влаги, газообразных
продуктов— фенола, формальдегида, фурфурола, крезола, мел
амина, карбамида и т. д.
Фенол действует на нервную систему и оказывает
раздражающее действие. Формальдегид раздражает слизистые
оболочки глаз и дыхательных путей, вызывает растройство.
476

пищеварения, слабость, головную боль. Фурфурол действует на
нервную систему человека, вызывает судороги и параличи.
Вдыхание аэрозолей карбамида, меламина может привести
к воспалению слизистых оболочек, верхних дыхательных путей;
при действии на кожу вызывает появление экземы.
В прессовых цехах в воздух рабочего помещения выделяется
большое количество пыли, которая может образовывать взры-
во- и пожароопасные концентрации. Для удаления из рабочей
зоны пыли и газообразных продуктов пресс должен быть
оборудован системой местных отсосов, подключенных к вытяжной
вентиляции.
Прессовые цехи оснащают также приточной вентиляцией с
подачей наружного воздуха в рабочую зону. Температура
подаваемого воздуха в холодное время года должна быть не ниже
20 "С.
При соприкосновении с горячими плитами пресса
работающие могут получать ожоги, а при электрообогреве пресс-форм
возникает еще опасность поражения электрическим током.
Поэтому все токопроводы должны иметь исправную
электроизоляцию и защитное заземление.
Для уменьшения возможности контакта с нагретыми
поверхностями и уменьшения тепловыделения боковые поверхности
пресс-форм, а также паропроводы покрывают теплоизоляцией,
температура поверхности которой не должна превышать 45°С
(например, из асбеста).
Существует опасность получения ожогов при обслуживании
кассетных пресс-форм. Для снятия кассет
применяют-специальные устройства. Все работы по обслуживанию пресс-форм
прессовщик обязан проводить в перчатках.
Очень сложной и тяжелой операцией является смена пресс-
форм, масса которых в некоторых случаях достигает сотни
килограммов. Для снятия и установки пресс-форм применяют
тележки с подъемными механизмами различных конструкций.
Для установки тяжелых пресс-форм должны применяться
механические устройства не только для подъема пресс-форм до
уровня стола пресса, но и их перемещение в рабочее
пространство пресса.
При работе пресса происходит перемещение отдельных узлов
и деталей: подвижной плиты, выталкивателя, дозирующего и
съемного устройства (на прессах-автоматах). Для
предупреждения травматизма прессы должны иметь соответствующие
защитные устройства (маятниковые рукоотстранители), которые
могут устранять руки работающего из опасной зоны, не
допускать пуск пресса при нахождении рук в опасной зоне
(включение одновременным нажатием двумя руками двух кнопок или
фотоэлектрическая блокировка, блокировочные ограждения).
Для поддержания в гидросистеме пресса постоянного давления
477

в процессе выдержки полимера под давлением устанавливают
предохранительные клапаны.
К работе на гидравлическом прессе допускаются лица не
моложе 18 лет, прошедшие необходимое обучение и имеющие
удостоверение на право самостоятельной работы на прессах.
Особое внимание уделяется умению ориентироваться в
аварийной обстановке. Наиболее вероятные аварийные ситуации при
прессовании изделий — падение давления в системе, выход из
строя предохранителей, образование трещины в раме пресса
при запрессовке, выход из строя уплотнений рабочего цилиндра
и цилиндров обратного хода. Во всех случаях прессовщик
обязан нажать кнопку «Стоп», остановить пресс и доложить о
неисправностях мастеру.
Вальцевание и каландрование. На вальцах и каландрах
перерабатывают смеси, в которые входят такие вещества, как
трикрезилфосфат, фенол, дибутилфталат и др.
Пыль и летучие вещества вызывают поражение органов
дыхания, нервной системы и кожные заболевания.
Валковое оборудование имеет большое число движущихся
частей и узлов, что может приводить к травмам. Попадание
посторонних предметов вызывает серьезные поломки машины.
При соприкосновении с нагретыми поверхностями валков или
с материалами можно получить ожоги.
Накопление зарядов статического электричества, шум,
вибрация вызывают необходимость оснащать валковые машины
надежными заземлениями, амортизирующими фундаментами и
звукоизолирующими устройствами.
В соответствии с требованиями норм техники безопасности
все вращающиеся узлы и детали валкового оборудования
должны иметь защитные ограждения и блокировку. Блокировка
должна предотвращать включение машины в «рабочий ход» при
снятии защитного устройства или выведении его из строя.
Однако наиболее опасное место — зазор между валками —
полностью обезопасить невозможно, поэтому применяют тормозные
устройства: электромагнитные, электрогидравлические и др.
Тормозные устройства располагают таким образом, чтобы
в любом случае при попадании рук, одежды вальцовщика в
межвалковый зазор он смог бы своим телом нажать на штангу
(трос) выключателя и остановить вальцы.
Для защиты валковых машин от перегрузок устанавливают
специальные предохранительные устройства, электродвигатели
привода валков снабжают тепловыми реле и реле
максимального тока, отключающими питание привода при возрастании
нагрузки на приводном валу.
Для предотвращения ожогов необходимо тщательно
теплоизолировать и герметизировать циркуляционную термостатиру-
ющую установку, ее трубопроводы, вентили, клапаны и т. д.
478

Все производственные помещения с работающими валковыми
агрегатами должны иметь систему приточно-вытяжной
вентиляции, местные отсосы. Для защиты органов дыхания, глаз,
кожи от пыли необходимо пользоваться респираторами,
защитными очками, работать в плотно застегивающейся спецодежде.
Экструзия. Экструзия широко применяется для получения
труб, шлангов, лент, плит, различных профилей, гранул и других
изделий.
При экструзии термопластов могут выделяться вредные
газы, состав которых определяется видом перерабатываемого
материала (оксиды углерода, стирол, формальдегид). Поэтому
все зоны возможного выделения вредных газов оборудуют
местными отсосами.
Для обогрева пластикационного цилиндра и формующей
головки применяют обычно электрические нагреватели.
Материал нагревается до 140—220°С. Во избежание ожогов рук
работающего, снижения тепловых потерь, каждая зона
обогревателя оборудована теплоизолирующим кожухом.
При работе экструдера в его формующей части развивается
высокое давление, превышающее 25 МПа. В случае засорения
сеток на выходе полимера давление возрастает и может
вызывать механические разрушения отдельных элементов машины,
нарушение режима экструзии.
Для защиты от разрушения экструдеры оборудуются
блокировочными устройствами, например реле давления, контакты
которого при завышении давления разрывают цепь питания
электродвигателя.
Оборудование экструзионных установок оснащают
устройствами, предохраняющими его от аварий при перегрузке.
Экструдеры комплектуются приборами для контроля основных
параметров процесса экструзии, регулирующими устройствами для
поддержания заданного температурного режима, а также
сигнальными лампочками, связанными с приборами контроля и
управления.
Пластикационный цилиндр снабжают системой водяного
охлаждения, которая автоматически включается при повышении
температуры стенок цилиндра выше заданной. При применении
воздушного охлаждения цилиндра включение вентилятора
блокируется с включением электродвигателя. Таким образом,
охлаждение работает непрерывно.
Для защиты электродвигателей от перегрузок на экструдере
устанавливают устройства, включающие электродвигатель или
его электромагнитную муфту при превышении допустимого
крутящего момента на червяке. Примером такого устройства
является фрикционная муфта; применяют также регуляторы
частоты вращения червяка, воздействующие на вариатор или
цепь управления электродвигателем при чрезмерном увеличении
479

крутящего момента на червяке. Защита электрической схемы
от перегрузок осуществляется автоматическими выключателями
и плавкими предохранительными вставками. Электродвигатели,
корпус машины, входящие в линии установки, надежно
заземляются.
Во избежание механического травмирования работающего
все зоны движущихся частей должны быть ограждены и иметь
блокировочные устройства.
При движении пленки, пересыпании гранул возникают
заряды статического электричества. Для снятия с пленки этих
зарядов применяют разнообразные устройства ионизации воздуха.
Для исключения ожогов горячим расплавом в момент
заправки первой заготовки в приемное устройство или
охлаждающую ванну применяют индивидуальные средства защиты —
хлопчатобумажные перчатки.
С целью уменьшения загазованности экструзионные машины
оборудуют укрытиями с отсосом воздуха и удалением его через
системы общецеховой вытяжной вентиляции, а над
формующими головками, около машин для нанесения печати, отрезных
устройств, станков механической обработки изделий
предусматриваются местные отсосы. Грануляторы и дробилки лучше
располагать в отдельных помещениях с приточно-вытяжной
вентиляцией.
Загрузка полимера в бункер машины является очень
ответственной операцией, так как от нее зависит бесперебойное
питание экструдера. При ручной загрузке затрачивается
тяжелый физический труд, поэтому предусматривается центральная
пневмозагрузочная система или индивидуальная
вакуум-загрузка. В бункере размещают устройства, устраняющие
зависание и залипание полимера на стенках бункера и,
следовательно, исключающие ручное вмешательство.
Литье под давлением. Литьем под давлением
перерабатываются в изделия, главным образом, термопласты, которые при
нагревании до вязкотекучего состояния могут выделять
вредные газы и пары (стирол, нитрил акриловой кислоты, этилен,
метилметакрилат, хлористый водород, оксиды углерода и др.).
Эти вредные вещества могут вызывать тяжелые отравления и
изменения в нервной системе, крови, сосудах, печени, а также
способны образовывать взрывоопасные смеси с водородом.
Особенно опасными являются соединения свинца. Все
соединения свинца — токсичные вещества, действующие на нервную
систему, кровь и сосуды, и обладающие кумулятивным
действием. Поэтому все работы с применением соединений свинца
должны проводиться в изолированном помещении с мощной
вентиляцией, в резиновых перчатках и противопылевых
респираторах. В помещении не реже 2 раз в смену необходимо
проводить влажную уборку. Перед приемом пищи требуется тща-
440

тельно вымыть руки и прополоскать рот, после окончания
смены — обязательно принять теплый душ.
При загрузке сырья в бункерные устройства литьевых
машин, при дроблении, сушке образуется пыль, которая
загрязняет воздух. Мелкие частицы пыли, окисляясь могут разогреваться
до температуры воспламенения, что может привести к
самовозгоранию и взрыву.
Для создания нормальных условий труда устраивают при-
точно-вытяжную вентиляцию. Вытяжные зонты располагают
так, чтобы они не мешали обслуживанию машин и чтобы
отсасываемый воздух перемещался от рабочего к всасывающему
зонту. Кроме местной вентиляции, должна быть предусмотрена
общеобменная вентиляция. Санитарными нормами установлены
предельно допустимые концентрации летучих продуктов и пыли
в воздухе производственных помещений.
Оборудование, используемое для литья пластмасс под
давлением, работает от электрического тока, что обуславливает
необходимость соблюдения мер электробезопасности. Большую
опасность представляют искровые разряды статического
электричества, которые могут явиться причиной воспламенения
горючих веществ, пожаров и взрывов. Накопление зарядов
статического электричества может происходить при засыпке литьевых
материалов в бункер машины. При централизованной подаче
сырья пневмотранспортом опасность возникновения зарядов
статического электричества возрастает. При соприкосновении с
нагревательными цилиндрами литьевой машины, а также при
впрыске расплава в форму, вытекании его из сопла и
литниковой втулки в случае нарушения их соосности возникает
опасность получения ожогов.
При попадании полимера на электронагревательные
устройства, перегрев его может явиться причиной загорания литьевых
материалов. По взрывопожароопасности производство изделий
литьем под давлением относится к категории В.
Литьевые машины имеют большое число движущихся
частей, что может привести к тяжелым травмам. Так, травмы
могут быть получены при попадании рук в зону смыкания форм
и в рычажную систему механизма смыкания, включении
машины в работу при выведенных из строя или снять/х защитных
приспособлениях, работе при неисправном закреплении форм ir
сопла, нарушении герметичности нагревательного цилиндра и
гидросистемы. Литьевое оборудование является источником
шума и вибраций, которые приводят к переутомлению и снижению
трудоспособности.
Для защиты обслуживающего персонала от травм и
предотвращения выхода из строя оборудования в результате
возникновения аварийных ситуаций литьевые машины снабжают
системой защитных и предохранительных устройств. Конструк-
31—81 481

ция этих устройств должна быть проста и безопасна в
эксплуатации. Эти устройства должны автоматически срабатывать при
любых режимах работы оборудования; они не должны
затруднять ремонт и эксплуатацию машины и ее осмотр.
С целью устранения опасности ожогов расплавом полимера
литьевые машины оборудуют защитными устройствами. Эти
устройства прежде всего ограждают сопловую часть
материального цилиндра и защищают от брызг расплава.
Ограждение состоит из металлического кожуха, который
может поворачиваться вокруг оси, закрепленной винтом на
плите механизма смыкания форм. В закрытом положении
ограждения лепесток, жестко связанный с кожухом, нажимает на
кнопку концевого выключателя, который установлен в
электрической цепи электромагнитов гидросистемы впрыска. При
открытии ограждения лепесток освобождает кнопку концевого-
выключателя и тем самым разрывает электрическую цепь,
делая невозможным впрыск расплава.
При переработке маловязких термопластов (полиамиды)
необходимо использовать самозапирающиеся сопла, которые
помогают предотвратить самопроизвольное вытекание расплава
из нагревательного цилиндра, отведенного после проведения
впрыска от литниковой втулки формы.
При перегреве расплава значительно возрастает текучесть
материала, что повышает опасность получения ожогов
разлетающимися брызгами. Для предотвращения перегрева
материала применяют высокоэффективные системы термостатирования
нагревательного цилиндра и формы. В конструкциях
большинства литьевых машин обычно предусматривают несколько зон
обогрева нагревательного цилиндра. Сочетая электронагрев и
охлаждение, достигают плавного регулирования температуры.
Кроме того, корпус нагревательного цилиндра покрывают
теплоизоляцией.
Зона механизма смыкания форм является наиболее опасной,
так как значительное число несчастных случаев связано с
попаданием рук между смыкающими полуформами или в рычаж-
ношарнирную систему механизма смыкания. Для надежной
защиты устанавливают специальные ограждения и блокировку.
Широкое распространение получили защитные подвижные м
неподвижные экраны, ограждающие опасную зону,
сблокированные с механизмом смыкания форм.
Ограждение устроено так, что полностью исключаем
возможность работы механизма смыкания после перемещения
ограждения в любое положение, кроме исходного, т. е. в
положение «Закрыто».
К работе на литьевой машине допускаются лица не моложе
18 лет, прошедшие теоретическое и практическое обучение и
сдавшие экзамены на право допуска к самостоятельной работе.
482

Производство изделий из стеклопластиков. В качестве
связующего при производстве крупногабаритных изделий из
стеклопластиков используют эпоксидные и полиэфирные смолы,
фенолоформальдегидные олигомеры, кремнийорганические
полимеры, которые могут выделять вредные для здоровья
человека вещества.
При использовании эпоксидной смолы могут выделяться
эпихлоргидрин (ПДК 1 мг/мЧ) и дифенилолпропан (ПДК
5 мг/м3), которые являются высокотоксичными веществами,
оказывающими раздражающее действие на дыхательные пути. Для
отверждения эпоксидной смолы применяют соединения с высокой
степенью токсичности: /г-фенилендиамин, который способствует
развитию бронхиальной астмы; л<-фенилендиамин — является
концерогенным ядом. Этилендиамин действует на нервную
систему (ПДК 2 мг/м3); гексаметилендиамин (ПДК 1 мг/м3) —
на глаза и кожу; фталевый и малеиновый ангидриды (ПДК
] и 2 мг/м3 соответственно) —на глаза и органы дыхания.
В случае применения полиэфирных смол используют
стирол— легковоспламеняющуюся жидкость, пары которой с
воздухом образуют взрывоопасные смеси. Взрывоопасны и
ядовиты инициаторы, применяемые для отверждения смол.
Токсичность фенолоформальдегидных смол определяется
содержанием в них мономеров (фенола, крезола,
формальдегида).
Большую опасность представляет пыль стеклянного волокна
(ПДК 3 мг/м3), которая действует на верхние дыхательные
пути и ткань легких, вызывает зуд кожи.
Таким образом, при работе с этими веществами помещения
должны быть оборудованы эффективной приточно-вытяжной
вентиляцией. Скорость подачи свежего воздуха, поступающего
в верхнюю зону помещения, должна быть небольшой, чтобы
исключить образование вихревых потоков, способных поднять
стеклянную пыль и удерживать ее в воздухе во взвешенном
состоянии.
Вытяжную вентиляцию выполняют в виде отдельных
местных отсосов. Работающие должны обязательно применять
специальные респираторы, снабженные химическим
поглотителем.
Один раз в смену должна проводиться влажная уборка
запыленных участков.
Отходы стеклянного волокна, обрезки стеклянной ткани,
ветошь и т. д. необходимо собирать в металлическую тару и
удалять их из цеха не реже одного раза в смену. Площадки,
на которых расположено емкостное и смесительное
оборудование, должны иметь бортики, высотой 0,15 мм, препятствующие
растеканию жидкости.
.31* 483

Машины для производства изделий из стеклянного волокна
при обслуживании требуют большого внимания. При работе
необходимо безусловное выполнение всех инструкций. Все
движущиеся и вращающиеся части машины, особенно
формующие и тянущие валки опасны тем, что они могут затянуть руки
работающего или его одежду. Особую осторожность следует
соблюдать при первоначальной заправке машин. Поэтому
устройства для заправки также, как вальцы и каландры,
снабжают аварийными стоп-кнопками.
Различные отделения производства изделий из
стеклопластиков по взрывной и пожарной опасности относятся к
категориям А, Б и В в зависимости от применяемого сырья.
Поэтому для обеспечения безопасности работающих
необходимо строго соблюдать инструкции по технике безопасности,
охране труда и противопожарным мероприятиям.
Производство вспененных изделий. В данном производстве
опасность для обслуживающего персонала могут представлять
используемое сырье, готовый материал, а также нарушение
технологического режима.
Пенополистирол — легковоспламеняющийся материал,
горение которого сопровождается обильным выделением дыма,
копоти и токсичных газов. Большую пожарную опасность
представляют пенообразователи — пентан, изопентан и др. Эти
продукты образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Нижний
предел воспламенения этих смесей очень мал, около 1,4—
1,8% (об.), а температура самовоспламенения составляет 280—
300 °С.
Почти все пенопласты являются хорошими диэлектриками
и склонны к накоплению зарядов статического электричества.
Поэтому необходимо все металлические емкости, бункера,
машины, трубы заземлять.
Если процесс предварительного вспенивания полистирола
проводится в ваннах с кипящей водой, то во избежание
возможных ожогов ванну следует наполнять не более, чем на 2/3
высоты, а форму опускать на специальных металлических
подвесках. '
Для производства пенополиуретанов применяют
полиэфирную смолу, изоцианат и активную смесь. Токсичность этой
смеси определяется присутствием изоцианатов (особенно толуилен-
диизоцианата), которые вызывают раздражение слизистых
оболочек и могут поражать легкие. ПДК в рабочей зоне
составляет 5 мг/м3. Диметилбепзиламин действует на центральную
лервную систему.
При случайном разливе голуилеидиизоцианатов опасное
место необходимо засыпать опилками или песком, залить
нашатырным спиртом, а затем опилки собрать и удалить в специально
484

отведенное место и там закопать в землю на глубину более
1 м; сжигание не допускается.
Для обеспечения безопасных условий труда при
производстве газонаполненных пластмасс необходимо соблюдать
следующие требования:
все параметры процесса должны быть точно выдержаны в
соответствии с технологическими регламентами;
емкости жидких токсичных веществ должны быть снабжены
указателями уровня с приборами на щите;
пуск машин следует сблокировать с двигателями приточной
и вытяжной вентиляции;
загазованность воздуха в рабочих помещениях следует
постоянно контролировать автоматическими газоанализаторами;
помещение должно быть оборудовано эффективной приточно-
вытяжной вентиляцией;
для обнаружения опасных концентраций вредных веществ
должны быть установлены приборы автоматической
сигнализации.
Производство фторопластов. При переработке фторопластов
в результате их нагрева могут выделяться токсичные продукты
деструкции. Концентрация газообразных продуктов разложения
становится опасной уже при 0,001%, кроме того, они обладают
кумулятивным действием. Наиболее токсичными являются
фторфосген, фтористый водород и перфторизобутилен. Поэтому
производственные помещения должны иметь мощную приточ-
но-вытяжную вентиляцию, которая должна быть рассчитана
гак, чтобы в любых условиях и в любых точках помещения не
создавалось вредных и взрывоопасных концентраций.
Электрооборудование должно быть сделано во взрывобезопасном
исполнении и должно быть заземлено.
Работающие должны обязательно иметь специальные
респираторы или противогазы и строго выполнять правила техники
безопасности.
Для предупреждения травматизма при работе на прессе
должны быть предусмотрены соответствующие защитные и
блокировочные устройства.
Для предотвращения ожогов электропечи покрывают
теплозащитной изоляцией, а работающие снабжаются
индивидуальными средствами защиты.
17.3.4. Обработка изделий
Обработка изделий включает удаление грата, рассверловку
отверстий, склеивание, окрашивание, сварку и т. д.
При проведении этих процессов возможно загрязнение
рабочей зоны парообразными аэрозольными частицами, пылью,
которые являются токсичными и пожароопасными. Поэтому
485

оборудование должно иметь местные отсосы, а помещения —
оснащены вентиляцией.
При сварке высокочастотными сварочными аппаратами
образуются высокочастотные поля, вредно действующие на
центральную нервную и сердечно-сосудистую системы.
Безопасность работ обеспечивается заземлением, дверцы генераторного
шкафа и рабочей камеры оснащаются блокировкой. Все узлы
сварочного высокочастотного аппарата должны быть надежно
ограждены.
При механической обработке изделие приобретает
окончательную форму, при этом выделяется вредная для здоровья
человека пыль, которая, накапливаясь, может взрываться. Для
предупреждения взрывов пыли принимают следующие меры:
устанавливают электродвигатели, пусковую аппаратуру к
ним и электропроводку во взрывобезопасном исполнении;
поддерживают относительную влажность в
производственном помещении не ниже 75% и ионизируют воздух;
устраивают общую приточно-вытяжную вентиляцию и
местные отсосы.
Для непрерывного удаления пыли и стружки устанавливают
пылестружкоприемники.
Обслуживающий персонал снабжают респираторами,
защитными очками, рукавицами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
17.1. Какие требования предъявляются к размещению
оборудования на предприятиях по переработке пластмасс?
17.2. Какие виды травматизма могут возникнуть в процессе
изготовления изделий из пластмасс?
17.3. Какие защитные устройства необходимо применять с
целью исключения несчастных случаев?
17.4. В чем состоит принцип работы различных видов
блокировочных устройств?
17.5. Каковы общие мероприятия по борьбе с воздействием
вредных веществ на человека?
17.6. Какие меры применяются для предупреждения
травматизма от воздействия электрического тока, механизмов, ожогов?
17.7. Каковы особенности противопожарных мероприятий на
предприятиях по изготовлению изделий из пластмасс?
17.8. В чем заключаются особенности организации
производства и техники безопасности при прессовании, литье, экструзии,
вальцевании и других процессах по переработке пластмасс в
изделия?
17.9. Какие правила личной гигиены необходимо соблюдать
работающему на производствах по переработке пластмасс?
486

ГЛАВА 18
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ
ПЛАСТМАСС
18.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В процессе переработки пластмасс могут происходить выбросы
газообразных продуктов, твердых отходов и сточных вод,
которые загрязняют окружающую среду. Большое количество отходов-
свидетельствует прежде всего о несовершенстве
технологического процесса. Очистка и утилизация отходов является важной
народнохозяйственной задачей.
Наиболее радикальным способом защиты окружающей
среды от выбросов промышленных предприятий является создание
безотходных технологий или создание технологических
процессов, при ведении которых количество отходов сведено до
минимума.
Важной характеристикой безотходных и малоотходных
технологий является материальный индекс производства, т. е.
отношение суммарного удельного расхода сырья и
вспомогательных материалов к единице массы готовой продукции. При
отсутствии отходов количество затраченного сырья и
вспомогательных материалов должно быть равно количеству готовой
продукции и, следовательно, материальный индекс производства
равен единице.
На существующих предприятиях он почти всегда
значительно больше единицы. Это означает, что часть израсходованного
сырья и вспомогательных материалов идет в отходы. Так, при
прессовании изделий или литье под давлением в отходы идут
заусенцы, литники. На современных производствах заусенцы
измельчают в муку и используют как добавку в процессе
изготовления пресс-порошков. Литники изделий дробят и
используют для производства малоответственных изделий, тары и т. д.
Таким образом проводится утилизация отходов. Кроме того,
в настоящее время созданы литьевые формы точечного литья
(т. е. без литников), применяется литье с дегазацией и т. д.
Основой любого производства является технологический
процесс, описание которого и практические требования к нему
приводятся в технологическом регламенте. Технологический
регламент является основным техническим документом,
определяющим рецептуру, режим и порядок проведения всех
операций технологического процесса. Строгое соблюдение всех
требований регламента является обязательным и обеспечивает
качество выпускаемой продукции, рациональное и экономичное
ведение производственного процесса, сохранность оборудования
н безопасность работы.
487

В регламенте перечисляются все возможные отходы
производства, их использование, места складирования или способы
уничтожения. При нарушении технологического регламента
количество отходов увеличивается. Например, при отклонении от
температурного режима в процессе переработки пластмасс
в изделия происходит разложение полимера с выделением
токсичных газообразных продуктов, которые могут образовывать
аварийные выбросы, приводящие к загазованности окружающей
среды, или могут создавать избыточное давление, способное
разорвать аппаратуру, трубопроводы и даже вызвать взрыв.
Для предотвращения нарушения технологического режима
в ряде случаев целесообразно применение автоматических
регуляторов температуры, давления, газоанализаторов, которые
фиксируют и регулируют предельно допустимые концентрации
вредных веществ.
Утечка вредных веществ в атмосферу или почву может
происходить вследствие недостаточной герметизации
оборудования.
Герметизация обеспечивает непроницаемость стенок и
соединений аппаратов и трубопроводов, в которых находятся
жидкости, газы, порошкообразные продукты.
Если аппараты работают под давлением, то внезапная
потеря их герметичности может привести к выбросу в
атмосферу токсичных веществ. Наиболее частыми нарушениями
герметичности являются неплотности в соединениях деталей
оборудования. Устранение или уменьшение степени неплотности
достигается применением уплотнений. Большое значение для
создания герметичности имеет правильный выбор уплотнитель-
пого материала прокладок.
Герметичность оборудования проверяют как при его
установке, так и в процессе эксплуатации. Разработана система
испытаний па герметичность, установлены способы и сроки
проверки, определены нормы герметичности для различных видов
оборудования. Сравнение с нормами результатов испытаний
позволяет определить степень герметичности оборудования и
сделать выводы о необходимости его замены, ремонта или
других мер, устраняющих газовыделеиия.
18.2. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ
Общеизвестно, что развивающаяся индустрия ведет к
загрязнению атмосферы пашей планеты. Загрязнение воздуха
причиняет обществу немалый ущерб, вредит здоровью людей,
наносит урон земному покрову. Вместе с дымовыми и
вентиляционными газами улетают тысячи тонн ценных веществ и
материалов.
488

Газообразные выбросы промышленных предприятий
образуют в воздухе аэродисперсные системы, в которых различают
твердую или жидкую дисперсную среду. Пылегазовые смеси из
частиц диаметром 0,1 мкм называются истинными аэрозолями,
содержащие более крупные частицы — аэросуспензиями.
В результате турбулентности воздуха, явлений конвекции и
адвекции электрозаряженные частицы долгое время
удерживаются в воздухе. Промышленная пыль состоит, главным образом,
из мельчайших частиц, имеющих очень малую скорость падения,
поэтому самоочищение атмосферы от пыли происходит крайне
медленно. Большую часть времени пыль остается во
взвешенном состоянии, распространяясь в основном в подветренном
направлении от источников выброса. Явления коагуляции и
седиментации приводят к осаждению пыли на землю.
Промышленные выбросы в атмосферу обычно поступают
принудительно через дымоотводящие трубы и вентиляционные
каналы, подымающиеся на высоту 50—100 м и более. Этим
достигается рассеивание газов и аэрозолей в относительно
большом объеме воздуха.
Дальнейшее распространение загрязнений определяется
горизонтальным и вертикальным направлениями движения
воздушных течений и отдельных потоков. Концентрация
атмосферных токсикантов в значительной мере зависит от
температуры воздуха, облачности, тумана, осадков и других факторов,
влияющих на скорость вертикального и горизонтального
перемешивания слоев воздуха. Она снижается по мере удаления от
места выброса, а ее абсолютные значения тем выше, чем
больше мелких фракций содержится в момент выброса. Дальность
распространения загрязнений зависит от времени существования
того или другого загрязнителя в воздухе и метеорологических
условий, скорости и направления потоков в атмосфере и т. д.
Проблема охраны воздушного бассейна сводится к
ликвидации вредных выбросов в атмосферу или замене
высокотоксичных веществ, содержащихся в этих выбросах, менее
токсичными (практически нетоксичными) веществами. Борьба с
загрязнением атмосферы проводится по следующим направлениям;
создание новых технологических процессов, основанных на
безотходном принципе;
усовершенствование технологических процессов,
позволяющих ликвидировать или уменьшить выбросы токсичных веществ
в атмосферу;
разработка и внедрение очистных устройств с целью
извлечения примесей и дальнейшего их использования или
нейтрализации их вредного воздействия на окружающую среду.
На предприятиях по переработке пластмасс в изделия
вредные газообразные выбросы и пыль образуются при проведении
процессов подготовки сырья и материалов, приготовлении ком-
489

Таблица 18.1. Предельно допустимые концентрации основных вредных
веществ в воздухе производственных помещений по переработке
пластмасс в изделия
Вредные вещества
Аминопласты, фенопласты (пресс-порошки)
Аммиак
Ацет альдегид
Бутилацетат
Винилацетат
Вннилхлорнд
Дннил
Масляная кислота
Нитрил акриловой кислоты
Озон
Пропилен
Этилен
Соляная кислота
Стирол
Спирт пропиловый
Спирт бутиловый
Окснд углерода
Углеводороды алифатические предельные
Фенол
Формальдегид
Фтористый водород
Циклогексанон
Этиленоксид
ПДК в
приземном слое

промышленной
площадки. мг/м3
1,6
5
1,5
60
3
9
3
3
0,15
0 03
з'
3
1,5
1,5
3
3
6
90
0,09
0,15
0,15
3
0,3
ПДК в
приземном слое
жилой зоны.
мг/мэ
0,6
0 2
о', 01
0,1
0,15
—
0,01
0,015
0,5
0,5
0,2
0,003
0,3
0,1
3
—
0,01
0,035
0,02
0,04
0,3
позиций, в процессах прессования, литья под давлением,
экструзии, вальцевании и каландровании, а также при механической
обработке изделий, склейке, сварке и других. ПДК вредных
веществ в атмосферном воздухе приведены в табл. 18.1.
Для обезвреживания газовых выбросов и очистки воздуха
от пыли применяются различные методы. Выбор метода
определяется составом и концентрацией вредных веществ,
периодичностью поступления выбросов в атмосферу, а также
требованиями, предъявляемыми к степени очистки воздуха. Необходимо
также учитывать стоимость очистных устройств, которая может
влиять на технико-экономические показатели производства.
18.2.1. Очистка воздуха от пыпи
Образование запыленных потоков может происходить в
результате измельчения, просева, транспортировки, хранения,
перемешивания, упаковки, сушки, таблетирования, механической
обработке изделий и т. д.
490

Пыль представляет собой диспергированные вещества с
размерами частиц от 1 до 500' мкм, она может быть токсична и
взрывоопасна, что требует выполнения
санитарно-гигиенических мероприятий и соблюдения мер взрывобезопасности.
Уменьшение выделения пыли можно достичь увлажнением
пылящего вещества, но это не всегда возможно. Поэтому основная
задача сводится к максимальной герметизации оборудования
и улавливанию пыли в пылеулавливающих устройствах.
Участки и отделения в производстве изделий и композиций,
где выделяется пыль оснащаются местной вентиляцией и
отсосами. Отсасываемый воздух, содержащий пыль, поступает в
очистные устройства. Принципиальная схема вентиляционного
и очистного устройств показана на рис. 18.1.
Наиболее распространенными пылеулавливающими
устройствами являются установки механической очистки;
установки мокрой очистки;
фильтрующие устройства;
электрофильтры.
Выбор типа пылеулавливателя обусловлен концентрацией
запыленности газа, степенью дисперсности частиц и
требованиями к очистке воздуха.
В установках механической очистки частицы
пыли оседают под действием собственной силы тяжести или от
проявления центробежной силы. Эти устройства пригодны
только для грубой предварительной очистки воздуха.
Наиболее простым устройством являются пылеосадительные
камеры, которые служат для очистки газов от пыли с
диаметром частиц более 100 мкм. Из-за низкой эффективности (не
более 50%) и громоздкой конструкции пылеосадительные
камеры часто применяются для первой ступени очистки.
Наибольшее распространение в промышленной практике
получили циклоны. Достоинством циклонов является простота
конструкции и низкая стоимость. Принцип работы этих
аппаратов основан на действии центробежных сил, возникающих при
вращении газового потока. Запыленный поток тангенциально
вводится с большой скоростью в цилиндрическую часть аппа-
Рис. 18.1. Схема вытяжного
вентиляционного и очистного
устройства:
Л 2, 3, 4 — местные отсосы от
расходных бункеров, весов,
загрузочной воронкн, смесителя, рабочего
места: 5 — циклон; 6 — рукавный
фильтр; 7 — вентилятор
I Т I
гттг
V
В атмосферу
7
'' Пьш
49

Очищеннь/п
газ
Рис. 18.2. Схема циклона:
/ — корпус; 2 — центральная труба; 3 —
отводная улитка для очищаемого газа; ¦/—штуцер
для подачн запыленного газа; 5 — приемный
бункер для пылн; 6 — затвор для вывода
пыли «мнгалка»; Г —контргруз «мигалки»
рата, в котором он движется по
спирали. Частицы пыли
отбрасываются центробежной силой к
стенке циклона, опускаются вниз
и собираются в приемном
бункере (рис. 18.2). Очищенный
воздух уходит через центральную
трубу в отводную улитку и
выбрасывается в атмосферу.
Циклоны являются эффективными пы-
леочистительными устройствами:
коэффициент улавливания пыли
с размером частиц 5 мкм
достигает 85%, с размером частиц
10 мкм — 95%, а с размером
частиц 20 мкм —98—99%.
Основным недостатком циклонов является возможность выноса
лыли в случае перегрузки аппарата по газу.
В технологии гаэбочистки широко используются приемы
фильтрования. Для этого применяют тканевые фильтры:
рукавные, мешочные, рамные. Запыленный воздух пропускают
через пористые материалы, способные задерживать или
осаждать пыль (рис. 18.3). Фильтрующие рукава изготовляют из.
шерстяных, хлопчатобумажных или синтетических тканей в
зависимости от температуры очищаемого газа; при применении
стеклянной ткани можно очищать газы с температурой до
300 °С. Коэффициент улавливания пыли может достигать 99%.
Тканевые фильтры работают с большой производительностью
и весьма равномерно. Они применяются в тех случаях, когда
нужна тонкая очистка воздуха от пыли. Высокой
эффективностью обладают рукавные всасывающие встряхиваемые
фильтры с обратной продувкой. Недостатком тканевых фильтров
является сравнительно недолгий срок службы фильтрующей
ткани.
Одним из наиболее эффективных способов пылеулавливания
является электрическая очистка газа, которая осуществляется
в электрофильтрах (рис. 18.4). Электрофильтры
используются для очистки запыленных потоков от наиболее мелких
частиц (пылей, туманов), причем эффективность улавливания
пыли находится в широком интервале дисперсности частиц от
0,01 до 100 мкм, а температура газового потока может дости-
492

гать 500 С и выше. Очистка газа может проводиться как
сулим, так и мокрым способом. Степень очистки достигает 99,9%.
В процессе очистки у коронирующего электрода образуются
ионы, благодаря чему происходит зарядка пылевых частиц и
транспортирование их к осадительным электродам, на которых
происходит периодическое разрушение слоя накопившейся
пыли и сброс ее в бункер. Недостатком электрофильтров является
их высокая стоимость.
Для улавливания пыли применяют также аппараты для
мокрой очистки. Принцип их работы основан на
орошении газа водой или другой жидкостью. Аппараты для мокрой
очистки отличаются от сухих более высокой эффективностью при
сравнительно небольшой стоимости. Однако их использование
возможно тогда, когда допустимо увлажнение очищаемого газа.
При мокрой очистке применяют насадочные колонны,
скрубберы, пенные аппараты, скоростные газопромыватели и др. В
последнее время широкое распространение получили скоростные
аппараты, в которых использован принцип действия трубы
Вентури (рис. 18.5).
Рис. 18.3. Схема рукавного фильтра:
/ — штуцер для подачи запыленного газа: 2 — корпус; -1 — штуцер для подачн воздуха
для продувки рукавов; 4 — устройство, встряхивающее рукава; 5 — штуцер для выхода
очищенного газа; в — фильтрующие рукава; 7— шнек для удаления пыли
Рис. 18.4. Схема электрофильтра:
/ —камера; 2 — изоляционные штанги, 3 — штуцер для выхода очищенного газа, 4— оеа
днтельные (положительные) электроды; 5 — бункер; 6 — затвор бункера; 7 грузики
электродов; 8 — штуцер для входа запыленного газа; 9 — короиирующне (отрицательные)
электроды
493

Зяпылен-t
ныи. из
Шлам
скоростного
газопромывателя:
/ — конфузор; 2 — диффузор; .1 —
каплеуловитель: 4 — форсунка
Мокрым способом
можно улавливать также
ценные или вредные
вещества, выбрасываемые
с отходящими газами.
При больших расходах
газа устанавливают
батарею газопромывателей,
обеспечивающих очистку
воздуха до 95% при
размере частиц до 0,1 мкм.
При мокрой очистке
расходуется большое
количество воды и при сбросе
ее в водоемы в них могут
попадать загрязняющие вещества. Чтобы этого не произошло
применяют циркуляцию воды. Для этого воду из очистного
аппарата вместе со шламом подают в отстойник и после отстоя
снова возвращают на очистные установки, а шлам удаляют
в отвалы или используют.
Все перечисленные виды пылеочистительных установок
применяются в производствах переработки пластмасс в изделия.
Так, циклоны и фильтрующие устройства широко используются
при механической обработке изделий, в производстве
фенопластов (пресс-порошков, волокнитов, текстолитов), аминопластов
и др. При изготовлении изделий из стеклопластиков
запыленный воздух, отсасываемый вытяжной вентиляцией,
направляется в рукавный фильтр, а затем поступает на дополнительную
очистку в систему мокрого улавливания.
18.2.2. Очистка воздуха от газообразных примесей
В процессе переработки полимеров может происходить их
деструкция, в результате которой образуются газообразные
продукты, содержащие различные вредные вещества. При
переработке фенопластов могут образовываться фенол,
формальдегид, оксиды углерода, при переработке полиакрилатов
и полистирольных пластиков — стирол, метилметакрилат,
нитрил акриловой кислоты, цианистые соединения, при переработке
поливинилхлорида — винилхлорид, хлористый водород и т. д.
Уменьшить выделение вредных веществ в атмосферу можно
двумя путями: совершенствованием технологических процессов
синтеза полимеров и их переработки и использованием более
494

эффективных способов очистки. Например, снижение
температуры переработки полимера па 20—50 °С существенно
уменьшает содержание вредных газообразных веществ, а получение
таких полимеров может быть достигнуто добавлением в них
нетоксичных пластификаторов, небольших количеств
легирующих веществ, микродобавок, которые снижают вязкость
расплавов полимеров и температуру перехода в вязкотекучее
состояние.
К основным способам очистки выбросов от газообразных
примесей относятся абсорбция жидкостями, адсорбция
твердыми поглотителями и каталитическая очистка. Выбор способа
очистки зависит от физико-химических свойств загрязняющего
вещества, его агрегатного состояния, концентрации, а также
гехиико-экономических показателей применяемой установки.
Абсорбция жидкостями — это поглощение газов или паров
из газовых смесей жидкими поглотителями — абсорбентами.
Абсорбция применяется как для извлечения ценных
компонентов из газового потока и возврат? их в технологический
процесс для повторного использования, так и поглощения из
отходящих газов вредных веществ с целью очистки воздуха.
Рациональное использование абсорбционной очистки возможно в
том случае, когда концентрация примесей в газовом потоке
превышает 1 % (об.). Процесс абсорбции является
избирательным и обратимым. Это значит, что можно подобрать такой
абсорбент, который будет поглощать только ту примесь,
которую следует извлечь из смеси. После выделения поглощенного
вещества из абсорбента (десорбции) он снова используется в
процессе. Таким образом, получается замкнутый (циклический)
процесс. Абсорберы делятся на полые и насадочные, а по
принципу действия па поверхностные, барботажпые и
распиливающие. Этот способ очистки широко используется для удаления
из выбросов таких вредных веществ как фенол, формальдегид,
фталевый ангидрид, пары кислот, цианистые соединения и др.
Адсорбция твердыми поглотителями основана на
избирательном извлечении вредных компонентов из газа
адсорбентами— твердыми материалами с большой удельной поверхностью.
Этот метод имеет большое значение, так как дает возможность,
используя относительно небольшие количества адсорбента,
обрабатывать большие объемы газов с малой концентрацией
веществ, подлежащих удалению, и достигать при этом высокой
степени очистки. Весьма перспективны непрерывные процессы
адсорбции в так называемом псевдоожиженном состоянии
адсорбента (в кипящем слое). Этим методом пользуются при
очистке воздуха от паров спирта (например, в производстве
стеклотекстолита), растворителей и других вредных веществ.
Каталитическая очистка газов основана на каталитических
реакциях, в результате которых находящиеся в газе вредные
495

примеси превращаются в другие соединения — либо безвредные,
либо менее вредные и легко удаляемые из газа. Каталитическая
очистка весьма перспективна, так как подбирая
соответствующий катализатор можно достигнуть высокой степени очистки,
вплоть до 99,9%. Каталитические реакции протекают с
выделением тепла, которое используется в котлах-утилизаторах, что
уменьшает стоимость очистки.
Каталитический метод можно применять в тех случаях, когда
отходящие газы представляют собой многокомпонентные смеси
различных веществ и когда использование других методов
оказывается нецелесообразным.
Кроме каталитического метода (беспламенного), часто
применяют огневое (термическое) обезвреживание, которое
осуществляется в факеле или в паровых котельных, используя
выбрасываемый загрязненный воздух в виде дутья для горения
в топках котельных агрегатов. Большой интерес представляет
сжигание газовых отходов в промышленных печах. Огневое
обезвреживание в печах заключается в окислении органических
веществ кислородом воздуха при 900—1200 °С и давлении до
0,2 МПа; при этом образуются оксиды углерода и пары воды.
Этот метод применяют в тех случаях, когда концентрация
горючих веществ в отходящих газах не выходит за пределы
воспламенения.
Выбор способа очистки определяется конкретными
условиями производства: количеством газов и их температурой,
составом и концентрацией вредных веществ, возможностью
рекуперации энергии, степенью очистки воздуха, производственными
возможностями, стоимостью способа и т. д. На практике часто
используют комбинацию различных методов. Сочетание
различных способов очистки в одном газоочистном потоке может быть
весьма разнообразным и зависит от конкретных условий.
Обезвреживание газовых выбросов при переработке полиоле-
финов. В процессе переработки полиэтилена, полипропилена и
их сополимеров в результате термической и окислительной
деструкции образуются различные токсичные продукты,
представляющие собой смесь предельных и непредельных
углеводородов, а также кетоны, альдегиды, спирты, диоксид углерода,
которые выбрасываются в атмосферу. Для обезвреживания
газовых выбросов проводится их каталитическое окисление при
температуре 350 °С в присутствии меднохромового
катализатора; при этом степень очистки достигает 90%.
Обезвреживание газовых выбросов при переработке поли-
стирольных пластиков. При переработке полистирольных
пластиков выделяются различные продукты деструкции, из которых
самыми токсичными являются стирол, этилбензол и изопропил-
бензол. Для очистки стиролсодержащих газов используется
каталитическое окисление выбросов до диоксида углерода и воды
496

( Очищенный,
газ
,6
Очи ш,еннЬ''й
газ
Гиз на.
очистку
Рис. 18.6. Технологическая схема
каталитического окисления стиролсо-
держащих газовых выбросов:
/ — смеситель потоков; 2 — вентилятор; 3 —
топка-подогреватель: -/ — контактный
аппарат: -5 — слой катализатора; в —
теплообменник
Рис. 18.7. Технологическая схема очистки промышленных выбросов от паров
стирола:
/ — адсорбер; 2—холодильник; 3 — парогенератор; 4 — насос; 5 — сборник конденсата;
в — сепаратор; 7 — сборник стирола
на алюмоплатиновом катализаторе при температуре газового
потока 350—400°С (рис. 18.6).
Общий газовый поток от всех аппаратов из смесителя / вентилятором 2
подается в топку-подогреватель 3, где за счет теплоты сгорания природного
газа подогревается до температуры реакции. Нагретые газы поступают в
контактный аппарат 4 и, проходя через слой катализатора 5, окисляются.
Выходящие из аппарата газы, нагретые до 350—400 °С, выбрасываются в
атмосферу через теплообменник 6.
Иногда стиролсодержащие газы используются в виде дутья
в топках котельных агрегатов или в печах для термического
окисления, например циклонных печах. Однако применение этих
способов обезвреживания целесообразно в тех случаях, когда
газовые выбросы представляют собой многокомпонентную
смесь соединений, различных по физическим и химическим
свойствам. Если же в газовых выбросах содержится только
стирол, то лучше применить адсорбционный метод с
последующим возвратом его в производство. Стирол хорошо
адсорбируется активным углем и десорбируется острым водяным паром
(рис. 18.7).
При адсорбции газовые выбросы подаются в нижнюю часть адсорбера /,
в котором происходит поглощение содержащегося в воздухе стирола
активным углем. Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Регенерация
угля после насыщения стиролом проводится острым паром. Десорбат после
охлаждения в холодильнике 2 собирается в сепараторе 6, в котором
расслаивается на органический и водный слои. Водный слой поступает в
парогенератор 3 для получения пара на десорбцию, а стирол (органический слой)
собирается в сборнике 7, откуда поступает на установку ректификации для
получения товарного стирола с содержанием основного вещества до 96%-
32—81
497

Степень очистки при этом способе составляет более 99%.
Достоинством адсорбционного метода очистки является его
более низкая энергоемкость и возможность утилизации
стирола, извлеченного из отходящего газа.
Для улавливания мелкодисперсной пыли полистирола,
образующегося на стадиях сушки в производстве эмульсионного
полистирола, а также при дроблении используют
пылеуловитель, заполненный раствором поверхностно-активного
вещества (ПАВ). Отработанный воздух барботируется через слой
раствора ПАВ, где отделяется от пыли полистирола, проходит
через влагоотделитель и выбрасывается в атмосферу.
Уловленная пыль полистирола в виде «пены» поступает на осаждение.
При производстве изделий из полистирола применяют сорб-
ционно-каталитический метод, который состоит в
низкотемпературном поглощении стирола, образующегося при деструкции
полимера, на поверхности палладийпиролюзитового
катализатора. Из цехов переработки паровоздушная смесь по
вентиляционным трубам поступает на фильтрационное устройство для
очистки от пыли, затем направляется в реактор, заполненный
катализатором, для сорбции и каталитической очистки,
чередующимися с регенерацией. По завершении процесса поглощения
катализатор нагревают в токе воздуха при строгом соблюдении
режима нагревания: при 150°С в течение 1,5 ч, затем при
180°С— 1,5 ч, при 200°С — 1 ч и при 250°С— 1 ч. Регенерацию
катализатора проводят в потоке паровоздушной смеси. При
этом стирол окисляется в присутствии катализатора до диоксида
углерода и воды. После процесса регенерации катализатора
установку вновь переводят на режим поглощения.
Одним из вариантов этого процесса предусматривается
установка аппаратов-поглотителей стирола над каждой литьевой
машиной. Регенерацию катализатора проводят централизованно
на специальных установках.
Обезвреживание газовых выбросов при переработке поливи-
нилхлоридных пластмасс. В производстве полнвииилхлорнда
на стадиях сушки и упаковки, я также в процессе его
переработки выделяются пыль, продук ы деструкции, остаточный
мономер—випилхлорид, который является наиболее токсичным.
Очистка от пыли проводится в циклонах или фильтрах, а
удаление из О1 холящих газов винилхлорида осуществляется по
двум направлениям: либо адсорбцией мономера из
отработанного потока с последующим возвратом в технологический цикл,
либо химическим или термическим обезвреживанием мономера.
Наиболее широко применяют адсорбционный метод с
использованием активного угля. Для повышения эффективности
метода отходящий погок, содержащий випилхлорид, перед
подачей в угольный адсорбер сушат на молекулярных ситах и
охлаждают до низких температур. В этих условиях удается
498

извлечь из выбросов почти весь мономер. Разработан способ
абсорбции винилхлорида различными реагентами, например
дихлорэтаном.
Химическое обезвреживание винилхлорида осуществляется
посредством его окисления кислородом воздуха или
озонированием с последующей промывкой щелочным раствором. При
450 °С на магнийхромовом катализаторе винилхлорид
разлагается на 99,7%.
Обезвреживание газовых выбросов при переработке
фторопластов. Газовые выбросы при производстве изделий из
фторопластов в основном происходят на стадиях оплавления
порошков, омыления покрытий, сварки, сушки и др. В выбросах могут
находиться фторсодержащие соединения, которые являются
высокотоксичными веществами. Обезвреживание больших
объемов газовых потоков с высокими концентрациями
токсичных веществ целесообразно проводить путем пирогидролиза,
а для небольших объемов отходящих газов с невысокой
концентрацией токсичных веществ применять небольшие
двухслойные фильтры с активным углем и химическим известковым
поглотителем. После насыщения слоев вредными веществами
такие фильтры не регенерируют, а подвергают захоронению в
специально отведенных местах (могильниках для захоронения
промышленных отходов).
Пирогидролиз проводят при 1000—1200°С в присутствии
воды. В этих условиях фторпроизводные разлагаются с
образованием фтористого водорода и диоксида углерода. Газовый
поток после печи сжигания проходит через насадочный
скруббер, орошаемый циркулирующей водой. При этом фтористый
водород извлекается из газового потока и утилизируется, а
диоксид углерода и пары воды выбрасываются в атмосферу.
Фтористый водород можно не утилизировать, а обезвреживать,
промывая газовый поток известковым молоком.
Обезвреживание газовых выбросов в производстве
фенопластов. В газовых выбросах производства и переработки
фенопластов содержатся фенол, формальдегид, метанол и другие
вредные вещества, причем количество их в отработанных газах
колеблется в широких пределах. В промышленности широко
используют методы абсорбции и адсорбции. При абсорбции
самым доступным поглотителем является вода, однако при
водной очистке невозможно добиться большой глубины очистки,
так как предельная концентрация фенола в воде при 20°С не
превышает 2%.
Более перспективным является метод хемосорбции-абсорб-
ции с помощью активных поглотительных жидкостей,
нейтрализующих вредные вещества, содержащиеся в отходящем потоке.
В качестве хемосорбентов применяют водные растворы щелочи
32* 499

и процесс обесфеиоливания проводят в абсорберах с псевдоожи-
женной шаровой насадкой.
Адсорбционный способ очистки отработанных газов
производства фенопластов применяется реже, так как его реализация
сопряжена с громоздкой аппаратурой и высокой
энергоемкостью регенерации адсорбента из-за осмоления поглощенных
веществ. Однако этот метод может оказаться вполне
приемлемым, если вместо регенерации адсорбента отправлять его после
насыщения на сжигание. В этом случае в качестве адсорбента
используют уголь. Процесс осуществим, если концентрация
фенола в отходящих газах незначительна и возвращение его в.
производство не предусмотрено технологическим режимом.
Очистку отработанного воздуха в производстве фенопластов
можно проводить также каталитическим окислением на хромо-
никелевом контакте при 250—350°С и огневым сжиганием в-
котельных установках.
В производстве фенольных пресс-порошков, волокнистых
материалов, при обрезке плит текстолита выделяется большое
количество пыли. Очистка отработанного воздуха в этих
процессах проводится с помощью циклонов и рукавных фильтров
с антистатическим полотном.
Обезвреживание газовых выбросов при переработке
пластмасс в изделия. Создание специальных газоочистных установок
на предприятиях переработки пластмасс требует больших
капиталовложений и дополнительного расхода топлива и
электроэнергии. Поэтому перспективным методом очистки является
обезвреживание воздуха путем сжигания вредных примесей в
топках котлов. В этом случае загрязненный воздух в смеси со-
свежим подают в топку котельных установок, а затем
выбрасывают через дымовую трубу в атмосферу.
Вредные выбросы цехов переработки пластмасс содержат
самые разнообразные примеси: пары мономеров (например,,
стирола, винилхлорида), продукты деструкции полимеров,
пары растворителей и другие вредные вещества. Содержание
примесей в выбросах обычно мало, но общий объем газов
достаточно велик, поэтому в таких случаях используется адсорбци-
онно-окислительная установка. В адсорбере загрязненный газ
очищается от паров растворителей активным углем, а очистка
газового потока от других примесей проводится путем окисления
в печах сжигания.
18.3. ЗАЩИТА ВОДОЕМОВ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ
Промышленные предприятия и коммунальное хозяйство из
всего количества забираемой из водоемов воды безвозвратно
расходует около 5—10%, остальное же количество воды
сбрасывается обратно в водоемы в загрязненном состоянии. При
500

Таблица 18.2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ
в воде объектов хозяйственно-питьевого
и культурно-бытового назначения
Вредные вещества
¦Фенол
Фурфурол
Ксилол
Толуол
Стирол
Бутадиен
Бутанол
Пропанол
Бензол
Метанол
Метакриловая кислота
Трикрезилфосфат
Формальдегид
Фуран
Циклогексан
Циклогексанон
Тетрахлорид углерода
Ацетон
Определяющий
показатель вредности
Органолептический
То же
>
>
>
>
»
Санитарно-токсикологи-
четким
То же
>
>
>
>
»
>
>
Общесанитарный
ПДК, мг/л
0,001
1
1
0,5
0,1
0,1
1
0,25
0,5
3
1
0,005
0,05
0,2
0,1
0,2
0,3
В пределах, допустимых
расчетом на содержание
органических веществ
в воде водоемов, и по
показателям БПК
сбросе в водоемы неочищенных сточных вод нарушается
биологическое равновесие. Поэтому установлены специальные
Правила охраны поверхностных вод от загрязнения. Правилами
установлены нормативы отдельных показателей, характеризующих
воду водоема после сброса в него сточных вод. К ним относятся
количество растворенного в воде кислорода после смешения,
биологическая потребность в кислороде (БПК), содержание
взвешанных частиц, запах (его не должно быть),, содержание
токсичных веществ (оно должно быть в пределах норм ПДК)
и др. ПДК вредных веществ в воде приведены в табл. 18.2.
При переработке пластмасс в изделия вода используется,
главным образом, для охлаждения и нагрева форм,
материальных цилиндров, вальцев, как гидравлическая жидкость в
прессах и т. д.
Использованная вода обычно не соприкасается с вредными
веществами и является условно чистой, но может содержать
взвешенные частицы. Поэтому эту воду можно использовать
повторно, т. е. применить систему оборотного водоснабжения
<рис. 18.8).
50 i

Рис. 18.8. Схема очистки сточных вод и подготовки их к использованию в
системе оборотного водоснабжения без сброса сточных вод в водоемы:
/ — узел оборотного водоснабжения; // — узел охлаждения условно чистой волы; /// —
технологические установки; IV— системы локальной оборотной очистки: V — узел
дополнительной очистки; VI—механическая очистка; VII — узел подготовки отходов;
VIII — физико-хнмнческая очистка; IX — химическая очистка; X — биологическая
очистка; / — линия добавочной воды, забираемой из водоема на подпитку; 2 — оборотная
охлаждаемая вода (условно чистая); 3 — линия чистой воды, возвращаемой в
технологические установки; 4— потерн воды; 5 — линии сточных вод. 6 — линии очищенных
сточных вод; 7 — линии подачи чистой воды из узла подготовки отходов; 8 — линии
отвода нз очистных устройстэ отходов, содержащих воду; 9 — линия возвращения
полезных отходов в технологические установки; 10 — линия отвода отходов на уничтожение
Рнс. 18.9. Схема устройства простой решетки:
/ — подводящий канал; Г —решетка; 3— настнл; 4 — отводящий канал
Б- 1
"/.
Рис. 18.10. Схема горизонтальной песколовки с прямолинейным движением
воды:
/ — привод скребкового механизма; 2 — скребковый механизм: Л —сточная вода;
осевший песок; 5 — приемный бункер для песка; 6 — приемник грязевого насоса
4 —
502

Рис. 18.11. Схема вертикального
отстойника:
1—центральная труба для подачн
очищаемой воды: 2 — круговой водослнв: 3 —
отстойная часть: 4—отражатель: 5 — нло-
вый колодец; 6 — илопровод для удаления
ила
В тех случаях, когда это
возможно, для охлаждения
следует применять
аппараты воздушного охлаждения
(АВО). Замена водяного
охлаждения воздушным резко
снижает расход воды и сброс
стоков в водоемы.
Загрязненные воды перед
сбросом в водоемы подвергают очистке. Выбор метода очистки
зависит от многих факторов, но прежде всего от физического
состояния загрязнителя и его концентрации. Различают
механическую, физико-химическую, химическую, биохимическую,
термическую очистку.
Сточные воды от производства изделий из пластмасс
очищают, главным образом, механическими методами. Основными
процессами механической очистки являются:
процеживание сточной воды через решетки и сетки для
отделения крупных частиц и посторонних предметов (рис. 18.9);
улавливание в песколовках тяжелых примесей, проходящих
через решетки и сетки (рис. 18.10);
отстаивание для удаления нерастворяющихся веществ
(рис. 18.11 и 18.12);
Рис. 18.12. Схема радиального отстойника:
/—железобетонный бассейн: 2 — круговой водослнв: 3 — центральная распределительная
труба: 4 — электродвигатель, приводящий во вращение фермы; 5 — мост для
обслуживающего персонала; 6 — ферма: 7 — скребкн; « — труба для удаления осадка; 9 —
приямок
503

Рис. 18.13. Схема устройства закрытого напорного гид-
роциклоиа:
; цилиндрическая часть гидроциклона; 2 — патрубок для
подачи очищаемой воды: 3 — коническая часть гидроциклоиа: 4 —
*— спуск для шлама; 5 — выходной патрубок для очищенной воды
удаление твердых взвешенных частиц в
гидроциклонах (рис. 18.13);
фильтрование для задержания
тонкодисперсных взвесей (рис. 18.14).
В отдельных случаях применяют
нейтрализацию кислых или щелочных стоков, а
также разбавление стоков до предельно
допустимых концентраций. Например, в
гальванических отделениях инструментальных цехов по
изготовлению и ремонту оснастки образуются
*- загрязненные стоки. Эти стоки направляются
на установку нейтрализации, которая состоит
из насосной станции с резервуарами —
накопителями, камер реакции щелочных и
хромовых сточных вод и реагентного хозяйства.
На специализированных предприятиях по переработке
пластмасс в изделия, где имеются цеха или участки пропитки, может
возникнуть необходимость в установке термического
обезвреживания жидких стоков, содержащих органические вещества.
18.4. УТИЛИЗАЦИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
При переработке пластмасс накапливаются твердые отходы,
которые необходимо утилизировать или обезвреживать. Для
этого применяются в основном повторная переработка отходов
или использование их в различных композициях, термическое
\ if"
' / / /
\ III / / /
«\
d
6
Рис. 18.14. Схема устройства безнапорного открытого фильтра:
I—ввод очищаемой воды; 2 — регулирующий шибер; 3 — выход промывной воды; 4 —
уровень очищаемой воды; 5 — фильтрующий материал; 6 — ввод промывной воды; 7 —
труба для отвода очищенной воды; 8—подфильтровое пространство; 9 — дренажное
основание, поддерживающее фильтрующий материал
504

разложение с получением целевых продуктов, термическое
обезвреживание с регенерацией выделяемой теплоты.
• Особое место занимает разработка фото- и биоразрушаю-
щихся пластмасс, которые после окончания срока эксплуатации
способны разлагаться до низкомолекулярных соединений,
поглощаться микроорганизмами почвы и таким образом включаться
в замкнутый биологический цикл, не оказывая отрицательного
влияния на окружающую среду.
При выборе метода утилизации отходов необходим
комплексный подход к решению вопроса с учетом
технико-экономических, социальных и экологических факторов.
Использование отходов термопластов в качестве добавок к
различным композициям, а также их повторная переработка в
изделия описаны в гл. 8.
Использование отходов реактопластов затруднено, так как
в процессе переработки они утрачивают свою способность к
размягчению и растворению. Поэтому они обычно
подвергаются термическому обезвреживанию с использованием тепла
продуктов горения. Сжигание проводят при 1000 °С в присутствии
кислорода воздуха. В этих условиях органическая часть отходов
сгорает полностью с образованием диоксида углерода и паров
воды. Горячие газы направляются в дальнейшем в
котел-утилизатор для нагрева воды, используемой для различных
производственных нужд, а затем через дымовую трубу
выбрасываются в атмосферу. За последние годы разработаны печи
различных конструкций для сжигания отходов: подовые,
ротационные, форсуночные, поворотные для сжигания в
воздушном потоке, с нижним пламенем, с кипящим слоем. Появились
также печи с двухступенчатым сжиганием, обеспечивающим
полное сгорание отходов.
В отдельных случаях отходы реактопластов, например
отходы при переработке пресс-изделий, используют в качестве
добавок к исходному материалу в производстве пресс-порошков
или аминопластов (в количестве 5—7%). Для этого отходы
измельчают и получают бакелитовую муку. Необходимо
учитывать, что активность бакелитовой муки повышается с
увеличением дисперсности, так как удельная поверхность частиц
становится больше. При тонком измельчении возможно более
полное использование отходов особенно при добавке к ним
фурфурола в производстве фенопластов или водного раствора
карбамида в производстве аминопластов.
Подготовка отходов проводится по следующей схеме (рис. 18.15).
Отходы, получаемые при прессовании, поступают через бункер-дозатор / н mifi-
ромельницу 2. Измельченный материал направляется в токе воздуха и
классификатор 3. Более крупные частицы возвращаются на виброме.чыпшу.
а тонкий помол поступает в осадительный циклон 4. из которого его отСш-
рают для повторного использования. Пыль улавливается в рукавном
фильтре 5.
505

Несмотря на большое внимание, уделяемое методам
утилизации и обезвреживания отходов пластмасс до настоящего
времени еще велика доля отходов, которые вывозят на свалки.
Свалки отходов пластмасс являются серьезным источником
загрязнений почв и почвенных вод. Кроме того, требуется
долговременное отчуждение значительных площадей, поскольку
большинство пластмасс не разрушается в естественных условиях
в течение длительного времени.
Поэтому в настоящее время разработаны методы закрытого
захоронения отходов (покрытие их сверху землей).
Разработаны также специальные добавки для разрыхления почвы,
которые вводятся вместе с отходами при захоронении.
Захоронение отходов производят на специальных полигонах, площадь
которых определяется расчетным сроком их эксплуатации (не
менее 25 лет).
Способ захоронения на таких полигонах выбирается в
зависимости от класса опасности веществ, составляющих отходы.
Твердые отходы, содержащие вещества четвертого класса
опасности, складируют послойно. Каждый слой выравнивают и
уплотняют, каких-либо специальных мероприятий при этом не
требуется. Захоронение твердых и пылевидных отходов,
содержащих токсичные вещества второго и третьего класса опасности
нерастворимые в воде, проводят в котлованах с послойным
уплотнением. Наивысший уровень отходов в котлованах должен
быть ниже планированной отметки, прилегающей к котлованам
территории, не менее чем на 2 м. Отходы, содержащие
растворимые в воде вещества второго и третьего класса опасности,
также подлежат захоронению в котлованах с изоляцией дна и
боковых стенок уплотненным слоем глины толщиной 1 м.
Захоронение небольших количеств водорастворимых отходов,
содержащих особо токсичные вещества, проводят в котлованах в
контейнерной упаковке, помещенной в бетонный короб.
Заполненные отходами котлованы изолируют уплотненным слоем
В атмосферу
Рис. 18.15 Схема
использования отходов реактоил;!-
стов:
X — бункер-дозатор; 2 — ьибро-
мельыица; 3 --¦ классификатор:
4—осадительный циклон; 5 —
рукавный фильтр
506

грунта толщиной 2 м, после чего покрывают
водонепроницаемым покрытием из гудрона или других материалов.
Такой дифференцированный подход к складированию
отходов и правильная эксплуатация полигонов позволяют резко
уменьшить отрицательное влияние промышленных отходов на
окружающую среду.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
18.1. На каких технологических стадиях производства
изделий из пластмасс возможно образование вредных выбросов в
атмосферу?
18.2. Какие принимаются меры для уменьшения или
исключения вредных выбросов в окружающую среду?
18.3. В чем заключается преимущество безотходной
технологии?
18.4. Что такое материальный индекс производства?
18.5. Какие существуют способы очистки выбросов от
газообразных веществ в атмосферу?
18.6. Какими методами можно очистить воздух от пыли?
18.7. Как устроены циклоны, фильтры и другие устройства?
Какова степень их эффективности?
18.8. Что такое оборотная система водоснабжения?
18.9. Какие методы очистки воды от загрязнителей
применяют в производстве изделий из пластмасс?
18.10. Каковы принципы очистки сточных вод (см. рис. 18.9—
18.14)?
18.11. Какие существуют пути обезвреживания и
использования твердых отходов пластмасс?
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Брацыхин Е. А., Шульгина Э. С. Технология пластических масс, изд. 3-е. Л.:
Химия, 1982. 328 с.
Гурова Т. А. Технический анализ производства пластмасс, изд. 2-е. М.:
Высшая школа, 1980. 200 с.
Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс. Л.:
Химия, 1983. 304 с.
Калинчев Э. П., Саковцева М. Б. Свойства и переработка термопластов. Л.:
Химия, 1983. 288 с.
Миндлин С. С. Технология производства полимеров и пластических масс на
их основе. Л.: Химия, 1973. 352 с.
Технология пластических масс/Под ред. В. В. Коршака, изд. 2-е. М.: Химия,
1976. 608 с.
Дковлев А. Д. Технология изготовления изделий из пластмасс, изд. 2-е. Л.:
Химия, 1972. 344 с.
Тагер А. А. Физико-химия полимеров, изд. 3-е. М.: Химия, 1978. 536 с.
Гуль В. Е., Акутин М. С. Основы переработки пластмасс. М.: Химия, 1985.
507

Холмс-Уолкер В.-А. Переработка полимерных материалов./Пер с англ. М •
Химия, 1979. 304 с.
Фишер Э. Экструзия пластических масс./Пер. с англ. М.: Химия, 1970. 288 с.
Фридман М. Л. Технология переработки кристаллических полиолефииов. М.:
Химия, 1977. 400 с.
Брагинский В. А. Литье под давлением. Л.: Химия, 1973, 80 с.
Завгородний В. К., Калинчев Э. Л., Марам Е. И. Литьевые машины для
термопластов и реактопластов. М.: Машиностроение, 1968. 376 с.
Лапшин В. В. Основы переработки термопластов литьем под давлением. М :
Химия, 1974. 270 с.
Шерышев М. А., Ким В. С. Переработка листов из полимерных материалов.
Л.: Химия, 1984. 216 с.
Быстрое Г. А., Гальперин В. М., Титов Б. П. Обезвреживание и утилизация
отходов в производстве пластмасс. Л.: Химия, 1982. 264 с.
Кноп А., Шейб В. Фенольные смолы и материалы на нх основе/Пер, с англ.
Под ред. Ф. А. Шутова, М.: Химия, 1983. 280 с.
Ставров В. П. и др. Технологические испытания реактопластов, М.- Химия,
1981, 248 с.
Брагинский В. А. Прессование. Л.: Химия. 1979. 172 с.
Завгородний В. К- Оборудование для переработки пластмасс. М.:
Машиностроение, 1976. 408 с.
Соколов А. Д., Швец М. М. Литье реактопластов. Л.: Химия, 1975. 86 с.
Берлин А. А., Шутов Ф. А. Химия и технология газонаполненных высокопо-
лимеров. М.: Наука, 1980. 504 с.
Берлин А. А., Шутов Ф. А. Упрочненные газонаполненные пластмассы. М.:
Химия. 1980. 224 с.
Ложечко Ю. П. и др. Переработка вспенивающихся термопластов. Л.:
Химия, 1979. 144 с.
Семерджиев С. Г. Термопластичные конструкционные пенопласты/Пер. с
болг. Л.: Химия, 1979. 128 с.
Осиновский Э. И., Суворов В. Д. Механическая обработка и отделка
изделий из пластмасс. Л.: Химия, 1976. 92 с.
Штучный Б. П. Обработка пластмасс резанием. Справочное пособие. М.:
Машиностроение, 1974. 144 с.
•JionuH В. А., Макаров В. Л., Ростовцев А. М. Обработка изделий из
пластмасс. М.: Химия, 1987. 176 с.
Зайцев К- И., Мацюк Л Н. Сварка пластмасс. М.: Машиностроение, 1978.
Кардашов Д. А., Петрова А. П. Полимерные клен. Создание н применение.
М.: Химия, 1983. 256 с.
Лолков С. С, Гирш В. И. Склеивание и напыление пластмасс. М.: Химия,
1988. 112 с.
Волков С. С. Черняк Б. Я- Сварка пластических масс. М.: Химия, 1987. 216 с.
Шалкаускас М., Вашкялис А. Химическая металлизация пластмасс. Л.:
Химия, 1972. 168 с.
Басив Н. И. и др. Техника безопасности при переработке пластмасс. М.:
Химия, 1978. 160 с.
Казакевич П. И. Техника безопасности при изготовлении изделий из
пластмасс. М.: Машиностроение, 1972. !60 с.
Макаров Г. В. и др. Охрана труда в химической промышленности. М.:
Химия, 1977. 568 с.
Воронцов А. И., Харитонова Н. 3. Охрана природы. М.: Высшая школа, 1977.
Кузнецов И. Е. Защита атмосферного воздуха от загрязнений. Симферополь:
Таврия. 1973.
Проскуряков В. А., Шмидт Л. И. Очистка сточных вод в химической промыш
лениости. Л.: Химия. 1977. 464 с.
Канцельсон М. Ю., Балаев Г. А. Пластические массы, справочник, изд. 3-е.
Л.: Химия, 1982. 317 с.
Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, Т. 1, 1972, 1224 с;.
Т. 2, 1974, 1032 с; Т. 3, 1977, 1152 с.
508

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абляция 355
АБС-пластик 72 ел., 120, 159
Аминопласты 296 ел., 343
Антегмит 286
Антимикробные агенты 35
Антиозонанты 29
Антиоксиданты 29
Антшшрены 34
Антирады 29 ел.
Антистатики 34
Антифрикционные свойства 38
Аппреты 352
Армированные полимеры 348 ел.,
357 ел., 372 ел.
Аррениуса уравнение 54
Асбоволокниты 287 ел., 349
Асботекстолит 290 ел.
Безлитмиковые системы 190
Гранулометрический состав 66, 273
Грануляторы 111 ел.
Давление литья 203
— прессования 327
Дегтрукнич 5ft л.
Дефекты
каляндрппаиии'-1 плени* 94
литьевых изделий 223 ел.
пресс-изделий 336 ел. I
экструдированных листов 121
— пленок 157 ел.
— труб 131 ел.
экструзионно-выдувных изделий
166 ел.
Диэлектрическая проницаемость 41
Древеснослоистые пластики 280 ел.,
350
Вайссеиберга эффект 56
Вакуумформование 229 ел.
Вальцевание 11, 80 сл„ 262, 478
Вальцы 81 ел.
Вентиляция 468
Винипласт 70 ел.
Водостойкость 44
Волокна 349 ел., 354 ел.
Волокниты 286 ел., 305
Время выдержки под давлением
327 ел.
- отверждения 270
Вспенивание 388 ел., 484 ел.
Высокоэластическое состояние 47 ел.,
56
Вязкость 55 ел.
Жизнеспособность олигомеров 294,
303
Закон вязкого течения Ньютона 50 ел.
Замасливатели 352
Зенкерование 427
Зоны цилиндра 103 ел., 193 ел.
Износостойкость 38
Мэоцианаты 407
Ингибиторы 29
Иитрузня 179 ел.
Газообразователи 390 ел.
I илтовка 4!5 ел.
Генераторы ТВЧ 312 ел.
Гетинакс 290 ел., 350
Гнездность формы 192, 321, 323
Головки
листовальные 117 ел.
плоскощелевые 147 ел.
пая рукавных пленок 140 ел.
типа «рыбий хвост» 148
трубные 126 ел.
для трубчатых заготовок 161 ел.
Гофратор для труб 131
Гранулирование 11, 109 ел., 112
Кажущаяся плотность 376
Каландрованне 11, 80 сл„ 262, 478
Каландровый эффект 86
Каландры 83 ел.
Калибрование труб 124 ел.
Капролон 254 ел.
Композиты 348 ел.
Контактное формование 358 ел.
Коитризгиб валков 87
Коэффициент
раздува заготовки 165
светопронускания 43
температуропроводности 58
теплопроводности 57
509

Коэффициент
трения 38
уплотнения 274
Красители 32 ел.
Кратность вытяжки пленки 149
Кремнийорганические полимеры 304,
351
Кривые течения 52
Линия кристаллизации 138
Листы многослойные 166 ел.
Литниковая система 188 ел.
Литье
автоклавное 246 ел.
под давлением см. Литье под
давлением
без давления 249 ел.
центробежное 246 ел.
Литьевые машины
классификация 173
мощность 173
объем впрыска 173
для реактопластов 341 ел.
роторные 184 ел.
специальные 179 ел.
для термопластов 173 ел.
червячные 174 ел.
Литьевые формы 185 ел.
Лнтье под давлением 11
выбор оборудования 463 ел.
двухцветных изделий 182 ел.
параметры 178, 201 ел.
пеиоизделнй 395 ел., 403
расходные нормы 459 ел.
реактопластов 308, 338 ел.
термопластов 172 ел.
техника безопасности 480
Металлизация пластмасс 454 ел.
Механическая обработка 335, 414
Механические свойства 35 ел.
Морозостойкость 40
Надмолекулярная структура 14
Намотка 365 ел.
Наполнители 21, 349, 352 ел.
Напыление пластмасс 362, 451
Неньютоновские жидкости 51
Новолоки 277 ел.
Нуклезиаты 397
Ньютона закон вязкого течения
50 ел.
Обработка изделий 221 ел., 485
Обратный поток 102
Олигомеры 13, 266 ел., 350
Олигоэфиры 407
Оптические свойства 42
Органопластики 356
Отвердитсли 33
Отходы термопластов 258 ел., 504
Пенопласты 25, 374 ел.
беспрессовое получение 389
двухкомпонентное литье 403
заливка 407 ел.
прессовое получение 384 ел.
Пенополиуретан 409 ел.
Перекрещивание валков 87
Пластикат 71, 80, 112
Пластнкаторы червячные 313 ел.
Пластикация 193 ел.
Пластификаторы 26 ел.
Пластмассы 21 ел.
Пленки (ок)
каландрованные из ПВХ 92
ламинированные из ПЭ1Ф 156
многослойные 166 ел.
ориентированные 148 ел.
плоские 142 ел.
отходы 261
рукавные 134 ел.
центробежное литье 248
экструдированиые 133 ел.
Пневмоформование 230 ел.
Подпрессовка 332
Показатели
преломления 43
текучести расплава 52, 62
чувствительности расплава к
сдвигу 53
Полиакрилаты 74 ел, 159, 214
Полиамиды 76, 159, 218 ел, 306
Поливинилхлорид 70, 80, 89, 92, 112,
115, 120, 129, 159, 212 ел, 385 ел.,
393, 498
Полиимиды 351
Поликарбонаты 76, 159, 217 ел.
Поликонденсация 19 ел.
Полимеризация 15 ел.
Полимер-мономерные композиции
251 ел.
Полимеры 13 ел., 46
Полиметилметзкрилат 74
Поли-4-метилпентен-1 70
Полиолефины 69 ел., 142 ел., 164, 496
Полипропилен 70, 115, 120, 123, 129,
134, 144, 159, 211
Полистирол 71, 133. 159, 214, 496
- ударопрочный 72
Политетрафторэтилен 73, 241 ел.
Полиуретаны 78
Полиформальдегид 75, 159, 215 ел.
Полиэтилен 69 ел., 115, 120, 123, 129,
510

Полиэтилен
133 ел., 144, 155 ел., 159, 209 ел., 261
Полиэтилеитерефталат 75, 152, 155
Полиэфиры 75 ел.. 298 ел., 350
Поропласты 375
Поток утечки 102, 107
Премиксы 300
Препрегн 301
Прессование 11, 308 ел.
двухцветное 335 ел.
иижекциопиое 179 ел.
литьевое 309, 328
параметры 326 ел.
плунжерное 309
прямое 308, 328
расходные нормы 461, 463
техника безопасности 475
Пресеосъем 327
Пресс-порошки 281 ел., 296 ел.
Пресс-формы 319 ел.
Прессы 315 ел.
роторные 346
•этажные 371
11розрачиость 42
Производительность
вальцов 88
каландра 87
литьевой машины 202
пластикационная 195 ел.
экструдера 106 ел.
Противоток 102
Прочность пластмасс 36 ел.
Прямой поток 101. 106
Распорное усилие 86
Расходные нормы 457 ел.
Рсактопласты 21, 24, 266 ел 308 ел.,
338 ел.
Режущий инструмент 420 ел.
Резка пластмасс 43! ел.
Релаксационные процессы 49
Реологические свойств,'! 46
Робототехппческис комплексы 345
СВАМ 293
Снарка пластмасс 433 ел.
Светостабилнзаторы 29 ел.
Связующие 21, 350 ел.
Склепв.пше пластмасс 446 ел.
Скорость сдвига 50
Слоистые пластики 290 ел, 297. 358.
367 ел
Смазки 30 ел.
Смесители центробежные 90
- чериячпые 98 ел.
Смешение 1 i
Сопла 175 ел.
Сополимеры 13
Соэкетрузия 166 ел.
Спекание 241 ел.
Стабилизаторы 28 ел
(„:ареаае 28 ел
Стеклоио.юкннгы 289 ел.
Стеклообразное юстонпие 47
Стеклопластики 357 ел., 483 ел.
гофрированные 368
Стеклотекстолит 290 ел.
Слепень
отверждения 271
раздува рукава 138
сжатии 104 ел.
(л руктурообразонагели 34
Сушка 1 1
CnniBaiomnii dp-'ui 14
Сыпучесть 273
Сэндвич-процесс 403
Таблетнрование 11, 330 ел.
Таблетируемость 273
Таблеточные машины 310 ел.
Твердость 37 ел.
Текстолит 290 ел.
Текучесть 62
— но Рашнгу 269 ел.
Температура
литьевой формы 203
литья 202
стеклования 48
текучести 50
хрупкости 41
Теплостойкость 39
— по ,V\;i(jTeney 270
Теплофизичс-ские свойства 39 ел.
Термомехапическня кривая 47
Термообработка 334 ел.
Термопласты 21. 24, 1!8. 211 ел., 249,
258 ел.
вспененные 400 с^.
литье под давлением 172 ел.
наполненные 220 ел.
переработка 45 ел.
промыш.-к'ппис 68 ел.
технологические гнопствл 62 ел.
Теомостабильноеть расплавов 58 ел.,
65 ел.
Тс^моформонапис 11, 228 ел.
Токарная обработка 417 ел.
Точечным .чп гинь. 189
Трубы м:к)[ ослойпые 166 ел.
Углспла!. тим: 350, 355
Ударная ви.пчоеть 37
Удельная теплоемкость 56
Уравнение Аррениусл 54
Усадка 67 ел . 275, 334
Усилие прессовании 317
УФ абсорберы 29 ел.
5U

Фаолит 288 ел.
Фенопласты 280, 343, 350, 499
Фнзические состояния 46 ел.
Формование при литье 196 ел.
— центробежное 364 ел.
Формовочные машины 233 ел.
Фрикционные свойства 38 ел.
Фрикция валков 80, 284
Фторопласты 241 ел., 485, 499
Характеристика червяка 107
Химическая стойкость 44
Холодное формование 228
Цветность 43
Червяк 175
Экструдеры 95 ел.
двухчервячные 97 ел.
дисковые 97 ел.
классификация 95
Экструдеры 95 ел.
одночервячные 95 ел.
осциллирующие 98 ел.
производительность 106 ел.
Экстр узионно-выдувное формование
157 ел.
Экструзионный пластомер 62
Экструзия 1 1, 94 сл„ 462, 479
листов 115 ел., 119 ел.
параметры 108, 119, 129, 143, 163,
169
пеноизделий 404 ел.
пленок 131 сл„ 134 ел.. 142 ел.,
150 ел.
— ориентированных 148 ел.
покрытий 154 ел.
труб, шлангов 121 ел., 129 ел.
— гофрированных 130 ел.
Эластомеры 48
Электрические свойства 41 ел.
Эпоксидные полимеры 301, 350
Этролы 78, 80, 120
Эффект Вайссенберга 56
Эффективная вязкость 51
Учебное издание
ШВЕЦОВ Геннадий Александрович
АЛИМОВА Дина Умяровна
БАРЫШНИКОВА Мария Даниловна
Технология
переработки
пластических
масс
Редакторы Л. И. Галицкая, А. А. Рогайлина
Художествениьп; редактор В. В. Бордунова
Технический редактор С. Ю. Титова
Корректоры Т. С. ;':асина, М. А. Ивлиева
ИБ № 1795
Сдано в набор 09.02.88. Подписано в печать 11.05.88. Формат
бОХ88'Аб- Бум. офс X. 2. Гарнитура «ли герц гурная» . Печать
офсет. Усл. печ. л. З1 2^ У:л. кр.-огт. 31.26. Уч.-изд. л.
33.86. Тираж 12 000 экз. З.чхаз 81. Цена I р. 30 к.
Ордена «Знак Почета* И1Дательство «Химия», 107076.
Москва. Стромынка. 21
Московская типография № 11 Союзполиграфпрома при
Государственном комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли. 11310Г». Москва. Нагатинская
ул., д. 1