ОСОБЕННОСТИ ФОРМОВАНИЯ ПКМ С ТЕРМОПЛАСТИЧНОЙ МАТРИЦЕЙ

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
В связи с изменением состояния полимера на каждой стадии технологического процесса особенно важное значение имеют те его свой-.
ства, 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 в формующий инструмент большое значение имеют вязкостные, то есть реологические свойства расплава. При охлаждении отформованного изделия важную роль играют как теплофизические свойства, так и процессы кристаллизации и усадки.
Таким образом, поведение полимера при переработке определяется целым комплексом свойств, на основе которых выбираются параметры переработки. Эти свойства связаны с физическим состоянием термопласта - стеклообразным, высокоэластическим и вязкотекучим. В процессе переработки полимер последовательно находится в каждом из них и поэтому знание закономерностей перехода одного состояния в другое и структурных особенностей полимера необходимо для управления процессом переработки. Выбор метода переработки термопластов и расчет оптимальных технологических параметров проводится с учетом таких технологических характеристик, как показатель текучести расплава, термостабильность, усадка и др. Знание этих характеристик дает возможность правильно выбрать температуру и давление при переработке, рассчитать размер формы. Все это обеспечивает необходимое качество готовых изделий, а следовательно, их эксплуатационные свойства.
Текучесть является важнейшей технологической характеристикой полимерных материалов и определяется ее обратной величиной - вязкостью. В области вязкотекучего состояния термопласты обладают малым сопротивлением деформации, происходит скольжение макромолекул относительно друг друга, т.е. течение полимера. Главной реологической особенностью расплавов термопластов является зависимость их вязкости от скорости течения. Исходя из этого для переработки термопластов область вязкотекучего состояния играет основную роль. Поэтому знание основных закономерностей течения расплавов термопластов приобретает особое значение для правильного выбора параметров переработки материалов с термопластичной матрицей.
Из практики известно, что чем выше интенсивность механического воздействия на полимеры, тем в большей степени они разжижаются, тем меньше их вязкость (см. рис. 12.1). В то время как вязкость низкомолекулярной жидкости остается постоянной, вязкость расплава уменьшается с увеличением скорости сдвига. Такое поведение расплавов полимеров при их течении объясняется особенностями молекулярной структуры:.
- длинные молекулы полимера ориентируются при течении вдоль потока, ослабляя сопротивление течению;.
- при увеличении напряжения сдвигу разрушаются структурные агрегаты молекул, уменьшая тем самым сопротивление течению, или вязкость системы;.
- вязкость полимеров быстро увеличивается с возрастанием молекулярной массы;.
- чем больше степень полимеризации, тем более затрудненным становится перемещение макромолекулы;.
- вязкость расплава полимера зависит от температуры: чем выше температура, тем выше подвижность макромолекул и, соответственно, меньше вязкость.
Текучесть - способность полимерных материалов к вязкому течению под действием тепла и давления, на практике оценивается показателем текучести расплава (ПТР) методом капиллярной вискозиметрии при стандартных условиях.
Следующей важной характеристикой, связанной с температурой текучести, является термостабильностъ (термостойкость) - 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.
Термостабильностъ определяют методами термогравиометрии и дифференциального термического анализа. Количественной характеристикой термостабильности является температура Т
, при которой начинается интенсивная потеря массы образца, или температура Т
при которой потеря массы составляет определенную долю от исходной массы образца. Термостабильность также зависит от продолжительности выдержки полимера при повышенной температуре. Поэтому более полную характеристику термостабильности можно получить с помощью изотермической термогравиометрии, 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 температурновременном 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. При определении термостойкости большое значение имеет среда, в которой находится полимер (например, присутствие кислорода ускоряет деструкцию). Для определения временной термостойкости применяют дериватограф, который позволяет фиксировать изменение массы образ
Среди приведенных полимеров наименее термостабильным является поливинилхлорид. Для повышения термостойкости таких полимеров в них вводят стабилизаторы, которые замедляют термическую и термоокислительную деструкцию.
Процесс переработки - это не только придание конкретной формы изделию, но и создание определенной структуры материала. И то и другое напрямую связано с возможной усадкой термопласта.
Усадка полимерных материалов характеризует уменьшение размеров отформованного изделия при его охлаждении. Усадка происходит в результате изменении структуры, разупорядочивания ориентированного полимера, т.е. обуславливается, 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. Усадка в форме происходит 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 у 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. Технологическая усадка - это уменьшение размеров изделия по сравнению с соответствующими размерами оформляющей полости. Усадку (в %) рассчитывают по формуле
Таблица 12.3. Термостабильность некоторых термопластов
Термопласт
7о,°С
Т
и
° С
Поливинилхлорид
170
270
Полипропилен
300
380
Полистирол
310
365
Полиэтилен
320
405
Политетрафторэтилен
400
500
Примечание. При температуре Т
х
потеря составляет У
2
массы образца
где L - размер оформляющей части формы, мм; L
- размер отформованного образца, мм.
Для испытаний применяют образцы в виде диска или бруска стандартных размеров.
Технологическая усадка (в %) для некоторых термопластов составляет: полиэтилен ВД 1,5 - 3,0; полистирол 0,4 - 0,6; полиэтилен НД 2,5 - 5,0; поликарбонат 0,6 - 0,8; полипропилен 1,3 - 3,5; полиамиды 1,0 - 2,0.
Технологическую усадку определяют также с целью сравнительной оценки технологических свойств различных партий материалов при контрольных и приемочных испытаниях.
Если сравнивать циклы отверждения термопластов и реактопластов (рис. 12.2), следует отметить, что реактопла-сты имеют длительное время отверждения и более сложный режим нагрева. К недостаткам термопластов следует отнести высокую температуру переработки (240-^400 °С) и высокую вязкость расплава.
Рис. 12.2. Типичные циклы отверждения материалов