Производство изделий из полимерных материалов

            В. К. Крыжановский, М. Л. Кербер, В. В. Бурлов, А. Д. Паниматченко







ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ
МАТЕРИАЛОВ

     Под общей редакцией В.К. Крыжановского

Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 240502 ^Технология переработки пластических масс и эластомеров*





Санкт -Петербург

2008

УДК 678.вб
ББК 35.71
К85


      Рецензенты:
      Кафедра технологии регистрирующих материалов СПбГТУ кино и телевидения. зав. кафедрой д-р техн, наук, проф. С.С. Мнацаканов
      Д-р техн, наук, проф. В.Н. Красовский





К85 Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. пособие/В.К. Кры
       жановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А. Д. Паниматчснко. — СПб.: Профессия, 2008. — 464 с., ил.
       ISBN 978-5-93913-064-6


          В книге системно изложены инженерные снедения но проектированию пластмассовых изделий с учетом основных характеристик промышленных марок термо- и реактопластов. Рассмотрены особенности их переработки и наиболее распространенные технологии производства. Приведены технологические, тепловые и механические расчеты основных разновидностей оборудования. Отдельно рассмотрены вопросы организации производства и использования отходов. Описание процессов переработки и их оснащения учитывает последние достижения в этой области. Приведены сведения по периферийной механизации с использованием промышленных роботов и транспортирующих устройств.
          Издание предназначено инженерам, технологам, менеджерам и руководителям предприятий полимерной промышленности, а также рекомендуется в качестве учебного пособия студентам профильных специальностей высших и средних специальных учебных заведений.

УДК 678.06
ББК 35.71









   Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.


ISBN 978-5-93913-064-6

       © Крыжановскнй В.К.. Кербер М.Л.,

                                   Бурлов В.В., Паниматчснко А. Д., 2004 © Изд-во «Профессия*. 2008

        Содержание





Предисловие.............................................................. 8
Введение .................................................................. Ю
Глава 1. Конструктивное оформление пластмассовых изделии.................. 14
     1.1. Принципиальная классификация изделий из пластмасс............... 15
     1.2. Конструктивные элементы штучных изделий ........................ 17
        1.2.1. Монолитные изделия.................................  •  •   17
        1.2.2. Особенности изделий из армированных пластиков............ 26
     1.3. Понятие о проектировании деталей из пластмасс................. 28
        1.3.1. Корпусные детали......................................... 30
        1.3.2. Емкости.................................................. 32
        1.3.3. Детали трубопроводов..................................... 34
        1.3.4. Уплотнители.............................................. 36
        1.3.5. Детали резьбовых соединений.............................. 39
        1.3.6. Детали зубчатых и червячных передач...................... 42
        1.3.7. Летал и ременных передач................................. 45
        1.3.8. Детали подшипников....................................... 46
     Литература......................................................... 49
Глава 2. Промышленные пластмассы........................................ 50
     2.1. Общие сведения................................................ 51
        2.1.1. Марочный ассортимент термопластичных материалов.......... 51
        2.1.2. Марочный ассортимент термореактивных материалов.......... 53
     2.2. Материалы общетехнического назначения......................... 53
        2.2.1. Полиолефины.............................................. 53
        2.2.2. Полистирольиыс пластики.................................. 57
        2.2.3. Поливинилхлорид (ПВХ).................................... 59
        2.2.4. Полиметил метакрилат..................................... 61

Содержание

     2.3. Материалы инженерно-технического назначения..................... 62
         2.3.1. Полиамиды................................................. 62
         2.3.2. Полиформальдегид.......................................... 64
         2.3.3. Поликарбонат.............................................. 65
         2.3.4. Полибутилеитерефталат..................................... 66
         2.3.5. Пол иэтиле« «терефталат................................... 66
         2.3.6. Фенопласты................................................ 66
         2.3.7. Аминопласты............................................... 68
         2.3.8. Эпокси пласты............................................. 68
         2.3.9. Ненасыщенные полиэфирные смолы............................ 69
         2.3.10. Кремни ««органические материалы.......................... 71
         2.3.11. Стеклонаполпенные пресс-материал ы....................... 71
     2.4. Теплостойкие высокопрочные конструкционные материалы............ 73
         2.4.1. Полиарилаты............................................... 73
         2.4.2. Полиимиды................................................. 73
         2.4.3. Ароматические полиамиды................................... 74
         2.4.4. Полисульфон............................................... 75
         2.4.5, . Фторполимеры............................................ 76
     Литература........................................................... 77
Глава 3. Основные критерии выбора пластмасс............................... 79
     3.1. Механические свойства .......................................... 79
     3.2. Температурные характеристики.................................... 85
     3.3. Теплофизические свойства........................................ 95
     3.4. Химическая стойкость............................................ 98
     3.5. Электрические свойства......................................... 101
     3.6. Горючесть пластмасс............................................ 106
     3.7. Триботехнические свойства ..................................... 109
         3.7.1. Антифрикционные полимерные материалы (АПМ)................ НО
         3.7.2. Фрикционные полимерные материалы (ФПМ)................... 114
     3.8. Общие рекомендации по применению полимерных материалов........ 115
     Литература.......................................................... 120
Глава 4. Общие сведения о переработке пластмасс.......................... 122
     4.1. Классификация методов переработки.............................. 122
     4.2. Выбор метода переработки....................................... 123
     4.3. Технологические свойства....................................... 125
         4.3.1. Технологические свойства термопластов.................... 125
         4.3.2. Технологические свойства реактопластов................... 135
     4.4. Подготовка и контроль качества сырья........................... 141
     4.5. Контроль качества изделий...................................... 144
     4.6. Использование отходов производства............................. 145
     Литература.......................................................... 145
Глава 5. Рабочий процесс в одночервячном пластикаторс и элементы реологии полимерных расплавов..................................................... 147
     5.1. Основные качественные закономерности процесса.................. 147
     5.2. Вязкость расплавов полимеров................................... 152

Содержание

5

     5.3. Кривые течения................................................. 154
     5.4. Высокоэластичность расплавов .................................. 155
     Литература.......................................................... 158
Глава 6. Экструзионное оборудование...................................... 159
     6.1. Одночервячные экструдеры....................................... 159
     6.2. Двухчервячные экструдеры....................................... 187
     6.3. Дисковые и поршневые экструдеры................................ 170
     6.4. Принципиальное устройство формующих головок.................... 171
     6.5. Теоретическая производительность одночервячного экструдера и экструзионного агрегата.......................................... 175
     6.6. Выбор и расчет олночервячиого экструдера....................... 177
         6.6.1. Технологический расчет................................... 177
         6.6.2. Проверочный механический расчет.......................... 181
     6.7. Производительность и мощность двухчервячного экструдера........ 184
     Литература.......................................................... 185
Глава 7. Сведения о соэкструзионной технологии........................... 186
     Литература.......................................................... 195
Глава 8. Технология производства экструзионных изделий .................. 198
     8.1. Трубы и шланги................................................. 196
         8.1.1. Произволство гладких труб................................ 197
         8.1.2. Производство гофрированных труб и шлангов • *............ 204
         8.1.3. Дефекты экструдированных труб и способы их устранения.... 205
     8.2. Рукавная «щенка................................................ 206
         8.2.1. Технология производства..............................:  • • 207
         8.2.2. Многослойные соэкструзионные пленки...................... 214
         8.2.3. Термоусадочные и стрейч-пленки........................... 216
         8.2.4. Пленочные агрегаты....................................... 219
     8.3. Плоские пленки................................................. 223
     8.4. Производство листов............................................ 228
     8.5. Профильно-погонажные изделия................................... 231
     8.6. Полимерная изоляция............................................ 233
     8.7. Рекомендации по безопасному велению работ...................... 234
     Литература.......................................................... 235
Глава 9. Экструзионно-выдувное формование................................ 236
     Литература.......................................................... 244
Глава 10. Литье под давлением............................................ 245
     10.1. Общие сведен ня............................................... 245
     10.2. Литьевые машины............................................... 247
         10.2.1. Разновидности и принцип действия........................ 247
         10.2.2. Основные узлы червячных литьевых машин.................. 252
     10.3. Литьевые формы................................................ 261
         10.3.1. Холоднокапальныс формы.................................. 261
         10.3.2. Горячеканальные формы................................... 266

Содержание

     10.4 Основы технологии литья под давлением............................... 268
         10.4.1. Разновидности пластикации.................................... 268
         10.42.  Методы литья под давлением................................... 269
         10.4.3. Технология производства...................................... 274
         10.4.4. Особенности литья под давлением различных термо-и реактопластов................................................. 286
         10.4.5. Виды брака и методы их устранения............................ 298
     10.5. Технологические и инженерные расчеты............................... 300
         10.5.1. Выбор литьевой машины........................................ 300
         10.5.2. Проверка литьевой машины по пластикациопной производительности................................................... 301
         10.5.3. Тепловой расчет.............................................. 303
         10.5.4. Проверочный механический расчет.............................. 304
     Литература............................................................... 307
Глава 11. Прессование изделий из реактопластов................................ 309
     11.1. Общие сведения..................................................... 309
      11.2. Влияние основных технологических параметров на процесс прямого прессования и качество изделий...................................... 317
     11.3. Особенности литьевого прессования.................................. 319
     11.4. Прессовое оборудование............................................. 320
     11.5. Пресс-формы........................................................ 324
     11.6. Выбор прессов и параметров процесса................................ 328
         11.6.1. Технологические расчеты...................................... 328
         11.6.2. Тепловые расчеты ............................................ 332
         11.6.3. Механические расчеты......................................... 334
     11.6. Брак и его предупреждение.......................................... 335
     Литература............................................................... 337
Глава 12. Каландрование....................................................... 338
     12.1. Общие сведения и основные закономерности процесса.................. 338
     12.2. Процессы в рабочем зазоре.......................................... 341
     12.3. Оборудование....................................................... 342
     12.4. Инженерная оценка.................................................. 343
      12.5. Получение пленки из пластифицированного ПВХ экструзионно-каландровым методом................................................. 346
     12.6. Получение пленки из жесткого ПВХ вальцево-каландровым методом • • • 346
     Литература............................................................... 347
Глава 13. Ротационное и центробежное формование............................... 348
     13.1. Ротационное формование............................................. 348
     13.2. Центробежное формование............................................ 352
     Литература............................................................... 352
Глава 14. Производство изделий термоформованием............................... 353
     14.1. Теория метода...................................................... 354
     14.2. Вакуум- и пневмоформование......................................... 355
     14.3. Штамповка.......................................................... 359

Содержание

7

     14.4. Технологическая оценка процесса.............................. 361
     Литература......................................................... 361
Глава 15. Производство изделий из армированных полимерных материалов.... 362
     15.1. Общие сведения................................................. 362
     15.2. Методы производства изделии.................................... 364
     15.3. Намотка........................................................ 366
     15.4. Пултрузия...................................................... 371
     15.5. Контактное формование.......................................... 373
     15.6. Формование с эластичной диафрагмой............................. 378
     15.7. Оснастка....................................................... 379
     15.8. Основные правила безопасного проведения работ................. 382*
     Литература........................................................... 385
Глава 16. Производство изделий спеканием и оплавлением ................... 386
     16.1. Спекание....................................................... 386
     16.2. Оплавление..................................................... 388
     Литература.............................*........................... 391
Глава 17. Сварка и склеивание............................................. 392
     17.1. Снарка......................................................... 392
     17.2. Склеивание..................................................... 401
     Литература........................................................... 407
Глава 18. Робототехника и транспортирующие машины в переработке пластмасс 408
     18.1. Комплексная механизация........................................ 408
     18.2. Промышленные роботы............................................ 413
     18.3. Транспортирующие устройства.............................;  • • • 427
     18.4. Механическая обработка изделий из пластмасс ................... 439
     Литература........................................................... 442
Глава 19. Материальные расчеты и сведения по компоновочным решениям производств............................................................... 443
     19.1. Материальный баланс............................................ 443
     19.2. Расчет количества оборудования................................. 449
     19.3. Компоновочное решение производства............................. 449
     Литература........................................................... 454
.Алфавитно-предметный указатель........................................... 455

                Предисловие





   Настоящая книга построена по логической схеме изготовления пластмассовых изделий, а именно от конструктивных особенностей проектирования изделия к выбору материала, технологии и оборудования для его производства и далее к рекомендациям по его организации. Поскольку в основу книги, кроме немалого многолетнего опыта взаимодействия авторов с персоналом предприятий по переработке пластмасс, заложены учебные курсы, читаемые в Санкт-Петербургском Технологическом институте, а именно «Переработка и применение пластмасс», «Инжиниринг изделий из пластмасс», «Оборудование заводов пластмасс» и «Прикладная физика полимерных материалов», то эта работа представляет собой пособие для студентов технических университетов и колледжей различных направлений подготовки, включающих дисциплины полимерного цикла. Кроме того, книга адресована специалистам-практикам, решающим задачи рентабельного изготовления конкретных изделий, потребность в которых определяется условиями рынка.
   Пособие начинается со сведений по разновидностям изделий и деталей из пластмасс, основным особенностям их конструктивно-технологического оформления, включая элементы инженерной оценки.
   Далее лается предельно краткое описание промышленных, крупнотоннажных полимерных материалов с указанием основных марок, свойств и особенностей переработки в изделия. Раздел завершается рекомендациями по выбору пластмасс.
   Основной объем книги приходится на главы, содержащие современные сведения по наиболее распространенным способам производства погонажных и штучных изделий из пластмасс. Здесь же дается краткое описание и инженерная оценка современного переработочного оборудования. Существенное внимание уделено производству изделий из армированных пластиков, под которыми понимаются высокопрочные анизотропные композиционные материалы.
   В отдельном разделе впервые для подобных изданий дается описание периферийных устройств, являющихся вспомогательными по отношению к основному

Предисловие

9

технологическому процессу, но позволяющих осуществить замкнутый процесс производства, завершающийся упаковкой и складированием продукции (промышленные роботы, конвейерные системы, пневмотранспорт). Здесь же приведены рекомендации по компоновке оборудования и материальным расчетам технологических процессов.
   В конце каждой главы приводится список литературных источников, использованных авторами, а также публикаций, рекомендуемых для более глубокого ознакомления читателя с соответствующим теоретическим материалом.
   Аторы надеются, что настоящая книга позволит хотя бы частично восполнить образовавшийся к настоящему моменту острый недостаток технической литературы по производству изделий из полимерных материалов.

                Введение





   Пластмассы являются высокоэффективными в технологическом, потребительском и, в конечном счете, в экономическом плане материалами. Получение изделий из пластмасс — высокорентабельное производство со сроком окупаемости капиталовложений в пределах одного-трех лет.
   Технологичность пластмасс определяется двумя основными особенностями. Первая состоит в том, что при производстве изделий из полимерных материалов практически полностью исключаются малопроизводительные и дорогостоящие операции механической обработки. Это качество наглядно проявляется при изготовлении штучных изделий. Используемый в полимерной технологии метод формования позволяет получать детали весьма сложной геометрической формы, не требующие дополнительных операций сборки, отделки и др. Время цикла таких процессов измеряется секундами. Второе основное достоинство пластиков состоит в минимальной энергоемкости при переработке. Температура плавления большинства крупнотоннажных термопластов не превышает 250 ’С, что в 4-6 раз ниже, чем у конструкционных неорганических материалов, их сплавов и смесей. Длительность процесса перевода полимера из твердого в размягченное или жидкое состояние невелика, что позволяет использовать высокопроизводительные методы.
   Применяемое в переработке пластмасс оборудование, как правило, универсально в отношении используемых материалов и получаемых изделий. Например, литьем пол давлением на типовой литьевой машине можно перерабатывать практически все виды промышленных термопластов. Экструзионные установки, хотя и более специализированы, но тоже позволяют производить погонажную продукцию, не ограничиваясь всего одним видом полимерного материала.
   Варьируя оснастку, можно получать на термопластавтоматах изделия массой от долей грамма до нескольких десятков килограмм, а экструзией — от капилляров для кардиохирургии до шлангов, труб и профилей технического, строительного и хозяйственного назначения.