Ім'я файлу: Методи виготовлення полімерних виробів.docx
Розширення: docx
Розмір: 227кб.
Дата: 01.06.2023
скачати
Розширення: docx
Розмір: 227кб.
Дата: 01.06.2023
скачати
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ
ІМЕНІ ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО»
РЕФЕРАТ
Тема:
Методи виготовлення полімерних виробів
Студент гр.
Викладач
2023
Попит на вироби з пластичних мас постійно зростає: асортимент товарів культурно-побутового і господарського призначення налічує понад 1200 видів і підвидів. Це обумовлено легкістю переробки та відносною дешевизною матеріалу, високими показниками експлуатаційних та естетичних властивостей виробів.
Основними напрямами оптимізації асортименту виробів з пластмас є:
– створення нових перспективних моделей або розширення функціональних можливостей виробів;
– художньо-конструкторська модернізація;
– зняття з виробництва морально застарілої продукції;
– створення комплексів виробів, близьких за функціональним призначенням;
– розробка конструкцій меблів для дітей, мереж ресторанів, літніх кафе, барів тощо;
– підвищення рівня декоративного оформлення;
– широке впровадження декалькоманії, поверхневого фарбування, тиснення фольгою і інших нових методів прикрашання.
Усі методи виготовлення виробів з пластмас можна поділити на такі групи виробництв з індивідуальною об’ємною часткою:
– лиття під тиском термопластів – 33 %;
– екструзія – біля 30 %;
– пресування – 26 %;
– каландрування – 5 %;
– інші методи – 6 %.
Вибір методу виготовлення залежить від властивостей пластмас і призначення виробів:
По-перше, він визначається класом полімеру. Одержання виробів із реактопластів (фіксування їх форми) супроводжується фізичними і хімічними процесами (реакціями утворення тривимірного полімеру – затвердженням). Переробка ж термопластів супроводжується лише фізичними процесами. Форма виробу з термопласту фіксується за рахунок охолодження нижче температури склування (чи кристалізації) розтопу. Під час нагрівання вище температури текучості термопласти здатні знову переходити зі склоподібного (твердого) у в’язкотекучий стан без суттєвої зміни хімічної структури. Отже, відходи термопластів можна переробляти у вироби з незначним погіршенням їх властивостей.
По-друге, метод переробки полімеру визначається фізичним станом, у якому перебуває полімер в момент виготовлення виробу:
- склоподібному (холодне пресування, вирубка тощо),
- високоеластичному (термоформування),
- в’язкотекучому (лиття, пресування, екструзія тощо).
При формуванні виробів полімери найчастіше перебувають у в’язкотекучому (в’язко-пластичному) чи в перехідному (від високоеластичного до в’язкотекучого) стані, а в процесі експлуатації – у склоподібному чи кристалічному або ж у високоеластичному.
По-третє, метод виготовлення виробів з пластмас залежить від їх конфігурації та габаритів. Наприклад, порожнинні ємності одержують екструзією з подальшим роздувом, а дуже об’ємні – ротаційним формуванням.
Термопластичні пластики переробляють у вироби різними методами, але найчастіше застосовують метод лиття під тиском. Вироби з фенопластів, амінопластів та інших термореактивних пластмас виробляється виключно звичайним або литним пресуванням. Методами лиття під тиском і екструзії переробляють маси полівінілхлориду, полістиролу, поліметилметакрилату, поліетилену, поліаміду та деякі ефіроцелюлозні пластики. Вироби з асфальтопекових пластмас найчастіше виготовляють за допомогою методу пресування.
Каландрування – формування безперервної стрічки з термопластичної полімерної композиції при пропусканні її через отвори між валками каландра. Каландр складається з системи валків, розміщених горизонтально, вертикально, Г-, L-, Z-подібно. Валки в каландрах мають поліровану поверхню і прогріваються до певної температури.
Каландрування застосовують під час виробництва рулонних та плиткових матеріалів, а також плівок. Таким способом можна виготовляти матеріали завтовшки 0,1…2,5 мм та шириною до 2000 мм.
Процес екструзії полягає у безперервному протисненні в’язкоплинної полімерної композиції крізь мундштук апарату екструдера, що прогрівається, та обладнаний обертовим шнеком. Цим методом отримують такі вироби, як труби, листи, лінолеум тощо. Екструзійні методи переробки пластмас набувають значного поширення як допоміжний спосіб неперервного пакування промислових та харчових виробів у полімерну оболонку, вони також перспективні при нанесенні електро-, хімізоляції на провідники.
Схема процесу екструзії: 1 — шнек (гвинт, черв'як); 2 — вмістище з сировиною; 3 — матриця ; 4 — продукт
Перевага екструзійних процесів – неперервність виробництва, велика одинична потужність, висока технологічність при низькому рівні технологічних відходів, можливість автоматизації процесу і створення замкнених циклів, керованих за допомогою EOМ. Вироби з пластмас, які отримують методом екструзії, належать до матеріалоємної продукції. Сировина і матеріали для їх одержання становлять 80 % загальних затрат, на електроенергію припадає лише 10 % і на трудозатрати – до 5 %.
Пресування – формування виробів з реактопластів у прогрівальних гідравлічних пресах. Процес виготовлення виробів з прес-порошків полягає у пресуванні їх у гарячих прес-формах. Технологічний процес складається з дозування порошку, таблеток чи гранул, завантаження їх у форму, витримування в ній під тиском, розняття форми і вилучення готового виробу. Деревностружкові плити, шаруваті пластики, склопластики отримують пресуванням у пресах.
Рис. Схеми прямого пресування: а - засипка в прес-форму матеріалу; б - момент пресування; в - момент распрессовкі; 1 - пуансон; 2 - гранульований матеріал; 3 - матриця; 4 - готова деталь; 5 - виштовхувач
Листові та волокнисті заповнювачі просочують розчинами термореактивних полімерів, підсушують, поміщають у форми і пресують. При цьому створюється зусилля 100…150 кН при одночасному нагріванні до необхідної температури. Матеріал витримують за заданих температур та тиску, потім охолоджують. Ливарне пресування застосовують для виробів або складної конфігурації, або з арматурою (з металевими деталями).
Залежно від виду прес-порошку або смоли можуть змінюватися тиск, температура і час витримки під пресом.
Лиття пластмас – один з найпоширеніших способів виготовлення виробів із пластмас. Цей спосіб виробництва пластмасових виробів підходить для термопластичних типів пластмас, які можна плавити, змінювати їхню форму і вихолоджувати.
Більшість пластмасових предметів створені саме за допомогою лиття. Їх можна виявити в будь-якій галузі – від харчової до автомобільної. Завдяки цій технології можливе виробництво високоякісних і складних технологічних виробів із пластмас. Технологія лиття виробів із пластмас дозволяє виробляти пластмасові вироби автоматично, у великій кількості, на великій швидкості.
На готовому виробі можуть утворюватися «срібні» смужки у вигляді плям або розгалужень. Це відбувається через вологу, яка наявна в сировині. Волога потрапляє у форму і під час декомпресії матеріалу випаровується, таким чином створюючи подібний ефект. Особливо добре притягують вологу такі пластмаси, як поліаміди і поліоксиметилени.
Досить частий дефект на готовому пластмасовому виробі – це спаї. Вони утворюються, коли у формі зустрічаються два потоки рідкої пластмаси, наприклад, при обгинанні якоїсь перешкоди у формі. Спаї знижують якість механічних характеристик готового виробу, тому важливо створювати такий дизайн форми, аби спаї утворювалися в найменш критичних для функціональності виробу частинах. Проте повністю уникнути утворення спаїв неможливо. Ситуацію зі спаями можна поліпшити за рахунок підвищення температури плавлення або швидкості лиття.
Для виробництва високоміцних виробів з поліуретану використовується технологія реакційного лиття. При використанні цієї технології полімеризація матеріалу усередині форми відбувається під дією контрольованої хімічної реакції.
Лиття поліуретану займає триваліший час і вимагає подальшої обробки, але поліуретан стискується менше, ніж термопластики, і він більш хімічно і термостійкий. Для виробництва виробів з поліуретану потрібні силіконові, гумові, металеві або алюмінієві форми. Вибір устаткування для литва пластмас – досить складний процес. Необхідні консультації з виробником з цілого ряду технічних характеристик. Модифікації сучасного устаткування дозволяють здійснювати великосерійне і дрібносерійне лиття пластмас.
Лиття під тиском – формування нагріванням пластичних мас до в’язкоплинного стану з подальшим виштовхуванням у форму. Цим способом переробляють, в основному, термопласти. Для лиття під тиском застосовують машини з вертикальним чи горизонтальними металічними прес-формами, в яких полімерна маса нагрівається, пластифікується, а потім, з допомогою шнека, впорскується поршнем через сопло у форму. Цей технологічний процес відбувається під тиском 80…150 MPa і за температури 200…450 °C.
Технологічна схема процесу лиття термопластичних матеріалів: 1 — шнек 2 — дозувальний пристрій грануляту 3 — сопло 4 i 6: — половини прес-форми 5 — (червоним) порожнина форми з ливниковими каналами 5 — (жовтим) готовий виливок
У прес-формі виріб витримується під тиском, охолоджується і твердне. Готовий виріб після розняття форми виштовхується штовхачем – і цикл повторюється. Лиття під тиском широко застосовують при формуванні оздоблювальних плиток та інших виробів з полістиролу, поліетилену, поліаміду та інших пластмас.
Термоформування – переробка у вироби пластмасових заготовок, нагрітих до певної температури. Застосовують пневмоформування та вакуумне термоформування.
Механічна обробка. Вироби після пресування, лиття або іншого процесу формування одержують, як правило, із задирками (гратом, або облоєм) і литниками, які підлягають видаленню. Ґрат (облой) у вигляді затверділих плівок пластмаси утворюється на виробах переважно внаслідок нецільності з’єднання рознімних частин прес-форми. Видалення грата, залишків литника, зачищення подряпин і нерівностей роблять на шліфувальних верстатах.
Зварювання та склеювання. Зварювання та склеювання застосовують при виготовленні виробів із листів і плівок. Зварювальні та клейові методи з'єднання пластмасових деталей успішно застосовують при виготовленні тари й упаковки, посуду, плащів і накидок із плівки, при монтажі трубопроводів та ін. Зварювання деталей із термопластів здійснюють під гарячим пресом або роликом, нагрітим газом, струмом високої частоти, гарячими інструментами й ін.
Склеювання застосовується як для подібних, так і різнорідних полімерних матеріалів. Тривкість склеювання залежить від виду клею і від характеру склеюваних поверхонь (їхньої шорсткості й ін.). Склеюють деталі за допомогою клеїв (розчинів і розплавів) або відповідних органічних розчинників, яким змочують поверхні деталей, які підлягають склеюванню.
Пластичні маси широко використовуються як антикорозійні покриття по металу. Для цього використовують два методи:
1. Метод полум'яного напилення полягає в тому, що металеву деталь заздалегідь розігрівають до температури вище за точку плавлення пластмаси. Потім термопластичний або термореактивний порошок за допомогою так званого полум'яного пістолета наносять на розігріту поверхню металевої деталі. Проходячи через полум'я, порошок розігрівається до розплавлення, добре прилипає до гарячої поверхні металу і утворює тонку міцну суцільну плівку.
2. Метод вихрового напилення зводиться до внесення розігрітого металевого предмета (деталі або виробу) в середовище зі зваженим порошком пластмаси. Зважений стан порошку пластмаси досягається за допомогою продування повітря або інертного газу. Методом вихрового напилення покривають внутрішні поверхні металевих труб, у тому числі й зігнутих. Для цих цілей використовують порошки поліетилену, поліаміду, фторопласту, фенолформальдегіду та ін.
Готові вироби декорують. Вид оздоблення визначається кольором і типом декору. За кольором вироби з пластмас можуть бути безбарвними, або кольоровими (однобарвні та багатобарвні). Кольорові вироби одержують у процесі виготовлення методом фарбування пластмаси в масі за допомогою пігментів, методами занурювання готових виробів у ванну з фарбою, розпилювання фарби під тиском на виріб або нанесенням фарби валиком.
Декорування виробів з пластмас проводиться як у процесі виробництва, так і на готових виробах. Основними видами декору, одержаного в процесі виготовлення виробів, є: гравіювання, наколір, кольорові малюнки, розфарбовування під перламутр, під деревину, напресування декоративної тканини, паперу, плівки тощо.
Гравіювання – малюнок із комбінацій заглибин, одержують у процесі виготовлення виробів у прес-формі. Рельєфні малюнки мають об’ємну форму.
Наколір (стінки посуду з двох шарів різнокольорової пластмаси) одержують у процесі виготовлення виробів виливанням під тиском з термопластичних мас способом одночасного подання у форму пластмаси двох кольорів або в процесі виготовлення виробів з термореактивних пластмас пресуванням, якщо в перше гніздо прес-форми засипають порошок одного кольору і формують виріб, що вміщується у друге гніздо прес-форми, куди засипають прес-порошок іншого кольору і продовжують пресування.
Кольорові малюнки наносять, в основному, на плоскі вироби або вироби з невеликим радіусом кривизни у процесі виготовлення методом виливання під тиском: у ливарну форму вміщується плівка з термопластичної пластмаси з надрукованим на ній малюнком, а потім у форму вводиться розплавлена пластмаса.
Напресування декоративної тканини, паперу, плівки – декор, який наноситься на виріб з реактопластів методом запресовування просоченої тканини, паперу з малюнком, а також перенесення малюнка з плівки у процесі пресування виробу.
Основними видами декору, який наноситься на готові вироби з пластмас, є: декалькоманія (деколь), металізація, ажур, тиснення, живопис, накладний узор, фотодрук та ін.
Металізація – нанесення на готові вироби тонкого шару металу у вакуумі методом випарювання нагрітого металу і конденсацією парів на поверхні виробів або розпилюванням на поверхню виробів акрилової смоли у суміші з нікелевим порохом, після чого пластмаса стає струмопровідною і на неї наносять шар металу у гальванічній ванні.
Тиснення – малюнок, одержаний гарячим тисненням на спеціальних пресах з рельєфним узором за допомогою фольги, при цьому малюнок з фольгою глибоко вдавлюється у поверхню пластмаси.
Для усіх робіт потрібно розрахунки як економічні так і розрахунки часу, витраченого на процес виготовлення вибора. Для цього використовують нормування праці.
Необхідність технічного нормування праці обумовлена його роллю в системі економічної роботи на підприємстві як основи планування обсягів праці, чисельності персоналу і фонду заробітної плати. За допомогою технічного нормування праці визначають зміст, раціональну структуру і тривалість робочих процесів у часі; уточнюють виробничі плани підприємства та провідних його дільниць; створюють ефективну оплату праці персоналу; визначають науково обґрунтовану потребу підприємства та його підрозділів у трудівниках різних категорій, в першу чергу — робітниках.
До складу технічно обґрунтованої норми часу входять норми витрат підготовчо-завершального і штучного часу. В умовах масового і серійного виробництва норма часу виступає як норма штучного часу.
Оперативний час витрачається на зміну форм, розмірів, властивостей предмета праці, а також на виконання допоміжних дій, необхідних для здійснення цих змін.
Час оперативної роботи складається з часу основної і допоміжної роботи.
Основний час необхідний для виконання основної роботи, а протягом допоміжного часу здійснюються допоміжні роботи, це, зокрема: завантаження устаткування матеріалами, заготовками, зняття готових виробів, контроль за ходом роботи та ін.
Час обслуговування робочого місця витрачається робітником для догляду за устаткуванням, утриманням його в справному технічному стані.
Час обслуговування робочого місця поділяється на:
- час технічного обслуговування (налагодження устаткування, заміна відпрацьованого і непридатного для використання інструменту, оснащення, очищення робочого місця від технологічних відходів);
- час організаційного обслуговування (очищення і змащування мастилами, прибирання інструменту).
До структури норми часу включається час на відпочинок і особисті потреби, який встановлюється для відновлення працездатності робітника та особистої гігієни і залежить від особливостей процесу виробництва.
Норма штучного часу визначається за формулою:
Тшт=Топ+Тоб+Тпер, хв.,
де Топ–норма оперативного часу, хв.;
Тоб–час на обслуговування робочого місця, хв.;
Тпер–час перерв, хв.
Якщо час обслуговування робочого місця і час перерв виражені у відсотках до часу оперативної роботи, то норма штучного часу визначається за формулою:
хв.,де То–основний технологічний час, хв.; Тд –допоміжний час, хв.;
tорг,tтех,tпер– нормативи організаційного часу, часу технічного обслуговування і перерв у відсотках до оперативного часу, %.
Технічно обґрунтована норма часу, яка встановлюється на партію виробів в умовах дрібносерійного і одиничного виробництва,називається нормою штучно-калькуляційного часу і визначається за формулою:
хв., де Тп.з– норма підготовчо-завершального часу на операцію, хв;
n – кількість виробів у партії, шт.
Підготовчо-завершальний час витрачається на отримання інструменту, пристосувань, технічної документації, налагодження устаткування, здачу інструменту і пристроїв, на проведення інструктажу тощо.