Производство полимерных изделий и роль полимеров в промышленном дизайне

Полимерные материалы могут перерабатываться в изделия самыми разнообразными методами. При этом параметры переработки (температура и давление) значительно ниже, чем при переработке таких материалов, как металлы, стекло и керамика. Способ обработки и ее режим определяются видом полимера и типом получаемого изделия.

Общая схема производства пластмасс включает традиционные процессы - дозировку и приготовление полимерной композиции, формование изделий и стабилизацию их формы и физико-механических свойств.

Приготовление композиций производят на смесителях различных систем. Для перемешивания сухих композиций обычно используют турбулентные и шнековые смесители. Специфическим широко используемым способом приготовления полимерных композиций является вальцевание.

Вальцевание - операция, при которой масса перетирается в зазоре между обогреваемыми валками, вращающимися в противоположном направлении. Вальцевание позволяет равномерно перемешать компоненты смеси. При многократном пропускании массы через валки полимер в результате термомеханических воздействий переходит в пластично-вязкое состояние. Этот процесс называется пластикацией.

Экструдирование - перемешивание массы в обогреваемом шнековом прессе (экструдере) с последующим продавливанием массы сквозь решетку для формования полуфабриката в виде гранул.

Выбор способа формования зависит в основном от вида получаемой продукции. Так, листовые материалы формуются обычно на каландрах, трубы и погонажные профильные изделия экструдируют, штучные изделия в основном формуют литьем под давлением.

Литье. Термопластичный полимер в виде гранул загружают в приемный бункер, из которого через воронку они поступают в цилиндрическую полость инжекционной машины, где электрообогревом поддерживается заданная высокая температура. Периодически приводимый в движение поршень выдавливает размягченный до пластического состояния материал в разборные охлажденные прессформы.

Отформованные изделия освобождают из форм и направляют на склад. Этим способом изготовляют сплошные изделия небольших размеров, например облицовочные плитки из полистирола.

При простом литье жидкая композиция или расплав заливаются в формы и отвердевают в результате реакций полимеризации, поликонденсации или вследствие охлаждения.

Непрерывное профильное выдавливание (экструзия). Гранулы термопластичного полимера из загрузочного бункера поступают в пресс, в котором, нагреваясь, размягчаются. Затем материал шнеком подается к головной части машины, где продавливается через мундштук с сечением, соответствующим требуемому профилю изделия.

Методом непрерывного выдавливания изготовляют трубы и погонажные изделия - лестничные поручни, плинтусы, пленки, стержни и др.

Переработка на вальцах с последующим каландрированием. Исходные сырьевые смеси, состоящие из термопластичной смолы, пластификатора и других компонентов, после тщательного перемешивания в обогреваемых механических смесителях пластицируют на горячих вальцах, а затем формуют в рулонные материалы на специальных машинах - каландрах (пресс, состоящий из системы валов, 58в). Этим способом изготовляют одно- и двухслойные рулонные материалы.

Специфическая особенность изделий, отформованных на каландре, состоит в появлении анизотропии механических свойств, называемой каландровым эффектом. Этот эффект возникает благодаря ориентации частиц полимера в направлении каландрирования и оценивается разницей прочности вдоль и поперек листа.

Пластмассы на основе термореактивных полимеров перерабатывают в изделия прессованием. При формовании прессованием пресс-порошок, состоящий из порошкообразной термореактивной смолы и измельченного наполнителя, подается в обогреваемую пресс-форму ( 58г). Пресс-порошок при этом размягчается и под давлением заполняет всю полость формы; здесь же происходит и отвердевание его в готовые изделия. В пресс-формах изготовляют детали санитарно- и электротехнического оборудования, оконные и дверные приборы, фурнитуру, детали строительных машин и механизмов.

Для плоского прессования строительных листовых пластиков и панельных изделий применяют многоэтажные (15...20 ярусов) гидравлические прессы усилием 100...500 кН, обогреваемые перегретой водой или паром. Пакеты для прессования разделяют металлическими листами и помещают в пресс. При температуре 140... 160 °С в обжатом состоянии происходит склеивание частиц в изделие. Методом плоского прессования формуют древесностружечные плиты, бумажные слоистые пластики, фанеру.

Методом вспенивания изготовляют пористые теплоизоляционные пластмассы и амортизирующие прокладки. Пористая структура пластмасс получается в результате вспенивания жидких или вязкотекучих композиций под влиянием газов, выделяющихся при реакции между компонентами или разложении специальных добавок (порофоров) от нагревания. Вспенивание также производится механически путем смешивания полимерной композиции с пеной или нагнетания (растворения) в полимере газообразных и легкоиспаряющихся веществ (производство пенополистирола).

Термоформованием называют переработку нагретых листовых, пленочных, трубчатых пластмассовых заготовок с целью придания им более сложной формы и получения готовых изделий. Усилие, необходимое для формования, создается механически, гидравлически, пневматически, при помощи вакуума или комбинацией двух из этих способов.

Штампованием нагретых заготовок изготовляют детали канализационных систем, световые колпаки из оргстекла; вакуум-формованием нагретых листов - детали санитарно-технического оборудования из ударопрочного полистирола, виниловых полимеров.

Заключение

В реферате рассмотрены свойства и особенности следующих материалов: карбон, стеклопластики, резины. Найдены их достоинства и недостатки перед другими материалами. Так, несмотря на то, что карбон легче и прочнее чем сталь, он очень дорог и не подлежит переработке. Стеклопластик же наоборот, может быть изготовлен различными способами, обладает высокими антикоррозийными качествами, но имеет малую прочность по сравнению со сталью. Но тем не менее эти материалы по прочностным характеристикам и антикоррозионным свойствам превосходят ранее известные материалы. Резина состоит из более сложных компонентов чем можно было себе представить, и на примере изготовления шин рассмотрен состав резиновых слоев накладываемых друг на друга и свойства, проявляющиеся при различных испытаниях.

Так же изучены этапы производства изделий из этих материалов и их сферы применения. Так, карбон является тканью, которая поступает на завод в рулонах, и его прочность зависит от того какие нити вплетены в ткань. А работа со стеклопластиками может пагубно отразится на здоровье людей участвующих в изготовление изделий из него, поэтому рабочие на производстве всегда одевают маски. Производство резиновых изделий всегда сходится к одной схеме, несмотря на то, что изделия на выходе могут быть совершенно различными.

Найдены причины актуальности использования данных полимеров в дизайне.

К реферату прилагаются видеоматериалы с наглядными примерами производства. На примере изготовления деталей корпуса для автомобиля, рассмотрены все этапы превращения ткани из углеродного волокна в прочное изделие из карбона. На примере изготовления шин Michlene видно, как сложен, но единен процесс производства резиновых изделий. В приведённых видеофильмах представлены реальные цеховые помещения, что позволяет наиболее полно раскрыть тему о производстве изделий из полимеров.