Индустрия полимеров: материалы, оборудование, поставщики
Другие методы переработки
Компрессионное прессование фторопластов
Обычно прессование осуществляется на гидравлических прессах, рассчитанных на давление 35 МПа (350 кгс/см2). Для крупногабаритных заготовок используются пресса с усилием до 5 МН (500 тс). Качественные заготовки средних и особенно больших размеров можно получить на прессах с двусторонним прессованием. В отличие от одностороннего при двустороннем прессовании матрицу формы устанавливают на нижней плите на распорке которую удаляют после первой стадии уплотнения порошка. На второй стадии уплотнения происходит не только продвижение верхнего пуансона, но и некоторое опускание матрицы. Прессование на второй стадии до уплотняет нижние слои полимера и позволяет получать блоки с большей однородностью.
В зависимости от насыпной плотности ПТФЭ высота формы должна быть в 3,5—7 раз больше высоты отпрессованной заготовки. Поэтому иногда используют специальные наставки к матрице. Радиальный зазор между матрицей и пуансоном колеблется в пределах 0,13—0,25 мкм [1, с. 3]. Пресс-формы можно изготовлять из обычных малоуглеродистых сталей, поверхность формы необходимо отполировать и отхромировать. При повышенных температурах формования целесообразно использовать формы из нержавеющих сталей.
Различные марки ПТФЭ должны прессоваться при различном давлении. Обычно для чистого полимера давление составляет 25—42 МПа (250—420 кгс/см2) и для композиций —35— 100 МПа (350—1000 кгс/см2). Большое значение для качества изделий имеет равномерное распределение порошка в форме. Температура прессования заготовки должна быть не менее 21 °С (т. е. выше температуры перехода при 19 °С) и не выше 28 °С. Скорость смыкания формы не должна быть слишком большой (оптимально 10—120 мм/мин) для обеспечения удаления воздуха. Время выдержки под давлением зависит от массы и формы заготовки и составляет5—30 мин. Поскольку порошок ПТФЭ легко электризуется и притягивает пыль из воздуха, помещение для прессования ПТФЭ отделяется от других стадий переработки и снабжается чистым отфильтрованным воздухом.
При свободном спекании отформованную заготовку осторожно извлекают из формы и помещают в печь для спекания. Спекание проводится при 370—385 градусах, продолжительность спекания зависит от массы заготовки и для крупных заготовок составляет несколько суток. При спекании заготовок при температурах выше 385°С снижается механическая прочность изделия, а ниже 370 °С продолжительность спекания увеличивается. При спекании протекают два основных процесса. Вначале при 342°С (для исходного порошкообразного полимера) происходит плавление кристаллитов и полимер расширяется на 25%, затем при более высокой температуре частицы полимера сплавляются, и получается монолитный блок. Параметры спекания, как и прессования, зависят от свойств полимера и габаритов изделия.
Для свободного спекания, как правило, используются электропечи с рабочей температурой до 450°С, с рециркуляцией воздуха и выносными электронагревателями. Печи имеют местную вентиляцию и автоматически выключаются при достижении температуры в печи 420 °С. Температура печи поддерживается с точностью ±5°С и, как правило, регулируется автоматически по заданной программе. Размещение заготовок в печи обеспечивает максимальную турбулентность движения воздуха.
Температура, при которой заготовки помещают в печь, не должна превышать 90°С (за исключением тонких изделий). При этой температуре заготовки выдерживают в течение часа. Затем температура повышается медленно (10—25°С/ч) или ступенчато (с выдержкой при постоянной температуре в диапазоне 288—349 °С). Выдержка в печи на 1 мм толщины изделия при максимальной температуре составляет примерно 5— 10 мин для тонких и около 5 мин для толстостенных изделий. Максимальная температура спекания не должна превышать 382 °С, что особенно важно соблюдать при спекании крупных заготовок. Оптимальные режимы спекания для конкретных марок и изделий обычно уточняют опытным путем.
Качество изделий зависит от структуры полимера, которая зависит от режимов охлаждения и закалки. При снижении степени кристалличности ПТФЭ, достигаемом закалкой, улучшаются многие свойства, кроме жесткости и проницаемости. Однако закалка используется нечасто, так как форсирование режима охлаждения, особенно для крупногабаритных блоков, приводит к растрескиванию изделий. Рекомендуемая скорость охлаждения от 8 до 14°С/ч при охлаждении расплава до200°С и 50°С/ч— при температурах ниже 200°С. Извлекать заготовки из печи можно при температуре не выше 90 °С.
Богатый ассортимент марок ПТФЭ позволяет в большинстве случаев использовать свободное спекание отформованных заготовок, избегая спекания или (и) охлаждения под давлением. В некоторых случаях для получения изделий с минимальной пористостью, особенно из наполненных композиций, применяют охлаждение изделий под давлением (в прессе). Этот способ рекомендуется для получения ровных (без коробления) листов. Снижение пористости изделий может быть достигнуто спеканием в инертной среде (азот; аргон), что также улучшает другие свойства и позволяет уменьшить давление прессования.
Компрессионным формованием с последующим спеканием изготовляют как непосредственно готовые изделия, так и блоки для дальнейшей механической переработки. ПТФЭ хорошо обрабатывается на всех металлообрабатывающих станках, и этим способом могут быть изготовлены самые сложные детали. Однако при механической обработке требуются значительные затраты труда и, как правило, при этом образуются большие отходы полимера. В связи с этим в последнее время создан ряд новых процессов переработки (и оборудование), свободных от указанных недостатков. Все же механическая обработка широко используется при переработке ПТФЭ. Этим способом изготовляют листы и пленки из ПТФЭ, применяемые в электротехнической, химической и других отраслях промышленности. Для электроизоляционных назначений используют блоки высотою до 300 мм и толщиною стенок 75—80 мм. Листы и пленки для химической промышленности строгают из заготовок высотою 1200 мм и толщиною стенок до 175 мм, масса таких заготовок может достигать 400 кг.
Любая токарная обработка ПТФЭ требует учета особенностей полимера. В этом полимере сочетаются пластичность и упругость, для него характерны низкая электропроводность, высокие коэффициенты термического расширения и др. Важно выбрать правильные скорости обработки. Так, оптимальная скорость обработки составляет 60—150 м/мин, а скорость подачи инструмента — 0,13—2,3 мм на оборот. При большей скорости обработки следует применять хладагент. Инструмент, особенно для получения широких пленок и листов, должен иметь специальную конструкцию. Электроизоляционную пленку можно подвергать прокатке для повышения электрической прочности. Строжкой блоков можно получать тонкие конденсаторные пленки (толщиной меньше 10 мкм).
Вальцевание и каландрование
Вальцевание – это метод переработки полимеров заключающийся в многократном пропускании материала через зазор между нагретыми металлическими валками, которые вращаются навстречу друг другу(рис.1.а). Под действием температуры и механических усилий в зазоре между вальцами материал переходит из твердого состояния (стеклообразного) в вязкотекучее, при этом он подвергается деформационым усилиям, размягчается, смешивается и гомогенизируется. В процессе вальцевания материала происходит его сжатие сопровождающееся деформацией сдвига. Значительные сдвиговые напряжения в рабочем зазоре, приводят к механодеструкции (уменьшению молекулярной массы макромолекул).
В зависимости от температуры вальцевания макрорадикалы, что образуются вследствие механохимических процессов, могут либо дезактивироваться, что приведет к снижению молекулярной массы полимера, либо рекомбинироваться, давая при этом блок- и привитые сополимеры. Это явление широко используется в технологии переработки пластмасс.
Рис 1 Схема вальцевания (а) и каландрования (б)
Процесс вальцевания используют для смешения ингредиентов с полимерами, совмещения полимеров с пластификатором, для получения листов и пленок, для подогрева и размягчения готовых полимеров, для получения блок- и привитых сополимеров.
Для увеличения интенсивности деформирования вальцы вращаются с разными скоростями. При этом скорость вращения заднего валка w2 больше скорости вращения переднего (рабочего) валка w1. Отношение w2/w1 называют коэффициентом фрикции или просто фрикцией. Чаще всего величина коэффициента фрикции составляет 1,1 - 1,4. Вальцы могут работать в периодическом или непрерывном режиме.
Каландрование – это метод переработки полимерных материалов, который применяют для непрерывного формования различных пленочных или листовых изделий, нанесения на поверхность листовых материалов рельефного рисунка, дублирования предварительно отформованных ленточных заготовок, армирования полимерных материалов тканями или сеткой при температуре выше температуры текучести или температуры плавления. Каландрование осуществляют на агрегатах непрерывного действия, основной частью которых является многовалковый каландр (рис 1.б).
В отличие от вальцевания при каландровании полимерный материал проходит через зазор только один раз. Чтобы получить пленку калиброванной толщины, он должен пройти несколько зазоров, образованных вальцами каландра. Поэтому каландры имеют три и больше валков. Валки каландра вращаются со значительно большей скоростью, чем при вальцевании.
В зазор первой пары валков подается горячий гомогенизированный и пластифицированный материал. Вдоль поверхности вальцов слои материала двигаются со скоростью, что приравнивается к линейной скорости вальцов. Внутренние слои материала вначале движения поддаются силе выталкивания, а потом втягиваются в зазор между валками вследствие сил трения. Разница скоростей отдельных слоев материала вызывает деформацию сдвига и улучшает пластикацию материала. При приближении к зазору скорость средних слоев резко увеличивается и в момент его прохождения достигает максимального значения, а потом уменьшается и падает до скорости вальцев.
Рис. 2 Схема линии формования пленки методом каландрования:
1 – экструдер; 2 – валки каландра; 3 – охлаждающие валки; 4 – тянущее устройство; 5 – наматывающее устройство; 6 – экструзионная головка
То есть, течение расплава в межвалковом зазоре происходит с изменением скорости и с изменяемым градиентом давления.
Такое большое изменение скорости течения по глубине канала вызывает развитие высоких напряжений сдвига, что, с одной стороны, улучшает гомогенизацию, а с другой – при высокой частоте оборотов валков, напряжение сдвига обуславливает сильную ориентацию макромолекул в направлении течения. Этот эффект усиливается еще и тем, что температура расплава на валках невысокая (рассмотрим ниже), и после каландра расплав быстро охлаждается на валках (охлаждающих), из-за этого релаксация напряжений – маловероятна.
Направленное течение полимерного расплава с высокой вязкостью при прохождении по валкам каландра приводит к ориентации макромолекул в направлении каландрования. Это является причиной анизотропии механических свойств и усадки готовой пленки: прочность пленки и усадка в продольном направлении (в направлении каландрования) является выше, чем в поперечном. Это явление имеет название «каландровый эффект» и является нежелательным. Предварительной пластикацией массы и повышением температуры вальцев уменьшают каландровый эффект и влияние высокоэластической деформации при формовании пленок методом каландрования.
Температура каландрования существенно влияет на качество погонажного изделия. Главным образом она определяет степень ориентации полимеров – и чем выше температура, тем меньше степень ориентации. Чисто технологически температура определяется условиями снятия пленки с валка каландра. Она должна находится в пределах температуры текучести (Тт) перерабатываемого материала, а пленка снимаемая с каландра не должна прилипать к нему, а также терять свою заданную форму. Следует также учитывать, что в результате вязкоупругих свойств расплава, при его прохождении через зазор между валками, возникают сильные распорные усилия, которые приводят в первую очередь диссипации энергии (выделение энергии в виде тепла) вследствие особенностей процессов происходящих в зазоре которые были описаны выше, и соответственно к изгибанию валков, которого достаточно для проявления такого дефекта как разнотолщиность пленки. В результате распорных усилий валков – полотно в центральной части имеет утолщение. Возникающее давление растет с увеличением скорости оборотов валков и вязкости расплава.
Рис. 3 Форма и схема размещения валков
Для интенсификации процесса скорость оборотов валков поддерживают на довольно высоком уровне, в результате чего прогиб валков неизбежен. Для устранения разнотолщиности применяют разные способы, среди которых такие как: валки изготавливают с «бомбировкой» то есть в утолщением при смещении к центру вдоль его оси; расположение валков по перекрестной схеме (небольшое перекрещивание осей валков). При производстве современного оборудования валкового типа используют комбинированные методы решение данной задачи.
Вследствие высокой концентрации ориентационных напряжений у пленки во избежание последующего ее коробления, к температуре предъявляются высокие требования, а именно равномерность прогрева рабочих поверхностей (отсутствии резкого градиента), а также равномерное ее охлаждение на охлаждающих валках.
На сегодняшний день валковые машины используются для получения листов и пленок из винипласта, поливинилхлоридного пластиката, при производстве ацетилцэлюлозных этролов, фенольных пресс-материалов.
Все термопласты, имеющие ярко выраженную область плавления и достаточно высокую вязкость, могут быть переработаны на каландре, например: ПВХ с пластификатором и без него, сополимеры винилхлорида, ударопрочный полистирол (УПС) и акрилонитрил-бутадиенстирол (АБС); сложный эфир целлюлозы; полиолефины.
Наиболее часто каландровой технологией перерабатывают непластифицированный и пластифицированный ПВХ, а также сополимеры винилхлорида. Основная причина такого положения состоит в том, что ни один другой метод не позволяет добиться такой рентабельности при изготовлении пленки (листов) из ПВХ.
Поверхность валков в зависимости от назначения продукции может быть либо идеально гладкой, либо текстурной, однако в обоих случаях она должна быть: износостойкой, иметь очень низкую шероховатость поверхности (для уменьшения прилипания материала) что достигается хромированием с последующей шлифовкой и полировкой.
Верхний «несущий» слой валка должен быть изготовлен из стали имеющей большую твердость и прочность, что обеспечит долговечность, а также создаст возможность для восстановления рабочей поверхности при ее полном или частичном износе.
Сварка термопластов
В отличие от таких синтетических материалов, как дурапласты и эластомеры, термопласты обладают важным преимуществом: под воздействием тепла они размягчаются и становятся пластичными, что позволяет использовать их для сварки. По сравнению с другими способами соединения материалов, например при помощи винтов и заклепок и т.п., сварка позволяет получить адгезивный шов с ровной, неповрежденной поверхностью, без засечек и надрезов, с равномерным распределением напряжения. Подобный способ соединения пользуется популярностью при обработке многих видов полимеров. Так, например:
Полиэтилен (РЕ): резервуары для воды, канистры, облицовка стен бассейнов
Полипропилен (РР): садовая мебель, сточные трубы, ведра, контейнеры
Поливинилхлорид (PVC): облицовка стен бассейнов, сточные трубы, водостоки
АБС (ABS): чемоданы, запасные части для велосипедов
Кроме того, сварка используется при изготовлении различных изделий из плит: ящиков, перил, PVC-полов. А также для изготовления и ремонта труб, шлангов, соединения и ремонта пленки.
Сварка горячим воздухом (горячим газом)
Термин «сварка горячим газом» имеет историческое происхождение.
В самом начале, когда способы обработки пластиков только разрабатывались, воздух в сварочных аппаратах действительно подогревался при помощи газовой горелки. Подобный способ сварки нельзя было назвать безопасным или практичным. Со временем появились аппараты с электрическим подогревом, которые позволяли регулировать температуру воздуха.
Однако, обозначение «сварка горячим газом» осталось.
Сварка термопластов состоит из следующих этапов:
Качество сварочного шва выражается валентным соотношением. Под валентным соотношением понимается соотношение прочности сварочного шва и прочности основного материала. Как правило, удовлетворительным считается валентное соотношение от 0,6 до 0,8. Это означает, что прочность шва составляет 60-80% от прочности основного материала. Однако хороший сварщик достигает более высоких значений, до 100% в зависимости от свариваемого материала.
Общая информация о способах сварки горячим воздухом
При сварке горячим воздухом соединяемые поверхности и сварочная проволока разогреваются при помощи горячего воздуха до температуры плавления и свариваются под давлением. Горячий воздух поступает из круглой фильеры сварочного аппарата, при этом аппарат направляется одной рукой вертикальными маятникообразными движениями, а сварочный материал придерживается другой рукой.
Подобный способ сварки, который называют веерным, не является продуктивным, т.к. скорость сварки засчет повторяющихся маятникообразных движений невелика. Именно поэтому был разработан скорый способ сварки, в котором вместо круглой фильеры применяется фильера для быстрой сварки, а свариваемые поверхности и сварочный материал разогреваются предварительно, при этом сварочная проволока вплавляется фильерой в сварную зону.
Веерный способ сварки применяют, как правило, только для сварки деталей с маленьким радиусом или для сварки в труднодоступных местах, т.к. данный способ не очень удобен и требует определенного навыка.
Для чего нужна сварка горячим воздухом
Сварка горячим воздухом – один из важнейших способов сварки термопластов и, кроме того, самый старый. Следует отметить, что его успешное применение требует некоторого навыка. Этот метод применяется для соединения отрезков плит при изготовлении различных изделий, для сварки труб и профилей.
Для сварки пригодны все без исключения термопласты. В основном и чаще всего сварка горячим воздухом применяется для соединения твердого и мягкого РЕ, РР, твердого, мягкого и ударопрочного PVC, а так же ABS и РММА. Сварка различных термопластов, даже со сходной формулой, не рекомендуется. В виде исключения допускается сварка твердого PVC с РММА или соединение двух деталей из РММА при помощи сварочной проволоки из PVC. Однако не следует ожидать, что подобное соединение окажется прочным.
Оборудование и вспомогательные средства для сварки горячим воздухом
Прежде всего, Вам потребуется аппарат, который обеспечит подачу необходимого для сварки горячего воздуха. Для сварки в домашних условиях лучше всего подходят сварочные аппараты с греющей мощностью 0,5-1 к Вт, т.к. их можно подключать напрямую к сети переменного тока. Поток воздуха, подаваемый к сварочному аппарату, нагнетается маленьким компрессором. Существуют также сварочные аппараты, ручка которых оснащена миниатюрным воздуходувным устройством. Однако, подобные аппараты менее удобны в обращении из-за большого веса и диаметра ручки, чем аппараты, подключаемые к внешнему компрессору.
Для сварки Вам понадобятся следующие инструменты:
Струбцины и захваты для фиксирования свариваемых деталей,
Бокорезы для среза проволоки наискосок,
Цикля для правки соединяемых поверхностей и сварочного материала,
Трехгранный шабер для удаления перегоревших остатков проволоки из сварной зоны,
Прижимной ролик для обработки сварочного шнура из мягкого PVC
Как уже говорилось, для соединения деталей требуется сварочный материал. Он выпускается, в виде прутка, проволоки или шнура. Сварочный материал должен быть изготовлен из того же самого материала, что и свариваемые поверхности. Обычно применяется пруток диаметром 3-4 мм. Для быстрой сварки можно использовать материал с большим диаметром, а так же материал с овальным, прямоугольным или трехгранным сечением.
Условия сварки горячим воздухом
Важнейшим условием после выбора подходящего сварочного материала, является правильный выбор температуры нагрева воздуха для сварки. Ориентировочные температуры приводятся в таблице № 1.
Для того чтобы проверить, нагрелся ли воздух, подаваемый сварочным аппаратом, до необходимой температуры, следует поднести термометр к фильере на расстояние ок. 5 мм. Температура должна достигать, по меньшей мере, нижнего значения, приведенного в таблице. При обработке твердого PVC в правильном выборе температуры можно убедиться, направив поток горячего воздуха на кусочек PVC. Если через 4-5 секунд PVC начал темнеть, то температура выбрана правильно. Если же через 2-3 секунды PVC приобрел темно-коричневый цвет, то температура воздуха слишком высока. В таком случае, для большинства сварочных аппаратов подача воздуха должна быть усилена, или, если существует возможность регулировки, следует уменьшить подачу электроэнергии.
Необходимое давление сварочного воздуха составляет 0,3-0,8 бар, необходимый объем воздуха – 50 л/мин. Если же используется воздух, нагнетаемый централизованной компрессорной установкой, то следует обратить внимание на то, чтобы воздух был чистым, без примесей масла и влаги.
Большую роль в процессе сварки играет сила нажатия на сварочный материал. Она зависит в основном от диаметра сварочного материала и от текучести термопласта. Чем толще сварочный пруток и чем более тугоплавким является термопласт, тем больше должна быть сила нажатия.
Для твердого PVC (диаметр сварочного прутка 3 мм) сила нажатия составляет 0,7-1,2 kp (7-12 Н) или 1,5-2,0 kp (15-20 Н) при диаметре сварочного прутка 4 мм.
Однако сила нажатия ни в коем случае не должна быть выше необходимой.
Т.к. РЕ и РР более текучи, чем твердый PVC, сила нажатия при сварке этих полимеров должна быть несколько меньше.
Тем, кто не имеет ясного представления о силе нажатия при сварке, мы рекомендуем потренироваться в сварке, положив детали на весы. Для сварки мягкого PVC и других резиноподобных термопластов, таких как мягкий РЕ, с подходящим сварочным шнуром, мы рекомендуем использовать прижимной валик.
Далее следует обратить внимание на то, что фильера выбирается в зависимости от диаметра сварочного материала. Правильно подобранной считается фильера, чье выходное отверстие на 1-2 мм больше диаметра проволоки. У современных аппаратов сварочную фильеру легко заменить.
Как приобрести навыки сварки горячим воздухом
Особого умения и сноровки требует обработка твердого PVC, т.к. этот термопласт легко разлагается под действием высокой температуры, а при слишком низкой температуре соединения получаются непрочными. Самый простой способ приобрести некоторый опыт – сделать наплавку сварочного прутка на гладком отрезке плиты из твердого PVC или РЕ. Для этого лучше всего подойдет отрезок толщиной 3-4 мм. Его следует закрепить зажимами на жаропрочной подложке (например, подойдет картон Pertinax), которая, в свою очередь зажата в тиски горизонтально. Предполагаемая сварная зона и сварочный пруток должны быть чистыми. Для очистки не следует применять жидкости, растворяющие или деформирующие термопласты. Рекомендуется обработать поверхность и пруток протяжным шабером. Прежде всего, эта рекомендация касается РЕ и РР, которые долгое время хранились на складе, т.к. поверхность этих полиолефинов под воздействием окружающей среды, например – света, меняется. Сварочный пруток обрабатывается наждачным полотном (зерно 240).
Следующим важным шагом является обрезка прутка наискосок. Если не сделать этого, то между плитой и началом навариваемого прутка не будет плавного перехода.
После проверки температуры воздуха можно начинать сварку. Направление движения аппарата – слева направо.
Веерный способ сварки
Разогрев производится круглой фильерой. Сначала конец сварочного материала обрезается наискосок бокорезами. Затем, конец удерживается перпендикулярно у начала кромок материала, предназначенного для сварки, и начинает разогреваться вместе с материалом. Для того чтобы горячий воздух равномерно попадал на плиты и сварочную проволоку, фильера должна совершать маятникообразные движения. Сварочная проволока с нажимом ведется вдоль направления шва. Т.к. проволока продолжает удерживаться перпендикулярно, она нагревается только в области изгиба.
Рис.1
Сварка протяжкой
Прежде всего, следует вставить конец сварочного прутка в ведущее отверстие фильеры для скорой сварки так, чтобы он выглядывал из отверстия на 2 см. Затем следует разогреть горячим воздухом основной материал в том месте, с которого начнется сварка. Старайтесь при этом начать сварку прямо с края. Рассмотрите при ярком свете материал. PVC сначала поблескивает, потом появляются мелкие пузырьки, слегка меняющие цвет. РЕ и РР становятся матовыми. Это самый подходящий момент для начала сварки. Разогретый сварочный материал заостренным концом плотно прижимается к основному, фильера с равномерным нажатием ведется вдоль стыка основного материала.
При сварке PVC пруток следует придерживать рукой, при сварке РЕ и РР это делать не обязательно. Если пруток обрывается или же начинает вытекать сбоку из сварочной фильеры, то скорость сварки слишком низка. При слишком высокой скорости пруток и плиты разогреваются недостаточно, и, следовательно, соединение получается непрочным. Шов легко снимется после окончания сварки.
Если сварочный аппарат отрегулирован правильно и температура нагрева воздуха нормальная, то перед прутком и сбоку от него должен образоваться маленький наплыв пластика (сварочный кант). Образование этого наплыва обеспечивает прочность сварочного шва.
Для тренировки приварите по всей длине отрезка плиты сварочный пруток, затем, вплотную к нему, второй. Ведите пруток до внешнего края плиты, затем чисто обрежьте его по краю бокорезами или горячим ножом. Второй пруток с легким нажимом вплавляется в желоб, образованный первым наваренным прутком и поверхностью плиты. Таким же образом навариваются и остальные прутки.
Прерывание сварочного шва
Если возникла необходимость прервать сварочный шов (например, в случае, если сварочный пруток закончился и нужно заправить новый), конец прутка под минимальным углом наискосок срезают слегка нагретым ножом. Новый равным образом заточенный пруток прижимают к шву. Место стыка сплавляется.
Ошибки при сварке горячим воздухом
Особенно важным условием является равномерный предварительный подогрев основного и сварочного материалов. Если пруток будет разогрет сильно, а основной материал – слишком слабо, то невозможно будет производить сварку с необходимой силой нажима. Из-за этого соединение прутка и основного материал получится непрочным, и пруток можно будет легко удалить.
Вы так же не сможете добиться хорошего результата, если сварка будет производиться со слабым нажимом или при помощи недостаточно горячего воздуха. Слишком высокая температура или слишком низкая скорость сварки (слишком долгое воздействие высокой температуры на пластик) ведут к повреждению термопластов. Так, например, у PVC образуются потемневшие или обугленные участки.
Следует обратить внимание и на то, как Вы держите сварочный пруток. При веерной сварке его следует держать вертикально, перпендикулярно поверхности основного материала, т.к. только в этом случае нажим на зону сварки будет равномерным, а пруток не вытянется и не утончится. Если Вы будете держать пруток под наклоном, это приведет к замерзанию растягивающего и сжимающего усилия. Если подобный шов разогреть снова, как, например, в случае, когда необходимо наложить новый слой, то старый шов может разойтись. При сварке протяжкой также следует направлять пруток рукой.
Для проверки прочности охлажденный шов разогревается еще раз. Если шов выполнен правильно, то по всей его длине не должно быть никаких дефектов.
Если при сварке пруток держится или направляется неправильно, то существует опасность того, что материал будет слишком сильно растянут. Для PVC недопустимым считается растяжение материала, превышающее 20% от общей длины сварочного прутка. Чтобы проконтролировать, допускаются ли подобные ошибки, отметьте ручкой на сварочной проволоке отрезок длиной 1000 мм. Затем замерьте длину шва, созданного при помощи этого отрезка, она не должна составить больше 120 мм.
При сварке РЕ, РР и РММА допустимое растяжение составляет 10% от обще длины сварочного материала.
Подготовка зон сварки
Определяющими параметрами при выборе способа соединения являются плотность материала и тип нагрузки. В общем и целом виды швов, применяемых при сварке термопластов горячим воздухом, сходны со швами, применяемыми для сварки металлов.
Рис. 3
Для сварки плит встык применяются следующие виды швов: V- образный и X-образный, а для тавровой сварки – полу-V-образный или K-образный шов.
Особое внимание хотелось бы обратить на V- образный шов.
Вся информация, приведенная ниже, касается также других видов сварочных швов. При раскрое термопластов следует обратить внимание на то, чтобы сварочный шов перекрыл расстояние 0,5-1,0 мм. Кромки плит следует срезать так, чтобы при составлении плит встык между кромками образовался угол 60° (см. рис.3). Если толщина плиты более 6 мм, то угол должен составлять 70°. Кроме того, для сварки толстых плит рекомендуется применять Х-образный шов. Плиты следует зафиксировать зажимами на теплоустойчивой поверхности таким образом, чтобы при применении сварочной проволоки толщиной 2 мм у «основания», расстояние между плитами было 0,5 мм.
Если для заполнения основания используется сварочная проволока диаметром 3 мм, расстояние между плитами увеличивается до 1 мм.
Фиксация
Зачастую бывает достаточно сложно фиксировать свариваемые плиты струбцинами. Именно поэтому мы рекомендуем применять сметывание. В этом случае обе плиты скрепляются друг с другом при помощи специальной фильеры для сметывания без сварочного прутка. Фильера, имеющая форму заостренной трубочки, с легким нажатием ведется вдоль стыка обеих частей так, что они свариваются друг с другом. Если результат сметывания Вас не устраивает, Вы сможете легко разделить плиты и повторить операцию. В случае если сметывание прошло успешно, можно начинать сварку. Обращаем Ваше внимание на то, что прочность сметочного шва никогда не достигает прочности сварки, произведенной с помощью дополнительного материала (сварочного прутка), поэтому сметывание может использоваться только для фиксации плит.
Температурные установки при сметывании соответствуют температуре сварки материала. Скорость сварки следует выбирать с учетом того, чтобы, с одной стороны, можно было соединить кромки плит, и, с другой стороны, чтобы фильера аппарата не поддевала свариваемый пластик, т.к. в этом случае она засорится, и горячий воздух будет поступать в недостаточном количестве.
Перед сметыванием плит необходимо всегда проводить подготовку зон сварки.
Сварка при помощи V-образного шва
Первый шов закладывается в основание стыка плит.
Рис. 4
При этом следует обратить внимание на то, чтобы при сварке справа и слева от шва образовывалась «сварочная пена». Только в этом случае удастся достичь необходимой плотности и прочности первого шва. На рис.2 показано, как следует держать аппарат. Ни в коем случае не должны образовываться пустоты между закладываемыми швами. Если при сварке PVC из-за слишком высокой температуры образуются темно-коричневые или же черные участки, их следует удалить трехгранным шабером. Когда V-образный шов будет готов, и Вы захотите убедиться, что в процессе сварки не образовались пустоты, и не было сожженных участков, посмотрите поперечный срез сварочного шва. Если сварка была произведена правильно, то Вы едва сможете различить границы между тремя швами. Если же границы отчетливо видны или если заметны темные участки, то это свидетельствует о том, что сварщику еще не хватает опыта и сожженный материал следует удалить.
Обработка сварочного шва
На практике сварочные швы обычно не обрабатываются из экономических соображений.
Однако при желании обработку шва можно произвести при помощи специального ножа для обработки швов. При обработке шва следует обратить внимание на то, чтобы нож не оставлял засечек. Оставшиеся неровности следует обработать циклей, увлажнив материал достаточным количеством воды.
Таб. 1. Обработка
Термопласт |
Температура горячего воздуха (С°)* |
Мощность сварки (N) |
Мощность сварки (N) |
РЕ твердый |
220-280 |
10 - 16 |
25 – 35 |
РЕ мягкий |
190-250 |
|
|
РР |
230-280 |
10 - 16 |
25 – 35 |
PVC твердый |
300-350 |
8 - 12 |
15 - 25 |
PVC мягкий |
250-300 |
4 - 8 |
7 - 12 |
* - измерения проводились на расстоянии 5 мм от выходного отверстия сварочной насадки |
|||
Ротационное формование
При ротационном формовании (РФ) дозированную по объему или массе порцию материала загружают в полую металлическую форму, которую герметично закрывают и приводят во вращение в одной или в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Одновременно форму нагревают в печи таким образом, чтобы полимер расплавился или набух в пластификаторе. Материал равномерно распределяется по внутренней поверхности формы, гомогенизируется и образует на поверхности горячее тонкое монолитное покрытие, которое удерживается центробежными силами и адгезией. Затем вращающуюся форму охлаждают в специальной камере. При этом изделие затвердевает или желатинируется. Охладившуюся форму останавливают, открывают и извлекают из нее изделие, которое легко отделяется от холодной поверхности.Ротационное формование производится на установках непрерывного, или периодического действия. Неподвижная часть установки состоит из последовательно расположенных рабочих мест:
Подвижная часть установки для двухосного вращения форм состоит из карусели, на которой закреплены шпиндели, представляющие собой конструкцию из внутреннего и наружного полого валов с приводом. Внутренний вал вращает формы в вертикальной плоскости, а наружный — через систему конических шестерен — в горизонтальной. Частота вращения наружного вала не более 32 об/мин, внутреннего — не более 12 об/мин. Карусель обычно оснащают тремя шпинделями, на площадках которых устанавливают от 1 до 48 форм. В трёхшпиндельных установках карусель поворачивается через определенный промежуток времени на 120°. При этом один шпиндель попадает на рабочий стол для извлечения готового изделия и заполнения формы материалом, другой находится в это же время в печи, а третий — в охлаждающей камере. В многошпиндельных установках в нагревательной печи могут находиться несколько шпинделей с формами одновременно, что позволяет увеличить длительность нагрева или повысить производительность установки. Существуют и другие конструкции установок для РФ. Иногда стол для замыкания и заполнения форм, печь, охлаждающую камеру, и стол для извлечения готовых изделий располагают по вершинам прямоугольника, а шпиндели перемещаются между ними при помощи рольганга или другого транспортирующего устройства. В конструкциях маятникового типа шпиндель с установленными на нем формами совершает качательное движение между печью и охлаждающей камерой.
Стол для загрузки и разгрузки форм находится между ними. Формы нагревают в печи горячим воздухом, в открытом газовом пламени, ИК-лучами или расплавами солей. Наибольшее распространение получил обогрев горячим воздухом, который эффективен при толщине изделий не более 15 мм. ИК-облучение применяют для обогрева одиночных форм простой конструкции. При обогреве солями смесь КN03 и NaNО3 плавится при 30 °С и нагнетается насосом в верхнюю часть печи, откуда разбрызгивается на вращающиеся формы. Охлаждающие камеры оборудуют душами, из которых на формы подается холодная вода, и периодически открывающимися и закрывающимися дверцами. Иногда охлаждение форм осуществляют не в камере, а на оборудованной душами открытой площадке. На простейших одношпиндельных установках иногда отсутствуют печи и охлаждающие камеры, а формы оснащают рубашками. Для обогрева в рубашку подают теплоноситель, для охлаждения — холодную воду или минеральное масло. Возможна также подача холодной воды или холодного влажного воздуха непосредственно внутрь формы, если изделие имеет отверстия. Формы изготовляют из литого алюминия, листов мягкой стали или сплава гальванической меди и никеля. Алюминиевые формы пригодны для производства изделий сложной конфигурации, а также для имеющих линии разъема более чем в одной плоскости. Сварные формы из листовой стали применяют для выпуска крупногабаритных изделий простой конфигурации с невысоким качеством поверхности.
Они обладают значительной жесткостью и обеспечивают герметичность по линии разъема. Из сплава меди с никелем изготовляют небольшие формы, которые используют для производства из пластизолей малогабаритных изделий с высоким качеством поверхности. Формы могут оснащаться патрубком для удаления летучих веществ из формующей полости, а также загрузочным устройством с пружинным клапаном игольчатого типа (если материал загружается в закрытую форму). Внутренняя поверхность форм обрабатывается по высокому классу точности, так как от этого зависит качество поверхности изготовляемых изделий. Методом Ротационного формования изготовляют детали приборов, детские игрушки, манекены, поплавки, шприцы, канистры и баки объемом до 1000 л и др. изделия, а также наносят покрытия на внутренние поверхности различных сосудов. РФ перспективно для производства крупногабаритных изделий из полиэтилена, например цистерн емкостью до 50 тыс. л, и для получения изделий из пенопластов. Ротационное формование имеет некоторые преимущества перед другими методами изготовления полых изделий — литьем под давлением и экструзионно-раздувным формованием:
Основной недостаток ротационного формования — длительность процесса. Впервые процесс ротационного формования для изготовления большемерной пластиковой тары был разработан и применен в Италии в 50-е годы ХХ века.
Сварка полимеров
В отличие от таких синтетических материалов, как дурапласты и эластомеры, термопласты обладают важным преимуществом: под воздействием тепла они размягчаются и становятся пластичными, что позволяет использовать их для сварки. По сравнению с другими способами соединения материалов, например при помощи винтов и заклепок и т.п., сварка позволяет получить адгезивный шов с ровной, неповрежденной поверхностью, без засечек и надрезов, с равномерным распределением напряжения. Подобный способ соединения пользуется популярностью при обработке многих видов полимеров. Так, например:
· Полиэтилен (РЕ):
- резервуары для дождевой воды
- канистры
- облицовка стен бассейнов
· Полипропилен (РР):
- садовая мебель
- сточные трубы
- ведра, контейнеры
· Поливинилхлорид (PVC):
- облицовка стен бассейнов
- сточные трубы
- водосточные желоба
· ABS:
- чемоданы
- запасные части для велосипедов
Кроме того, сварка используется при изготовлении различных изделий из плит: ящиков, перил, PVC-полов. А также для изготовления и ремонта труб, шлангов, соединения и ремонта пленки.
Сварка горячим воздухом (горячим газом)
Термин «сварка горячим газом» имеет историческое происхождение. В самом начале, когда способы обработки пластиков только разрабатывались, воздух в сварочных аппаратах действительно подогревался при помощи газовой горелки. Подобный способ сварки нельзя было назвать безопасным или практичным. Со временем появились аппараты с электрическим подогревом, которые позволяли регулировать температуру воздуха. Однако, обозначение «сварка горячим газом» осталось.
Сварка термопластов состоит из следующих этапов:
· Подготовка поверхности свариваемых деталей,
· Разогрев зон сварки,
· Сварка деталей,
· Охлаждение сварочного шва (сваренные детали находятся под давлением),
· Освобождение сваренных деталей от давления,
· Обработка сварочного шва
Качество сварочного шва выражается валентным соотношением. Под валентным соотношением понимается соотношение прочности сварочного шва и прочности основного материала. Как правило, удовлетворительным считается валентное соотношение от 0,6 до 0,8. Это означает, что прочность шва составляет 60-80% от прочности основного материала. Однако хороший сварщик достигает более высоких значений, до 100% в зависимости от свариваемого материала.
Сварка горячим воздухом – один из важнейших способов сварки термопластов и, кроме того, самый старый. Следует отметить, что его успешное применение требует некоторого навыка. Этот метод применяется для соединения отрезков плит при изготовлении различных изделий, для сварки труб и профилей.
Для сварки пригодны все без исключения термопласты. В основном и чаще всего сварка горячим воздухом применяется для соединения твердого и мягкого РЕ, РР, твердого, мягкого и ударопрочного PVC, а так же ABS и РММА. Сварка различных термопластов, даже со сходной формулой, не рекомендуется. В виде исключения допускается сварка твердого PVC с РММА или соединение двух деталей из РММА при помощи сварочной проволоки из PVC. Однако не следует ожидать, что подобное соединение окажется прочным.
При сварке горячим воздухом соединяемые поверхности и сварочная проволока разогреваются при помощи горячего воздуха до температуры плавления и свариваются под давлением. Горячий воздух поступает из круглой фильеры сварочного аппарата, при этом аппарат направляется одной рукой вертикальными маятникообразными движениями, а сварочный материал придерживается другой рукой.
Подобный способ сварки, который называют веерным, не является продуктивным, т.к. скорость сварки засчет повторяющихся маятникообразных движений невелика. Именно поэтому был разработан скорый способ сварки, в котором вместо круглой фильеры применяется фильера для быстрой сварки, а свариваемые поверхности и сварочный материал разогреваются предварительно, при этом сварочная проволока вплавляется фильерой в сварную зону.
Веерный способ сварки применяют, как правило, только для сварки деталей с маленьким радиусом или для сварки в труднодоступных местах, т.к. данный способ не очень удобен и требует определенного навыка.
Полимерные мешки
Мешки из полимерных материалов успешно применяются не только вместо мягкой тары - бумажных и тканевых мешков, но и составляют заметную конкуренцию таким видам жёсткой транспортной тары, как фанерные барабаны и деревянные сухотарные бочки.
Преимущества
Эксплуатационные преимущества мешков из полимерных материалов заключаются в их влагостойкости, что особенно важно для хранения в них продукции на открытых площадках, а также в стойкости к воздействию различных кислот и других химических веществ. Полимерные мешки обладают более высокой ударной вязкостью и прочностью.
Область применения
Полимерные мешки нашли широкое применение во всех странах мира для упаковки, траспортировки и хранения достаточно широкой номенклатуры сыпучих продуктов: химической продукции, синтетических моющих средств, полимерных смол, минеральных удобрений, цемента, а также некоторых пищевых продуктов: муки , крупы, сахара и крахмала. Мешки, изготавливаемые из антистатических плёнок, применимы для упаковки опасных грузов.
Мировое производство
В настоящее время производство мешков из полимерных материалов в большинстве промышленно развитых стран характеризуется высокими темпами роста производства. В Германии, например, ежегодно изготавливается более 1 млрд. различных мешков, 30% из этой доли составляют полимерные мешки. Одно из ведущих мест в мировом производстве таких мешков занимают Скандинавские страны. Так, одна только финская фирма - компания "Rosennlew Ltd." - ежегодно производит более 150 млн. мешков различных видов и типов.
Производство полимерных мешков способствует созданию безотходного производства, так как материал из которого они изготавливаются - полиэтилен и полипропилен - может подвергаться регрануляции и повторно служить полноценным сырьём для выпуска новых мешков. Именно поэтому, преобладающее большинство зарубежных предприятий осуществляет комплексные мероприятия по безотходному производству, перерабатывая вторично использованные мешки.
В Российской Федерации производство мешков развивается довольно высокими темпами, однако потребность промышленности и сельского хозяйства в этом виде транспортной тары пока не удовлетворяется полностью.
Основными производителями мешков из полимерных материалов в стране является химическая промышленность. При этом некоторые предприятия изготавливают мешки исключительно для затаривания собственной производимой продукции (производство мешков в этом случае входит, как правило, в состав расфасовочно-упаковочных линий).
Основные типы
В настоящее время наиболее широкое распространение получили мешки двух основных типов: мешки с открытым верхом и клапанные мешки с шестиугольным дном и верхом. Они предназначены для упаковки, транспортирования и хранения широкой номеклатуры сыпучей химической продукции, температура которой при заполнении и перевозке не превышает + 60 градусов С.
Плоские мешки с открытым верхом изготавливаются методом контактно-тепловой сварки, клапанные мешки - склеиванием с применением клея на основе полиуретанового каучука и изоцианатного отвердителя. Разрушающее напряжение при расслоении клеевого соединения составляет не менее 0,5 кг/см. При изготовлении клапанных мешков на днище с внутренней стороны мешка дополнительно устанавливается упрочняющий лист.
Материал изготовления
Основным материалом для изготовления мешков служит рукавная плёнка марки М по ГОСТ 10354-82, получаемая при переработке полиэтилена низкой плотности. Допускается изготовление мешков из полиэтилена других марок, а также полипропилена с физико-механическими показателями не ниже физико-механических показателей указанной марки.
Для изготовления мешков обоих типов применяется плёнка следующей толщины:
от 0,030 до 0,150 мм - для продукции массой не более 20 кг
от 0,030 до 0,190 мм - для продукции массой не более 30 кг
от 0,030 до 0,220 мм - для продукции массой не более 50 кг.
Типоразмерный ряд
Типоразмерный ряд стандартных полиэтиленовых мешков с открытым верхом, выпускаемых некоторыми российскими предприятиями, представлен следующими основными размерами (длина х ширина):
Номинальная вместимость 10 м3 - 550 х 380 мм
Номинальная вместимость 40 м3 - 820 х 520 мм
Номинальная вместимость 50 м3 - 900-1000 х 500-550 мм
Номинальная вместимость 100 м3 - 1400 х 550 мм
Типоразмерный ряд стандартных полиэтиленовых клапанных мешков, выпускаемых некоторыми российскими предприятиями, представлен следующими основными размерами (длина х ширина х высота):
Номинальная вместимость 35 м3 - 730 х 470 х 140 мм
Номинальная вместимость 40 м3 - 750 х 500 х 140 мм
Номинальная вместимость 50 м3 - 840 х 500 х 130 мм
Упаковка готовых мешков при отправке их потребителю осуществляется следующим образом: мешки одного размера укладывают в кипы по 25-100 штук и упаковывают в полиэтиленовый мешок, затем перевязывают либо шпагатом, либо упаковочной лентой из полимерных материалов.
Полимерные мешки-вкладыши
Для транспортирования сыпучей продукции, предварительно затаренной в полиэтиленовые мешки, с последующей их упаковкой в джутовые, льняные и бумажные мешки на ряде предприятий химической промышленности налажен выпуск мешков-вкладышей. Они также изготавливаются из полиэтиленовой плёнки по ГОСТ 10354-82, получаемой из марок полиэтилена низкой плотности, применяемых для изготовления плёночных изделий для химических реактивов - толщиной от 0,050 до 0,100 мм, для другой химической продукции - толщиной от 0,050 до 0,120 мм.
Типоразмерный ряд стандартных плёночных мешков-вкладышей, выпускаемых некоторыми российскими предприятиями, представлен следующими основными размерами (длина х ширина):
Номинальная вместимость 25 м3 - 690 х 470 мм
Номинальная вместимость 30 м3 - 750 х 500 мм
Номинальная вместимость 40 м3 - 800 х 600 мм
Номинальная вместимость 50 м3 - 1000-1250 х 500-800 мм
Номинальная вместимость 90 м3 - 1200 х 600 мм
Номинальная вместимость 140 м3 - 1400 х 550 мм
Плёночные вкладыши для мягких контейнеров
Особую группу тароупаковочных плёночных изделий образуют полимерные вкладыши, предназначенные для комплектации мягких специализированных контейнеров разового использования (типа МКР-С) и оборотных (типа МКО-С). Вкладыши изготавливаются двух типов: вкладыши с подбивкой боковых сторон внутрь и вкладыши плоские из рукавной плёнки по ГОСТ 10354-82, получаемой переработкой полиэтилена низкой плотности, марок, применяемых для изготовления мешков и других сельскохозяйственных изделий толщиной 0,120 и 0,150 мм. Вкладыши, предназначенные под пищевые продукты, выпускаются из марок полиэтилена, допущенных Министерством здравоохранения для контакта с пищевыми продуктами. При изготовлении вкладышей допускается использование вторичного полиэтилена, получаемого из технологических отходов в количестве не более 30%. Температура продукции, упаковываемой во вкладыши, не должна превышать + 60 градусов С. Максимальные габаритные размеры вкладышей - 3000 х 1640 мм.
Оборудование для изготовления мешков и вкладышей
В последние годы предприятия, специализирующиеся на массовом выпуске плоских полимерных мешков, имешков-вкладышей и мягких специализированных контейнеров, начали оснащаться сварочным оборудованием, разрабатываемым и изготавливаемым Центральной научно-исследовательской лабораторией полимерных контейнеров. На сегодняшний день в эксплуатации находится более 20 различных видов сварочного оборудования для производства мешков и мешков-вкладышей.
В настоящее время потребность промышленности в полимерных мешках удовлетворяется в среднем на 65-70%. Ожидается, что к 2005 году за счёт более широкого внедрения специализированного автотранспорта для перевозки полимеров и мягких специализированных контейнеров для транспортирования сыпучей продукции потребность в мешках будет удовлетворена приблизительно на 90%.
Сварка труб
Сварочные аппараты для пластиковых трубопроводов
Каждый, кто собирается смонтировать трубопровод, должен ответить на вопрос: металл или пластмасса? Еще десяток лет назад вопрос так не стоял, но преимущества пластика оказались слишком очевидны.
Главные свойства пластика: небольшой удельный вес, устойчивостью к воздействию горячей воды и механическим воздействиям, большая прочность, устойчивость к коррозии и обрастанию привели к тому, что трубопроводы из этих материалов стали широко применяться во всем мире.
В результате исследований установлено, что срок службы канализационных трубопроводов из ПВХ составляет более 50 лет. То же относится к водопроводным трубопроводам холодной и горячей воды, отопления. Системы работают безаварийно, не причиняя никаких забот пользователям как в индивидуальных, так и в многоэтажных многоквартирных домах, на промышленных объектах.
Новый материал определяет новую технологию. Пластиковые трубы можно соединять склейкой, обжимными муфтами и сваркой. Сварка приобрела особое значение. Пластиковые трубопроводы, как правило, выполняют из полиэтилена, поливинилхлорида или полипропилена. Это – термопластики, т. е. пластмассы которые легко деформируются и свариваются при умеренном нагреве.
Поэтому быстро, экономично и надежно трубы можно соединить с помощью контактной стыковой сварки – обработанные торцы труб разогревают до 210–220 ° С и соединяют под давлением. После охлаждения шва образуется соединение, не отличающееся по прочности от трубы без швов.
По конструкции существует несколько видов сварочных аппаратов:
ручные нагревательные элементы (металлический диск с ТЭНами и тефлоновым покрытием);
ручные аппараты для сварки с помощью пластиковых муфт;
сварочные агрегаты для стыковой сварки;
специальные аппараты для сварки муфтами с встроенными ТЭНами.
Сварочный агрегат для пластиковых трубопроводов включает:
опорную раму с расположенными на ней приборным и гидравлическим блоком (гидроагрегатом);
захваты , состоящие из шарнирно соединенных половинок в форме полуколец. Они закреплены справа и слева на опорной раме. Между захватами устанавливаются вкладыши для центровки труб и лучшего распределения давления. Внутренний диаметр вкладышей соответствует диаметру свариваемой трубы;
привод перемещения захватов . Может использоваться механический привод на агрегатах малого диаметра, гидравлический привод – на больших);
электроторцеватель (узла подрезки и выравнивания торцов труб): диск с двухсторонними ножами, который при вращении выстругивает, подравнивает торцы труб. Скорость вращения торцевателя – всего несколько оборотов в минуту. Для повышения безопасности торцеватель снабжается блокировками, позволяющими включать его только в рабочем положении и исключающими его подъем при выполнении операции;
нагревательный элемент : это металлический диск с расположенными внутри ТЭНами, покрытый снаружи тефлоном или другим термостойким антипригарным покрытием. Как правило, он оснащается датчиками контроля температуры и терморегуляторами.
Сварочный агрегат устанавливают прямо в траншее, подключив подачу электроэнергии от передвижной станции или от сети. Пластиковые трубы подтягивают, вдвигая их в сварочный агрегат между вкладышами, и зажимают в захватах. В промежуток между трубами опускают торцеватель, и выравнивают стыкуемые поверхности.
При необходимости привод перемещения стягивает трубы друг к другу. Затем торцеватель заменяют нагревательным элементом. После начала плавления и деформации пластика, нагреватель убирают и соединяют торцы труб встык. Сварка шва закончена. На поверхности трубы внутри и снаружи остается небольшой бурт. Агрегат можно расцеплять и переносить краном на новое место.
Пенополиуретан
ПЕНОПОЛИУРЕТАН относится к классу газонаполненных пластмасс или как их еще называют пенопластов.
Любой теплоизоляционный материал на 85-90% состоит из воздуха, поэтому гораздо удобнее и выгоднее изготавливать утеплители на месте строительства, нежели гнать «вагон или фуру с воздухом» из другого конца страны.
Образование пенополиуретана происходит при реакции двух жидких компонентов: полиола и полиизоционата, в результате образуются микрокапсюли, заполненные воздухом.
Из одной тонны сырья, с учетом возможных потерь можно получить 20 кубометров пенополиуретана при плотности 50 кг/м3. Тонна – это четыре 200 литровых бочки. Технологичность, экономическая целесообразность и удобство - очевидны. Вместо того, чтобы КАМАЗом доставить на стройплощадку 20 кубометров пенополиуретана, достаточно одной ГАЗели, которая привезет в нужное место установку, компрессор и сырье. Помимо этого, если завести на стройплощадку готовый пенополиуретан, его следует там хранить, при его монтаже на конструкции необходимы различные дополнительные технологические операции (крепеж, укрытие). Все это становится не нужно, если объект утепляется пенополиуретаном на месте.
Во всем мире готовый пенополиуретан без проблем проходит испытания на токсичность. В России санитарные нормы даже жестче, чем за рубежом, тем не менее в любом регионе нашей страны ЦГСЭН в гигиенических сертификатах указывает «безопасен при применении в качестве теплоизоляционного материала».
Если в компонентах для получения пенополиуретана включены антиперены, то пенопласт горит только там, куда попадает пламя внешнего источника огня, и горит до тех пор, пока это пламя есть. Если убрать факел – пенополиуретан гаснет, не тлеет и не дымит. Если необходимо изолировать трубу, которую затем закопают в землю, то очевидно, что снижение группы по горючести – лишнее. Если же утеплитель укладывается между двух стен жилого дома, следует использовать трудногорючие марки пенополиуретана. Трудно представить самовоспламенение пенополиуретана – для этого стена должна разогреться до сотен градусов, но к этому моменту только пенополиуретан и не сгорит.
Если ингредиенты (изоционат и полиол) смешиваются воздухом, то образуется мелкодисперсная аэрозоль, которая наносится на поверхность. Этот процесс называется НАПЫЛЕНИЕ пенополиуретана.
Если ингредиенты смешиваются без доступа воздуха, то образуется монолитная, ровная струя, которую можно впрыснуть в ограниченную полость. Этот процесс называется ЗАЛИВКА пенополиуретана и в том или ином виде используется во многих отраслях промышленности. ППУ применяется в автомобилестроении и самолетостроении; при производстве мебели; в пищевой индустрии; в трубопроводном транспорте; при упаковке; производстве обуви и спортивного инвентаря, а также при решении многочисленных специфических и узкофункциональных задач.
Напыление пенополиуретана – наиболее перспективный метод создания тепло- и гидро-изоляционных покрытий. Способность пенополиуретана покрывать поверхность сложной формы с хорошей адгезией гарантирует архитекторам возможность проектировать и осуществлять теплоизоляцию различных элементов зданий, имеющих сложные формы: выступы, арки, колонны и т.д.
Пенополиуретан идеально подходит для ремонта поврежденных кровель (с любым углом наклона) старых зданий с недостаточной теплоизоляцией. Как показывает опыт, например, при покрытии кровли методом напыления пенополиуретана, экономия времени по сравнению с традиционными методами, составляет до 80%, а экономия денежных средств – до 50%.
При использовании этой технологии кровля сначала покрывается слоем в 40-50мм теплоизоляционного пенополиуретанового покрытия плотностью 60-80 кг/м3, а затем, защитным и гидроизоляционным слоем пенополиуретана повышенной плотности. Толщина защитного слоя выбирается в диапазоне от 10 до 3 мм (в зависимости от плотности материала: от 120 до 600 кг/м3).
Пенополиуретан прекрасно подходит для теплоизоляции труб, теплотрасс. Нанесенная таким образом изоляция позволяет создать монолитное, полностью гидроизолирующее покрытие трубы. Дополнительной защиты не требуется – только покраска для защиты от прямых солнечных лучей.
Благодаря технологическим свойствам пенополиуретан идеально подходит для утепления чердаков, внутренней стороны крыш (прекрасно ложится даже на потолочную поверхность), а также на вертикальных строительных элементах, таких как стены и фасады. Кроме того, пенополиуретан – идеальное средство изоляции пола, фундамента, подвала - не гниет и не разлагается.
Долговечность пенополиуретана оценивается в 25-30 лет, но и это не предел. В Германии, США, Швеции, Японии специалисты разбирают конструкции стен, крыш, фундаментов, срезают с труб образцы пенополиуретана, залитого в 70-ых годах прошлого века и корректно формулируют – «свойства не изменились». Нет химических причин для разрушения правильно сделанного пенополиуретана. Более 90% ячеек пенополиуретана замкнуты, то есть представляют собой пластиковые капсюли, заполненные углекислым газом.
По теплопроводности пенополиуретану конкурентов не имеет. Отечественные пенополиуретаны массового применения устойчиво держат коэффициент теплопроводности 0,028 Вт/м*град и имеют тенденции в ближайшие годы снизится до 0,02 Вт/м*град. Ближайший по качеству (но уступающий по технологичности) экструдированный пенополистирол имеет коэффициент теплопроводности 0,03 Вт/м*град и снижения не предвидится.
В отличие от большинства теплоизоляционных материалов теплопроводность пенополиуретана от влажности среды не зависит (чего не скажешь, например, о других утеплителях), хранение под дождем и снегом - нормальное.
Чтобы рассчитать сравнительную теплозащитную эффективность различных строительных материалов достаточно поделить их. Например, для пенополистирола и пенополиуретана это 0,04/0,028=1,43, т.е. 10 см пенополиуретана по теплоизоляционным характеристика эквиваленты 14,3 см сухого пенополистирола.
Использование пенополиуретана – это неоспоримые преимущества.
Мобильное, компактное, надежное оборудование фирмы «Н.С.Т.» позволят производить напыление и заливку пенополиуретана как в полевых условиях и на стройплощадках, так и на стационарных объектах.
Это высоко эффективный, высоко технологичный, высоко качественный и доступный по цене и уникальный по своим характеристикам, теплоизоляционный материал.
В России производство различных видов пенополиуретана увеличивается из года в год, но к сожалению использование этого материала пока не получило в нашей стране массового применения, в отличие от стран Западной Европы и США, где пенополиуретан успешно применяется порядка 50 лет.
Наиболее важными сферами применения пенополиуретана являются:
Несмотря на то, что полиурия и пенополиуретан являются схожими материалами, но получение полимочевины на установках низкого давления невозможно. Из-за повышенной вязкости и плотности, а также особых требований по температуре, при которой разрешено смешивать компоненты, необходимо для этих целей использовать установки высокого давления. Такие установки до недавних пор использовались лишь при напылении пенополиуретана для решения специфичных задач повышенной сложности.
Переработка армированных полимеров
Особенностью изготовления изделий из армированных полимерных материалов является то, что материал и изделие в большинстве случаев изготовляются из исходных компонентов одновременно. Для создания изделий с требуемыми эксплуатационными свойствами выбранные методы и режимы переработки должны обеспечивать необходимую монолитность материала, требуемое содержание, ориентацию и равнонапряженность армирующего наполнителя.
Подготовительные операции включают подготовку наполнителя (сушка, различные виды энергетической и химической обработки для улучшения совмещения со связующим), формообразующей и формующей оснастки и оборудования, а в ряде случаев - приготовление связующего и его нанесение на наполнитель. Структура и форма используемого армирующего наполнителя во многом определяют выбор метода изготовления заготовки изделия.
Получение заготовки изделия выбранным методом осуществляют путем укладки армирующего наполнителя в заданной последовательности на оснастке, определяющей форму будущей детали. При этом ориентация волокнистого наполнителя выдерживается в соответствии с эпюрой напряжений, что обеспечивает требуемую анизотропию свойств материала в изделии.
Изготовление заготовки детали может производиться с использованием препрега - предварительно пропитанного связующим наполнителя, высушенного или подотвержденного (так называемый сухой способ намотки, выкладки), с пропиткой наполнителя в процессе его выкладки или намотки (так называемый мокрый способ намотки, выкладки), с чередованием слоев непропитанного или частично пропитанного наполнителя со слоями связующего в виде плавкой пленки или с использованием наполнителей, в которых армирующие волокна чередуются с волокнами матричного материала (волоконная технология).
Получение заготовки изделия из полимерных материалов, армированных непрерывными волокнистыми наполнителями (главным образом нитями, жгутами, ровингами, лентами, тканями, трикотажными материалами), осуществляют методами послойной выкладки, намотки, методом плетения или ткачества, а также комбинированным методом.
Методом послойной выкладки с наполнителями из непрерывных волокон изготовляют заготовки листов, плит, обшивок, а также изделий сравнительно простых геометрий форм. При послойной выкладке слои препрега или непропитанного армирующего наполнителя последовательно, соблюдая заданную ориентацию, собирают на жесткой форме (пуансоне), повторяющей форму изделия, в пакет до требуемой толщины. В процессе выкладки производят послойное уплотнение пакета с помощью ролика или др. инструмента. При серийном производстве применяют специальные выкладочные установки или комплексы с применением робототехники и программного управления.
Метод намотки широко применяют для изготовления заготовок изделий, имеющих форму тел вращения. При использовании однонаправленных непрерывных армирующих наполнителей в виде нитей, жгутов, лент, ровницы применяют окружную, продольную, спиральную (геликоидную) или комбинированную намотку.
Спиральную намотку применяют для изготовления оболочек совместно с днищами, деталей конической формы, изделий переменного сечения. При комбинированной намотке сочетают в любых вариантах спиральную, продольную или окружную намотку для достижения требуемой анизотропии свойств материала. Простейший вид комбинированной намотки - продольно-поперечная. Применение многокоординатных намоточных станков с программным управлением позволяет автоматизировать процесс намотки и сделать его высокопроизводительным.
При использовании армирующих наполнителей в виде тканей, холстов, бумаги, лент с перекрестным расположением волокон применяют окружную намотку с прикаткой, например при изготовлении труб, цилиндров, оболочек конической формы. Если уплотнение материала вследствие натяжения наполнителя или при прикатке является достаточным для обеспечения необходимой плотности материала при послед. отверждении изделия, то намотка представляет собой и метод формования.
Комбинированные методы создания заготовок изделий включают несколько различных методов при сборке одной детали, например сочетание послойной выкладки и намотки.
Указанные выше методы позволяют ориентировать наполнитель в одной или двух плоскостях изделия. При необходимости получения объемного армирования в трех и более плоскостях применяют метод плетения или ткачества заготовки из жгутов или нитей. Направление армирования и содержание наполнителя в каждом из направлений определяются условиями эксплуатации детали. Метод плетения применяется также для создания многослойных заготовок деталей, в которых слои механически связаны между собой.
Изготовление заготовки детали из полимерных материалов, армированных короткими волокнами, производят методом послойной выкладки с использованием рулонных наполнителей в виде матов, холстов, войлока, бумаги, как предварительно пропитанных, так и пропитываемых в процессе изготовления заготовки, а также методами напыления, насасывания и осаждения рубленых волокон. При изготовлении заготовок изделия методом напыления в качестве наполнителей используют отрезки жгутов (30-60 мм), которые с помощью специальных установок напыляют потоком воздуха совместно со связующим на форму до достижения требуемой толщины. Этим методом производят крупногабаритные изделия, например корпуса лодок и катеров, элементы легковых и грузовых автомобилей, контейнеры различного назначения, плавательные бассейны, покрытия полов, облицовки бетонных конструкций.
Метод насасывания применяют при производстве изделий сравнительно небольших размеров. Изготовление заготовки осуществляют главным образом в камере насасывания, в верхнюю часть которой подается рубленое волокно (рис. 1); в нижней части камеры на вращающемся столе смонтирована перфорированная форма, через которую с помощью мощного вентилятора просасывается (прокачивается) воздух. Распыленное волокно, увлекаемое потоком воздуха, насасывается на форму до обеспечения требуемой толщины. Метод позволяет использовать как сухие связующие в виде порошка или плавких полимерных волокон, подаваемых совместно с армирующим волокном, так и жидкие связующие, наносимые на насасываемую заготовку при помощи пистолетов, расположенных по периметру камеры. После насасывания заготовка вынимается из камеры и формуется одним из перечисленных ниже методов. Насасывание, кроме того, может проводиться из суспензии волокон в жидкой среде по бумагоделательной технологии.
Рис. 1. Изготовление заготовок деталей из армированных пластиков методом насасывания: 1 - бобина со жгутом; 2-резательное устройство; 3-воронка для порошкообразного связующего; 4 -камера; 5-пистолет для напыления жидкого связующего; 6-пер-форир, форма; 7 - вращающийся стол; 8-вентилятор.
После формирования заготовка детали подвергается формованию различными методами. Метод контактного формования применяют при изготовлении деталей с применением полиэфирных и эпоксидных связующих холодного отверждения преим. в сочетании с созданием заготовки методом выкладки. При этом способе формования пропитанные связующим слои наполнителя уплотняют путем прижатия кистью или прикатки роликом. Отверждение материала производится без приложения постоянного давления.
При изготовлении крупногабаритных деталей широкое распространение получили вакуумный, вакуумно-авто-клавный и пресскамерный методы формования с использованием эластичного мешка (чехла). В этих случаях на оправку по форме изделия наносят разделительный слой (для предотвращения прилипания формуемой детали), выкладывают или наматывают заготовку изделия, на которую последовательно укладывают перфориррованный разделительный слой, цулагу (металл, слоистый пластик), дренажный слой (материал в виде войлока, несколько слоев стеклоткани или металлической сетки), защитный слой из ткани или пленки и эластичный мешок из резины, прорезиненной ткани или термостойкой полимерной пленки с большим удлинением, который герметично соединяют с формой (рис. 2). Вакуумным насосом из-под эластичного мешка откачивают воздух. Для отверждения связующего форму с заготовкой помещают в термошкаф (вакуумный способ), а если требуется высокое давление - в пресскамеру или автоклав. Формование осуществляется вследствие разности давлений между внеш. давлением в термошкафу, пресскамере (0,15-0,5 МПа) или автоклаве (0,3-2,5 МПа) и остаточным в эластичном мешке. При вакуумном способе формования давление составляет 0,05-0,09 МПа. Метод широко используют при изготовлении трехслойных конструкций с легким заполнителем, не допускающим высоких давлений при формовании.
Рис. 2. Формование изделий из армированных полимерных материалов различными методами: а-вакуумным; б - вакуумно-автоклавным; в-пресскамерным (I-формование на пуансоне, П-в матрице); 1-пуансон; 2-заготовка изделия; 3-цулага; 4-дренажный слой; 5-эластичный мешок (чехол); 6-разделит. слой; 7-крепление эластичного мешка; 8-матрица; 9-термошкаф; 10-автоклав.
При необходимости повыш. давления формования для обеспечения требуемого качества детали, а также при серийном производстве изделий из армированных пластиков небольших и средних размеров применяют метод прессования в жесткой прессформе, который изложен выше.
При серийном производстве крупногабаритных деталей сравнительно простой конфигурации, изготовляемых из пропитанных слоистых наполнителей в жесткой прессформе, формование часто осуществляют не на прессах, а в термошкафах, применяя метод формования в болтовой форме. В жесткую форму, имеющую пуансон и матрицу, помещают заготовку детали и форму смыкают с помощью болтов до обеспечения окончат. толщины детали. При необходимости приложения больших усилий для смыкания формы используют пресс с послед. стяжкой болтами. Собранные формы помещают в термошкафы, где осуществляется температурный режим отверждения и формования. Метод позволяет изготовлять сразу большое количество деталей одновременно.
При термокомпрессионном формовании заготовку формуемой детали помещают на жесткий пуансон или матрицу, покрывают или обматывают формующим материалом с высоким коэффициент термического расширения, например термостойкой кремнийорганической резиной, и накрывают ограничительной оснасткой, которую плотно, например с помощью болтов, соединяют с пуансоном или матрицей, создавая начальное давление. В процессе нагрева уплотнение заготовки осуществляется вследствие термического расширения формующего материала, расположенного между заготовкой и жесткой ограничительной формой. Метод позволяет значительно упростить конструкцию прессформы и обеспечить равномерное распределение давления по всей поверхности формуемой детали.
Центробежный метод формования основан на уплотнении материала вследствие возникновения центробежной силы, возникающей при вращении оправки с заготовкой детали. Данный метод применяют при изготовлении крупногабаритных цилиндрических и слабоконических оболочек из компо-зиционных материалов с неориентированным расположением волокон, получаемых главным образом методом напыления. При этом используют полиэфирные и эпоксидные связующие холодного отверждения.
Методом протяжки (пултрузии) изготовляют профильные изделия постоянного сечения (стержни, трубки, профили различного поперечного сечения и др.). Процесс осуществляют по непрерывной схеме: армирующий наполнитель, совмещенный со связующим, собирают в пучок и протягивают через систему формообразующих головок (фильер), в которых осуществляется формование изделия и частичное отверждение связующего. Окончат. отверждение происходит в термокамере или высокочастотной установке. Метод характеризуется высокой производительностью, экономичностью, поддается автоматизации.
Метод прокатки (ролтрузии) аналогичен методу протяжки за исключением того, что формующим элементом здесь является система роликов по форме изготовляемого изделия. Вращающиеся ролики позволяют более эффективно уплотнять заготовку, предотвращать повреждение армирующего наполнителя и изготовлять профили большого сечения.
Формование методом обмотки (викелевки) широко применяют при изготовлении труб и других деталей, имеющих форму тела вращения или близкую к ней. Заготовку детали, изготовленную методами намотки или послойной выкладки, покрывают разделительным слоем, цулагой и обматывают с натяжением несколькими слоями нити, жгута или другого материала, вследствие чего и происходит уплотнение материала. Усилие натяжения нити и других материалов подбирается экспериментально.
Для изготовления изделий, к которым предъявляют повышенные требования по герметичности и стабильности размеров, применяют метод пропитки под давлением. При этом заготовку детали формируют из непропитанного (или частично пропитанного) наполнителя на пуансоне методами послойной выкладки или намотки. После этого пуансон смыкают с матрицей, а пространство между ними герметизируют. К верх. части замкнутого пространства подсоединяют вакуумную систему для удаления воздуха из непропитанной заготовки, а к нижней - трубопровод, по которому под давлением до 3 МПа подается связующее (рис. 3). Контроль пропитки осуществляют по появлению смолы на выходе из формы. При изготовлении длинномерных деталей в процессе пропитки производят выравнивание давления внутри пропитываемой заготовки, для чего закрывают выходное отверстие и выдерживают связующее под давлением в течение определенного времени; часть связующего затем прокачивается через заготовку. После окончания пропитки выход из формы перекрывают и производят отверждение детали.
Рис. 3. Изготовление изделий методом пропитки под давлением: 1 -заготовка изделия; 2-пуансон; 3-матрица; 4-бак со связующим; 5-ловушка; 6-термошкаф.
Смотрите также по теме «Другие методы переработки»: