ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методология технологических испытаний из "Основы создания технологического процесса получения полимеров" С целью получения отправных данных для выбора способа и режимов переработки, определения вида перерабатывающего оборудования и решения других технологических задач используется большое число технологических тестов оценки материалов и методик измерений. При переработке серийных крупно-тоннажных полимеров в условиях промышленного производства их технологические испытания ограничивают набором стандартных методов, входящих в программу входного контроля сырья, проводимого в соответствии с нормативно-технической документацией (ГОСТ и ТУ на полимерные материалы, технологические регламенты на производство изделий). Однако при запуске процессов получения новых видов продукции, усовершенствованных типов оборудования или разработке и освоении процессов формования новых полимеров и композиционных материалов приходится существенно расширять программу обследования технологических свойств сырья, исследуя реологические, теплофизические и другие свойства перерабатываемого полимера, выходящие за рамки стандартизованных измерений. Число таких методов постоянно увеличивается за счет разработки оригинальных методик, основанных на резз льтатах изучения физико-химических свойств, структуры, механики полимеров и т. п. Ниже описана последовательность оценки основных технологических свойств полимеров при освоении новых материалов и процессов переработки. [c.205] Однако этот способ нельзя считать универсальным, необходимо разработать методы уменьшения и направленного регулирования молекулярной мас- сы синтезированного на поверхности наполнителя полимера. Снижение молекулярной массы полиэтилена примерно до (2—3)-10 позволяет существенно улучшить технологические свойства норпластов для переработки экструзией и литьем под давлением и получить высококачественные изделия лри содержании наполнителей 20—60% (масс.). Положительный опыт оценки технологических свойств и сформулированные на этой основе технические требования к полиэтиленовым норпластам были учтены химиками при разработке технологии синтеза норпластов на базе полипропилена и полибутена. [c.206] Такие норпласты обладают хорошей способностью к переработке в изделия прн содержании наполнителей вплоть до 60% (масс.) [132—134]. [c.207] Оценка физических состояний и температур основных релаксационных переходов (термомеханические исследования). Проведение экспериментов этой группы необходимо прежде всего для установления температур стеклования (Тс) и текучести (Тт) полимера, определения принципа переработки. Используемые для этих целей методики основаны на термомехапическнх исследованиях — изучении физико-химических превращений полимеров, основанном на определении его деформируемости в широком интервале температур при заданном режиме нагружения и нагрева [98—100, 135—137]. На графиках соответствующей температурной зависимости деформации — термомеханических кривых — довольно четко обнаруживаются точки характерных перегибов, отвечающих Тс и Тт. [c.207] При температурах ниже Тс возможно получение изделии методами резания, точения, фрезерования и т. п., т. е. по технологии холодной переработки, во многом аналогичной технологии обработки металлов и дерева, а также изготовление изделий путем неразъемного соединения отдельных элементов (деталей) с использованием клеевых швов и заклепок. [c.207] При температурах в интервале от Гс до Ту полимеры находятся в высокоэластическом состоянии, характеризуемом способностью материала к значительным обратимым деформациям, на которые могут накладываться деформации течения, увеличивающиеся с повышением температуры. В высокоэластическом состоянии материалы перерабатывают различными методами, основанными на вытяжке полимера, — термовакуумным и пневматическим формованием, штамповкой, прокаткой, тепловой (ориентационной) вытяжкой и т. п. [c.207] Температура перехода из высокоэластического состояния в. вязкотекучее Тт) является определенной точкой только для идеального кристаллического тела, для которого она, по существу, тождественна температуре плавления. Для реальных полимерных материалов Тт — это средняя температура той области, в которой развивается истинное течение полимера. Температура текучести также зависит от режима деформирования, поэтому сравнивать Тт полимеров разного строения можно только в том случае, если они определены при одних и тех же условиях (одинаковые напряжения, скорости нагрева и др.). [c.208] Температуру экструзии или впрыска (инжекции) при литье под давлением выбирают в интервале от Тт (минимально возможная температура формования — Гмин) до Гс (максимально возможная температура — Гмакс, определяемая началом интенсивной термодеструкции полимера). Возможный температурный интервал переработки полимеров в вязкотекучем состоянии от Гт до Гс может быть достаточно широким (например, для ПЭНП и ПЭВП), средним (например, для полипропилена) и узким. Типичными примерами полимеров с узким интервалом возможных температур переработки служат ПВХ, композиции на его основе и другие хлорсодержащие термопласты, интервал Гт—Гс для которых невелик — от нескольких градусов до 25— 30 °С. Такие материалы относят, естественно, к группе трудно-перерабатываемых и для их формования подбирают специальные приемы [138—140], основанные на направленном регулировании релаксационных и реологических свойств расплавов с целью снижения температуры текучести и эффективной вязкости. [c.208] Отсюда очень важно при работе с новым материалом определить температурный интервал его переработки. [c.208] Следует обратить особое внимание на важность технологии приготовленрш образцов для этих исследований. При формовании и последующем охлаждении в образцах (в виде пленок, таблеток и др.) могут возникать и замораживаться внутренние напряжения (особенно для кристаллизующихся полимеров). Поэтому при нагреве образцов в полимере развиваются релаксационные процессы, вызывающие появление на кривых экстремумов, не характерных для самого изучаемого вещества. Чтобы избежать этого образцы следует приготавливать в вязкотекучем состоянии, в котором легче обеспечить достаточно полную релаксацию напряжений, сопровождающих формование, и термообрабатывать материал в мягких условиях. При этом желательно, чтобы повышение температуры и времени воздействия температурно-силовых полей на материал не вызывало химических изменений полимера, заметно влияющих на вид кривых. [c.209] момеханические исследования имеют исключительно важное значение для характеристики впервые синтезированных полимеров, особенно в тех случаях, когда в распоряжении исследователя имеется малое количество материала. Высокая чувствительность этого метода позволяет использовать его не только для контроля качества различных партий полимерного сырья, но и для оценки строения полимера, изменения межмо-лекулярных взаимодействий при введении в полимер пластификаторов и других ингредиентов, направленно изменяющих комплекс технологических характеристик. [c.209] Пример 2. Для проведения термоме.ханических исследований в СССР и за рубежом предложены различные конструкции приборов, охватывающие интервал температур от —196 °С (температура жидкого азота) до 800 °С. В одном из наиболее совершенных отечественных приборов — установке исследования полимеров УИП-70-2 и его модернизированном варианте УИП 70-2М, созданной ЦКБ УП НТО АН СССР, — используется рабочая схема, прп которой регистрируется деформация цилиндрического таблетиро-ваниого образца при вдавливании в него сферического кварцевого индентора [141]. Основные технические характеристики прибора УИП70-2М следующие диапазон измеряемых деформаций — О—3 мм максимальная чувствительность при автоматической записи деформаций — не ниже 0,5-10- мм погрешность измерений не более 3-10 мм диапазон нагрузок на индентор (0,5—300)-10--Н интервал рабочих температур — 150—400 °С. Программный задатчик температур и система терморегулирования обеспечивают нагрев (охлаждение) образца по линейному закону изменения температуры со скоростями от 0,625 до 20°С/мин, а также режим термостатирования в любой точке рабочего диапазона. [c.209] Прибор обеспечивает автоматическое измерение и регистрацию деформаций, возникающих при одноосном сжатии образца исследуемого полимера под действием различных фиксированных нагрузок, и дилатометрические измерения при минимальных нагрузках. Ряд других приборов отечественного и зарубежного производства, предназначенных для термомеханического анализа полимеров, описаны, например, в [141]. [c.209] При всех достоинствах описанного прибора (высокие точность и воспроизводимость результатов измерений, автоматизация системы задания и поддержания температуры с программированием ее изменения по заданному закону, простота подготовки образцов, возможность проведения экспериментов в среде инертного газа) его серийный выпуск до настоящего времени не освоен промышленностью. К сожалению, это не позволяет рекомендовать УИП 70-2М к широкому применению в технологической практике и ограничивает область его использования научно-исследовательскими лабораториями. Поэтому большее применение находят относительно простые установки, разрабатываемые технологами на базе стандартных приборов другого назначения. В качестве примера можно назвать установку, созданную специалистами НПО Пластик на базе экструзионного пластометра, или измерителя показателя текучести расплава термопластов (ИИРТ-М) производства Тульского ОКБА НПО Химавтоматика , подробно описанного в ряде книг и справочников. Дооборудование прибора ИИРТ-М датчиком перемещений, программатором температуры и двухкоординатным самопишущим регистратором позволяет записывать термомеханическую кривую с точностью, достаточной для многих практических целей. Принцип действия указанной установки и схема ее электрического включения понятны из рис. 5.2. Описанная установка и прибор УИП 70-2М дают весьма близкие результаты даже для таких капризных полимеров, как ПВХ, композиции на его основе, гидрохлорид изо-пренового каучука и т. п. [139, 140]. [c.210] Для определения температур релаксационных переходов используется и ряд других методов. Физические основы этих методов рассмотрены, например, в [136, 142, 143]. Одним из наиболее надежных является определение Гс по излому на температурной зависимости удельного объема при достаточно длительном термостатировании в каждой температурной точке. Выше Гс резко возрастает термический коэффициент объемного расширения. В последнее время успешно применяют акустические методы определения Тс, основанные на изменении температурного коэффициента скорости звука при достижении Гс [144]. [c.211] Технологическая оценка реологических свойств полимеров. [c.211] При получении нового материала или создании изделия принципиально нового типа во многом приходится полагаться на модельный эксперимент и опыт технолога-переработчика. [c.211] Вернуться к основной статье