docPrasowanie, kalandrowanie, odlewanie
download 
Reklamacja Transkrypt
Prasowanie, kalandrowanie, odlewanie
Wytwarzanie i przetwórstwo polimerów Prasowanie, kalandrowanie, odlewanie dr inż. Michał Strankowski Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Prasowanie • Prasowanie, jako technika formowania materiałów polimerowych można podzielić na prasowanie wysokociśnieniowe (tłoczne, przetłoczne i płytowe) oraz prasowanie niskociśnieniowe. • Przy użyciu tej techniki można kształtować przedmioty pod ciśnieniem z materiału wyjściowego, który w postaci arkuszy (preimpregnatów) lub też tłoczyw. może być • Metoda ta jest stosowana głównie do duroplastów i polega na kształtowaniu tworzyw warstwowych, czy też laminatów poprzez sprasowanie tworzywa w postaci preimpregnatów, które są umieszczone pomiędzy płytami prasy. Podział prasowania PRASOWANIE Prasowanie wstępne (tabletkowanie) Prasowanie wysokociśnieniowe Prasowanie niskociśnieniowe Prasowanie wstępne • Prasowanie wstępne zwane również tabletkowaniem poprzedza prasowanie tłoczne, które odbywa się w układzie poziomym lub pionowym. •W układzie poziomym na ogół jednogniazdowym, otrzymuje się tabletki o większych rozmiarach, np. walce o średnicy 70 mm i większej, z wydajnością przeciętnie 1 sztuki na sekundę. • Układ pionowy jest zazwyczaj wielogniazdowy i służy do otrzymywania tabletek o połowę mniejszych rozmiarach z jednocześnie dużą wydajnością nawet do 3 sztuk na sekundę. Prasowanie wstępne Schemat procesu prasowania wstępnego (tabletkowania) w układzie poziomym: a) dozowanie, b) wypełnianie, c) sprasowanie, d) usuwanie; 1 prowadnica - dno matrycy (nieruchome), 2 - stempel ruchomy, 3 - boczna część matrycy (ruchoma), 4 - tłoczywo proszkowe w ruchomym zasobniku, 5 – tabletka. Prasowanie wstępne Schemat procesu prasowania wstępnego (tabletkowania) w układzie poziomym: a) dozowanie, b) wypełnianie, c) sprasowanie, d) usuwanie; 1 prowadnica - dno matrycy (nieruchome), 2 - stempel ruchomy, 3 - boczna część matrycy (ruchoma), 4 - tłoczywo proszkowe w ruchomym zasobniku, 5 – tabletka. Prasowanie tłoczne • Metodą prasowania tłocznego można przetwarzać przede wszystkim tworzywa termoutwardzalne, mniej popularne jest przetwarzanie materiałów termoplastycznych. • W przypadku tego typu prasowania formowanie przedmiotów odbywa się z zastosowaniem matrycy oraz stempla, które nadają produktowi pożądany kształt (Rys. 5.4.1./1.). • Odpowiednio przygotowane tworzywo umieszcza w gnieździe formy, następnie ogrzewa oraz doprowadza do płynięcia w celu całkowitego wypełnienia gniazda formy. się się • Po zestaleniu wypraski usuwa się ją z formy, po czym można przystąpić do kolejnego cyklu prasowania. • Cykl prasowania wysokociśnieniowego obejmuje następujące fazy: wypełnianie bezpośrednie, zamykanie, sprasowanie, otwieranie oraz przerwa. Prasowanie tłoczne Rys. 5.4.1./1. Forma do prasowania tłocznego: 1 – tłoczywo, 2 – matryca, 3 – stempel, 4 – prowadnice. Prasowanie tłoczne Schemat procesu prasowania tłocznego: a) napełnianie gniazda, b) forma zamknięta, c) wypychanie wypraski; 1 - stempel, 2 - gniazdo formujące, 3 - tłoczywo, 4 - matryca, 5 - wypychacz, 6 - wypraska prasownicza Prasowanie tłoczne • Wypraski wykonuje się najczęściej w formach umieszczonych w prasach, zwykle hydraulicznych. stałych • Zadaniem tych układów podczas prasowania jest stworzenie ciśnienia pozwalającego na pokonanie oporów przepływu tworzywa podczas wypełniania formy oraz jego ściśnięcie nadające odpowiednią gęstość wyprasce. • Temperatura prasowania zależy od rodzaju tworzywa prasowanego, w przypadku tworzyw termoutwardzalnych zwykle wynosi 140-200°C. Jest ona związana z czasem prasowania i grubością ścianki wypraski. • Ten rodzaj prasowania z najstarszych metod przetwórstwa. stanowi jedną Prasowanie przetłoczne • Prasowanie przetłoczne różni się od prasowania tłocznego sposobem doprowadzenia formującego. tłoczywa do gniazda • Kształtowanie przedmiotów zachodzi również w formie (porównanie do formowania tłocznego), ale tłoczywo zostaje uplastycznione w komorze i przetłoczone do zamkniętej formy. • Tworzywo na początku umieszczane jest w komorze przetłocznej, z której w stanie plastycznym jest przetłaczane, z wykorzystaniem tłoka, do gniazda formującego (Rys. 5.4.2./1.). Prasowanie przetłoczne Rys. 5.4.2./1. Schemat prasowania przetłocznego. Prasowanie przetłoczne Schemat procesu prasowania przetłocznego przy użyciu prasy o działaniu pionowym: a) napełnianie komory przetłocznej, b) forma zamknięta, c) wypychanie wypraski; 1 - stempel, 2 - gniazda formujące, 3 - matryca, 4 komora przetłoczna, 5 - tłoczywo, 6 - kanał przetłoczny, 7 - wypraska, 8 - tłok przetłoczny (przetłocznik), 9 - wypychacz Prasowanie przetłoczne • Warunki prasowania przetłocznego warunków prasowania tłocznego. różnią się od • Temperatura powinna być regulowana dokładniej niż przy prasowaniu tłocznym ze względu dodatkowe nagrzewanie się tłoczywa na skutek tarcia podczas przetłaczania. • Czas nagrzewania przy prasowaniu przetłocznym, który obejmuje zabieg uplastyczniania i prasowania (przetłaczania), jest krótszy od czasu nagrzewania przy prasowaniu tłocznym. Prasowanie przetłoczne daje szereg korzyści ekonomicznych i technologicznych, w porównaniu z prasowaniem tłocznym, do najważniejszych należą: - mniejsze ścieranie się powierzchni form; - większą szybkość utwardzania; - lepszą jednorodność wyprasek; - lepszy wygląd powierzchni; - lepsze własności dielektryczne; - możliwość formowania wyprasek o skomplikowanych kształtach. • Podczas prasowania przetłocznego tworzyw termoutwardzalnych formy są podgrzewane, natomiast w przypadku formowania materiałów termoplastycznych – chłodzone. • Ogólnie czas cyklu prasowania przetłocznego jest krótszy od czasu cyklu prasowania tłocznego i co istotne, nie jest on bezpośrednio związany z grubością wypraski. Prasowanie płytowe • Prasowanie płytowe polega na sprasowaniu warstw arkuszy nośnika (np. tkanina, papier, fornir drzewny), który przesycony jest żywicą (fenolową, aminową, mocznikową). • Napełniacz przesyca się odpowiednią żywicą i następnie układa jeden na drugim, zgodnie z żądanym ukierunkowaniem elementów struktury. • Arkusze napełniacza mogą być ułożone tworząc układy: równoległy, poprzeczny, gwiaździsty, czy też poprzecznie wzmocniony. • Następnie odpowiednio przygotowane warstwy umieszcza się pomiędzy ogrzewanymi płytami prasy. • W przypadku prasowania płytowego, ogrzewane płyty stanowią formę, natomiast obszar formującego. • Zasadniczo pomiędzy płytami cykl prasowania w przypadku prasowania tłocznego. spełnia płytowego funkcje jest gniazda taki jak Prasowanie płytowe • Często z wykorzystaniem tej metody uzyskuje się preimpregnaty (zwane też prepregami), które są arkuszami napełniacza przesyconego żywica, a następnie poddanymi suszeniu w celu odparowania rozpuszczalnika. • Metody otrzymywania preimpregnatów i tłoczyw arkuszowych umożliwiają wytwarzanie z nich przedmiotów o powtarzalnych właściwościach, dzięki czemu mogą one być stosowane w przypadku produkowanych masowo elementów używanych w przemyśle motoryzacyjnym czy też lotniczym. Prasowanie niskociśnieniowe • Prasowanie niskociśnieniowe jest procesem, w którym ciśnienie prasowanie nie przekracza 2 MPa. • Metoda ta służy głównie do otrzymywania laminatów. • Spoiwem często są żywice poliestrowe i epoksydowe zawierające np. inicjatory czy też utwardzacze, natomiast jako nośnik służą napełniacze arkuszowe. • W przypadku gdy spoiwem są polimery uretanowe wówczas proces prasowania nosi nazwę RTM (ang. Resin Transfer Molding). • Proces prasowania niskociśnieniowego może odbywać się w temperaturze normalnej do około 150°C. lub też podwyższonej, na ogół Prasowanie niskociśnieniowe • W obrębie prasowania niskociśnieniowego można wyróżnić: • prasowanie z użyciem prasy, • prasowanie pneumatyczne próżniowe, • pneumatyczne normalne (Rys. 5.4.4./1.), • pneumatyczne próżniowo-ciśnieniowe, • prasowanie grawitacyjne. • Prasowanie niskociśnieniowe laminatów (w temperaturze normalnej) polega na ułożeniu w gnieździe formującym arkuszy napełniacza, a następnie wprowadzeniu do gniazda mieszaniny żywicy z dodatkami. • W kolejnym etapie zamykana jest forma, przez co zachodzi przesycanie napełniacza oraz wywierane jest ciśnienie oraz rozpoczyna sie polimeryzacja. • W metodzie tej często stosowane są tłoczywa arkuszowe oraz impregnaty. Ten rodzaj prasowania można stosować do wytwarzania przedmiotów o dużych rozmiarach. •Z kolei prasowanie niskociśnieniowe laminatów w temperaturze podwyższonej przebiega analogicznie w stosunku do wcześniej opisanej metody prowadzonej w temperaturze normalnej, z tą różnicą, że forma jest wyposażona w grzejniki lub też kanały grzejne. • Za pomocą prasowania niskociśnieniowego w podwyższonej temperaturze można również wytwarzać laminaty porowate, które znajdują zastosowanie jako np. deski surfingowe czy spoilery samochodowe. Prasowanie niskociśnieniowe w temperaturze normalnej przedmiotów o dużych rozmiarach 1- obudowa żelbetowa formy, 2 – wypełnienie obudowy tworzywem, 3 – laminat poliestrowo-szklany, 4 – ciekła mieszanina żywicy z niezbędnymi składnikami, 5 – napełniacz arkuszowy, 6 – słupy prowadzące, 7 – odpływ nadmiaru ciekłej mieszaniny, 8 – uszczelki. Prasowanie niskociśnieniowe Rys. 5.4.4./1. Schemat procesu prasowania niskociśnieniowego, pneumatycznego normalnego: 1 – korpus komory z podwyższonym ciśnieniem powietrza, 2 – płat z folii, 3 – laminat, 4 – listwa uszczelniająca, 5 – gniazdo formy, 6 – wózek, 7 – zaciski śrubowe. Kalandrowanie Kalandrowanie • Proces kalandrowania polega na ciągłym przeprowadzaniu wstępnie uplastycznionego tworzywa pomiędzy obracającymi się walcami. • Proces kalandrowania przebiega w kalandrach, gdzie narzędziem są walce kalandrujące. • Kalandrowanie jest procesem kształtowania pasma posiadającego regulowaną grubość. •W wyniku kalandrowania można otrzymywać wstęgi o grubości od 0,08 mm do około 1 mm oraz szerokości przekraczającej 2 m (folie). Kalandrowanie • Kalandry mają na ogół od trzech do sześciu walców, które mogą być różnie rozmieszczone. • Najczęściej spotyka się układy walców w kształcie liter I, L, L odwrócone, F, Z oraz S (Rys. 5.5./1.). • Sąsiednie walce obracają się w przeciwnych kierunkach. Prędkość obwodowa 0,3-2 m/s. (liniowa) walców zasadniczo wynosi • Odległość kolejnych walców od siebie zmniejsza się stopniowo, dzięki czemu w kolejnych szczelinach, tworzą się od nadmiaru tworzywa obracające rolki, które wywołują ujednorodnienie kalandrowanego materiału. • Z kolei zmniejszenie szczeliny międzywalcowej zapewnia np. usunięcie z obrabianego materiału pęcherzyków powietrza. Układy walców kalandrujących (z lewej) Układy walców kalandrujących: a) układ trójwalcowy I, b) układ pięciowalcowy I, c) układ L, d) układ odwrócone L, e) układ F, f) układ Z, g) układ S. (z prawej) Schemat kalandrowania zespolonego: 1 – folia, 2 – tkanina, 3 – folia zespolona. schemat kalandrowania zespolonego, podczas którego następuje łączenie adhezyjne kalandrowanego tworzywa w postaci folii z innym materiałem w postaci taśmy. Ten rodzaj kalandrowania stanowi pewnego rodzaju alternatywę laminowania na sucho. Odlewanie Odlewanie • Odlewanie jest procesem polegającym odlewniczej ciekłym tworzywem. na wypełnieniu formy • Odlewanie można prowadzić w formach otwartych lub też zamkniętych. • W formach otwartych i nieruchomych bardzo często odbywa się zalewanie elementów zespołów elektronicznych. • Przy produkcji wyrobów wewnętrznych pustych stosuje się dwudzielne formy metalowe, obrotowe. Przy dużych prędkościach formy można realizować tak zwane odlewanie odśrodkowe (Rys. 5.6./1.). • W tym przypadku masa odlewnicza, która znajduje się w formie, pod wpływem siły odśrodkowej zostaje dociśnięta do ścianek formy oraz ulega utwardzeniu. Pozwala to na otrzymanie elementów grubościennych, które są pozbawione pęcherzy i wewnętrznych naprężeń. Odlewanie odśrodkowe tworzyw sztucznych w formie o osi obrotu, a) pionowej, b) poziomej. Odlewanie • Masowo wytwarzane półprodukty typu płyty, rury, pręty wytwarza się metodą polimeryzacji w formach. • Jako przykład może posłużyć poli(metakrylan metylu), który odlewa się pomiędzy płytami szklanymi, następnie polimeryzuje w odpowiednich temperaturach. • Z kolei poliamid 6, który formowany bezciśnieniowo, z wykorzystaniem polimeryzacji anionowej, z -kaptolaktonu w lekkich formach, daje półprodukty, natomiast w formach ciężkich można uzyskać produkty, takie jak śruby okrętowe, wałki, rolki czy też koła zębate. Koniec
