Курсовая работа: Технология производства изделий из полипропилена методом литья под давлением

Также важно изучить возможность объединения в одной детали нескольких функций, что позволит сэкономить на дорогостоящих сборочных операциях. Себестоимость изготовления детали включает не только цену сырья. Следует учитывать, что материалы, обладающие большей жесткостью, позволяют уменьшать толщину стенок изделия, а это даёт возможность сократить время цикла изготовления изделия. Поэтому необходимо составить перечень всех критериев, учитываемых при выборе материала, и провести их последовательную детальную оценку.

Сырьем для ТПА являются полимеры, термопласты. Термопласты с повышением температуры переходят в пластическое состояние, а при охлаждении вновь отверждаются до исходного состояния, и это является обратимым процессом.

В свойствах полимеров и их процессах отверждения, в частности типом возникающих в полимере межмолекулярных связей. В термопластах между отдельными полимерными цепочками возникают межмолекулярные связи (силы Ван-дер-Ваальса), которые могут быть разорваны при повторном нагреве, что опять переведет полимер в пластическое состояние.

Для горячей штамповки изделий из пластмасс используют гранулированное сырье. В зависимости от его физико-химических свойств и показателя устойчивости к температурному воздействию выделяют следующие типы пластика для литья.

Термопластичный:

Сырье отличается высокой скоростью фазовых переходов из твердого состояния в жидкое и обратно. Использование материала этого типа оправдано для плавки опытных образцов моделей для мелкосерийного производства.

Термореактивный:

Полимеры изготавливают из синтетических смол, которые при литье под давлением позволяют получить изделия различной прочности со стабильными размерами и любыми текстурными поверхностями. Расплав не вытекает через зазоры пресс-формы, а после остывания его усадка не превышает 0,5%.

Сырьё часто используемое на оборудовании ТПА. В частности для производства рассмотренных выше деталей, таких как фитингов, отводов, крестовиков для спайки полипропиленовых труб, корпусов кранов и американок, является полипропилен.

Полипропилен: Льется при температуре 200--280 єС и давлении 800--1400 кгс/смІ. Полипропилен способен резко снижать вязкость при росте градиента скорости сдвига, что позволяет наращивать объемы производства за счет повышения давления при стабильной температуре. Он дает значительную усадку, негативные последствия которой нивелируют более высоким давлением литья.

Суперконцентрат

Или антиоксидант

Суперконцентрат-антиоксидант используется в случаях, когда необходимо получить улучшенную термостабильность при производстве пластмассовых изделий (ПЭНД и ПП изделия) из вторичного полимерного сырья.

Введение антиокислительных добавок в полимер ингибирует процесс термоокислительного старения и позволяет улучшить процесс переработки (стабилизация реологических свойств и гомогенности расплава, уменьшение тенденции к сшивке и гелеобразованию), сохранить физико-механические свойства материала (в т.ч. для пленок), уменьшить тенденцию к обесцвечиванию или пожелтению материала. Использование антиоксидантов, особенно в комбинации со светостабилизаторами, позволяет также увеличить срок службы изделий из пластмасс при воздействии окружающей среды.

В зависимости от степени деградации вторичного пластика и его содержания в смеси с первичным, процент ввода данной добавки для различных пластиков составляет 1-5%

1.3 Характеристика сырья

1.3.1 Классификация пластика для промышленного литья под давлением

Для разделения полимеров на категории используют следующие характеристики:

Назначение. Для строительства, пищевой промышленности и сферы обслуживания применяют пластик с отличными требованиями по прочности и безопасности.

Физико-химические свойства. Подразумеваются состав, плотность, цвет, прозрачность и реологические особенности исходного материала, такие как текучесть, температура плавления и затвердевания. В соответствии с этими параметрами пластик для литья бывает аморфным кристализирующимся, кристаллическим термопластом с коротким периодом плавления при высоких температурах и склонными к деструкции веществами с низкой термостабильностью.

Степень обработки. В производстве применяют первичное сырье и материалы вторичного использования, что в значительной мере формирует цену готовой продукции.

Комплексный анализ совокупности этих факторов позволяет подобрать пластик для серийного литья с параметрами, удовлетворяющими требованиям конкретной технологии, расчетной стоимости производства и другим пожеланиям..

Полипропилен.

Полипропилен - твердое вещество белого цвета, является продуктом полимеризации пропилена и принадлежит к классу полиолефинов. Проще говоря, это пластиковый полимер с широкой областью применения. Сегодня он является наиболее востребованным современным пластиком, благодаря своим отличным потребительским свойствам и универсальностью использования.

Основные физические свойства

Низкая плотность материала. Полипропилен имеет самую низкую плотность из всех пластмасс, что выгодно отличает его от более плотных аналогов.

Высокая прочность. Многочисленные эксперименты показали, что он выдерживает большую нагрузку, что намного превышает возможности полиэтилена.

Устойчивость к низким температурам. Полимер прекрасно справляется с отрицательными температурами, выдерживая - 10єС и более низкие температуры.

Устойчивость к высоким температурам. Выдерживает не только низкие, но и высокие температуры, его температура плавления составляет 160 - 170єС.

Устойчивость к резким перепадам температуры. Быстрая смена температурного режима также не страшна этому материалу. Хорошо выдерживает стремительный переход от минуса к плюсу и обратно.

Превосходные диэлектрические свойства. Высокая диэлектрическая константа вместе с большой диэлектрической прочностью обеспечивают широкие возможности его применения в качестве электроизоляционного материала.

Легкая обработка. Полипропилен легко поддается сварке, распилу, сверлению, хорошо гнется, что значительно расширяет возможности его применения в промышленности и быту.

Химические характеристики

Устойчивость к агрессии химических веществ. Эта особенность материала позволяет широко применять его для нужд химических предприятий. Экологичность и безопасность для окружающей среды и человека. Многочисленные опыты доказали нетоксичность и абсолютную экологическую безопасность этого материала для окружающей среды и человека. Поэтому он используется при производстве емкостей для воды, а также различных жидкостей и сыпучих продуктов питания. Очень часто его применяют при строительстве сооружений для очистки воды.

Основные технические характеристики и свойства полипропилена представлены в таблице 12.

Таблица 12

1.4 Обоснование выбора метода переработки

У любого конструктора, технолога, проектировщика зачастую возникает вопрос подходящего выбора метода переработки полимерных материалов.

После того, как на основе анализа условий работы предполагаемого изделия, его расчета и проектирования, оценки требований к основным характеристикам был выбран конкретный полимерный материал, встает вопрос о том, каким способом его перерабатывать.

Для производства конкретного изделия так же, как и для переработки каждого полимерного материала, может быть использовано несколько различных технологий. Отсюда неизбежен выбор оптимального метода формования изделия. Здесь, и это перекликается с вопросами проектирования, первостепенное значение имеют вид, форма и размеры изделия, а также тиражность; важны и экологические аспекты производства.

Выбор материала позволяет составить достаточно полное представление о его свойствах, в частности, об особенностях и параметрах его переработки различными методами: температуре, вязкости, необходимом удельном давлении и т. д. Сопоставляя эти данные с размерами проектируемого изделия (точнее, площадью его проекции формообразующей оснастки на основные плоскости), можно оценить усилие, необходимое для смыкания и заполнения формы при литье под давлением, прессовании, формовании и т. д. Величина этого усилия позволяет выбрать соответствующий тип оборудования -- литьевой машины, пресса и т. д. В некоторых случаях этого достаточно, чтобы какие-то методы сразу отпали. Тиражность также имеет большое значение при выборе способа переработки, так как она определяет требуемую производительность используемого оборудования и его количество. Возможность использования много-гнездных форм заставляет при крупносерийном производстве отдать предпочтение таким методам переработки, как литье под давлением и прессование, тогда как при изготовлении единичных изделий это могут быть иные технологии.

При определении экономической целесообразности выбора того или иного метода переработки на первый план выдвигаются вопросы производительности, качества и размерной стабильности (геометрической формы и свойств изделия). Для большинства процессов переработки стоимость оснастки весьма велика, однако количество экземпляров изделий, изготавливаемых в одной форме, может достигать нескольких сотен тысяч. Поэтому при малосерийном производстве наиболее приемлемы методы, при которых стоимость оснастки минимальна, а при крупносерийном следует учитывать в первую очередь другие факторы: стоимость и доступность сырья, количество отходов, возможность их повторного использования.

С другой стороны, качество изделия и его особые свойства (точность размеров) в известной степени предопределяют как выбор метода переработки, так и качество оснастки, соответственно отражаясь на экономичности процесса и стоимости готового продукта. Поэтому выбор оптимального способа формования должен осуществляться на основе анализа всех факторов и с учетом их важности в каждом конкретном случае.

Далее мы рассмотрим метод литья под давлением и его преимущества. Основные преимущества литья под давлением по сравнению с другими способами литья следующие: многократное использование литейных форм, полное исключение формовочных и стержневых смесей, высокая точность размеров и чистота поверхности, практически не требующих механической обработки, возможность получения отливок с малой толщиной стенок (менее I мм) большой протяженности, полное исключение трудоемких операций формовки, сборки и выбивки форм, возможность комплексной автоматизации производственного процесса.

Также у данного метода переработки есть и недостатки к ним относятся: высокая стоимость пресс-форм, сложность и длительность их изготовления, невысокую стойкость пресс-форм, особенно при литье сплавов с высокой температурой плавления (сталь, чугун, медные сплавы), трудность выполнения отливок со сложными полостями и поднутрениями, неподатливость металлической формы, что способствует появлению напряжений в отливках при охлаждении; поэтому сплавы для литья под давлением должны иметь узкий интервал кристаллизации, высокую жидкотекучесть и достаточную прочность и пластичность.

1.5 Физико-химические основы технологического процесса

В основе процессов переработки пластмасс находятся физические и физико-химические процессы структурообразования и формования:

? нагревание, плавление, стеклование и охлаждение.

? изменение объема и размеров при воздействии температуры и давления.

? деформирование, сопровождающееся развитием пластической (необратимой) и высокоэластичной деформации и ориентацией макромолекулярных цепей.

Эти процессы могут проходить одновременно и взаимосвязано. Преобладающим будет только один процесс на определенной стадии. В процессе формования изделий полимер нагревают до высокой температуры, деформируют путем сдвига, растяжения или сжатия и затем охлаждают. При охлаждении большого количества полимеров протекает процесс кристаллизации.

Если кристаллизация протекает при высоком давлении и при высокой температуре, то образуется кристаллическая структура из выпрямленных цепей, при быстром охлаждении того же расплава кристаллизация проходит с образованием сложных цепей. Также установлено, при увеличении давления температура кристаллизации повышается. Значение этого свойства означает: возможность перехода полимера из расплава в квазикристаллическое состояние при повышении давления (при этом исключается течение и затормаживаются релаксационные процессы). Особенность в том, что при повышении давления образуются мелкие сферолиты и поэтому увеличивается механическая прочность изделий. Размеры кристаллов, в то же время, зависят от скорости охлаждения и температуры в процессе формования изделия. При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую структуру, так как времени на перегруппировку кристаллов недостаточно.