TECHNOLOGIE VÝROBY DÍLU Z POLYKARBONÁTU VSTŘIKOVÁNÍM
Text práce je umístěn bez obrázků a vzorců.
Plná verze práce je k dispozici v záložce „Job Files“ ve formátu PDF
Oblasti použití plastů každým rokem přibývají. V současné době jsou plasty široce používány v automobilovém a leteckém průmyslu, stavbě lodí, železniční dopravě, medicíně a dalších odvětvích národního hospodářství. Plasty lze použít k výrobě různých konstrukčních, dekorativních, tepelně a zvukově izolačních trubek, fólií, elektrických výrobků a dílů pro radioelektroniku.
Motivací pro rozvoj výroby pneumatik, plastů, pryžových výrobků a dalších chemických materiálů je plánované zdvojnásobení automobilové výroby v Rusku zavedením režimu „průmyslové montáže“, který předpokládá 30procentní lokalizaci.
Podíl plastu je v průměru 14 % z celkové hmotnosti vozidla střední třídy. Plasty dělají auta lehčími. Výsledkem je, že jen v západní Evropě se ročně ušetří více než 2,3 milionu tun paliva. To znamená, že emise CO2 se sníží přibližně o 9,2 milionů tun ročně. V roce 2008 vzrostl podíl plastů v automobilech přibližně o 18 %, což má významný vliv na snižování emisí škodlivých plynů do ovzduší.
Kliky dveří, mřížka chladiče, pouzdro zrcátek jsou vyrobeny z plastů, které vydrží velké zatížení, například z polyamidu, polybutylentereftalátu nebo kopolymerů styrenu.
Některé stroje v současnosti obsahují více než 30 kg takových materiálů. Potahy sedadel jsou vyrobeny se speciálními povlaky, které jsou trvanlivé a odolné proti opotřebení. Přístrojová deska používá polyamid, polyuretan a polykarbonát.
Již dnes každý automobil z továrny používá několik desítek druhů polymerních materiálů – a každý kilogram plastu nahrazuje výrazně těžší kovy a pomáhá šetřit palivo. V roce 2020 bude podle expertů čtvrtina každého nového auta sestávat z polymerních materiálů. Není divu, že odborníci předpovídají výrazné tempo růstu používání polyamidu, polyformaldehydu a polykarbonátu v evropském automobilovém průmyslu.
Můžeme tedy konstatovat, že výroba polykarbonátových komponentů pro automobilový průmysl bude ekonomicky výhodná a proveditelná.
1. Technologická část
1.1. Přehled metod zpracování.
Polykarbonát se zpracovává všemi způsoby známými pro termoplasty, především však vytlačováním a vstřikováním při 230-310 °C a také vakuovým lisováním. Volba teploty zpracování je dána viskozitou materiálu, konstrukcí výrobku a zvoleným licím cyklem. Licí tlak 100-140 MPa. Vstřikovací forma se zahřeje na 90-120 °C. Aby se zabránilo zničení při teplotách zpracování, polykarbonát se předsuší při 115±5 °C na obsah vlhkosti nejvýše 0,01 %.
1.1.1.Odůvodnění zvolené metody
Tento díl lze vyrobit vstřikováním a lisováním. Vstřikování je však nejrozšířenější a nejprogresivnější způsob zpracování plastů. Touto metodou lze bez přerušení zpracovávat všechny termoplastické polymery. Tato metoda umožňuje získat výrobky poměrně složitých konfigurací a tenkostěnné výrobky. Vstřikováním se vyrábí výrobky s vysokou rozměrovou přesností a vysokou třídou povrchové úpravy. Vstřikování je periodický proces, při kterém se technologické operace provádějí v určitém sledu v uzavřeném cyklu. Proces vstřikování lze tedy poměrně snadno automatizovat. Tato metoda umožňuje vyrábět produkty s malým vynaložením práce a energie. Vstřikování je také produktivnější metodou zpracování plastů než lisování.
Na základě výše uvedeného je výhodné vyrábět tento výrobek vstřikováním.
1.2. Charakteristika surovin.
Polykarbonát je syntetický termoplastický polymer, jeden z typů polyesterů kyseliny uhličité a dihydroxysloučenin (lineární polyester kyseliny uhličité a dvouatomových fenolů). Vznikají z odpovídajícího fenolu a fosgenu v přítomnosti bází nebo zahříváním dialkylkarbonátu s dvouatomovým fenolem na 180-300 °C. Polybisfenol-A-karbonátový polymerační produkt. Pevná průhledná amorfní látka. K dispozici ve formě průhledných granulí.
Polykarbonát (PC) se vyrábí polykondenzací v tavenině při teplotě 230±10 0 C. Pro snížení pravděpodobnosti vedlejších reakcí (oxidace, destrukce, dekarboxylace atd.) se proces provádí nejprve v proudu inertních plyn, a je dokončena ve vakuu, aby se úplněji odstranily nízkomolekulární látky. Vysoké teploty urychlují proces a usnadňují rychlé odstranění vedlejších produktů a produktů s nízkou molekulovou hmotností. Tavenina je vytlačována z reaktoru ve formě stuhy, která je následně drcena. PC jsou baleny v třívrstvých sáčcích s polyetylenovou vložkou nebo v měkkých obalech.
Polykondenzační reakce bisfenolu-A s fosgenem:
Polykarbonát je určen pro výrobu vstřikováním a vytlačováním různých výrobků pro konstrukční a elektroizolační účely, používaných ve strojírenství, radio-světelné elektrotechnice a dalších průmyslových odvětvích. Odolává vodným roztokům minerálních a organických kyselin, benzínu, alkoholům, olejům a neodolává chlorovaným mastným a aromatickým uhlovodíkům, dioxanu, metakresolu a tetrahydrofuranu.
Hmotnostní zlomek granulí o délce a šířce 2-8 mm, ne více
Hmotnostní zlomek popela, %, ne více
Hmotnostní zlomek těkavých látek, %, ne více
Rychlost toku taveniny, g/10 min
Změna rychlosti toku taveniny v rámci šarže, %, ne více
Index pevnosti v tahu, MPa, ne více
Prodloužení při přetržení, %, ne více
tangens dielektrické ztráty při frekvenci 10 6 Hz, ne méně
Dielektrická konstanta při frekvenci 10 6 Hz, ne méně
Elektrická síla, kW/m, ne více
Obvyklé označení pro polykarbonát na ruském trhu je PC nebo PC. Vysoce tepelně odolný polykarbonát je někdy označován jako PC-HT.
Symbol ruského polykarbonátu se skládá z označení chemické povahy materiálu: PC – polykarbonát; písmena L nebo E označující doporučený způsob zpracování: L – zpracování vstřikováním, E – zpracování vytlačováním; označení aditiv ve značce: T – tepelný stabilizátor, C – světelný stabilizátor, O – barvivo; číslo odpovídající maximální rychlosti toku taveniny: 7,0 nebo 12 nebo 18 nebo 22; barvy a označení regulačního dokumentu, podle kterého se polykarbonát vyrábí.
Hlavní průmyslové způsoby výroby polykarbonátů jsou:
fosgenace bisfenolů v organickém rozpouštědle za přítomnosti terciárních organických bází, které vážou kyselinu chlorovodíkovou – vedlejší produkt reakce (polykondenzační metoda v roztoku);
fosgenace bisfenolů rozpuštěných ve vodném alkalickém roztoku na rozhraní za přítomnosti katalytických množství terciárních aminů (metoda mezifázové polykondenzace);
transesterifikace aromatických esterů kyseliny uhličité (diarylkarbonáty) s bisfenoly (metoda polykondenzace taveniny).
Metoda polykondenzace v roztoku (v prostředí pyridinu nebo směsi pyridinu s methylenchloridem) a metoda mezifázové polykondenzace (jedna fáze je vodně-alkalický roztok bisfenolu, druhá fáze je methylenchlorid, heptan, dibutylether). a další rozpouštědla nemísitelná s vodou) se provádějí při nízké teplotě a umožňují získat polykarbonát s různými molekulovými hmotnostmi. Ale v každém z nich jsou použity zředěné roztoky složek a proto je nutné použít velkoobjemové zařízení, regenerovat organická rozpouštědla a čistit prací vodu.
Metoda transesterifikace zajišťuje výrobu polykarbonátů se zvýšenou čistotou a nevyžaduje použití rozpouštědel, ale má menší univerzálnost ve srovnání s předchozími metodami (získá se polykarbonát s nízkou molekulovou hmotností), vyskytuje se pouze při vysokých teplotách (250-300 ° C) a při použití zvláště čistých komponent, což výrazně zvyšuje náklady na suroviny.
Vlivem zvýšené teploty a vlhkosti při zpracování může dojít k destrukci polymeru, spočívající v hydrolytické reakci, a ke žloutnutí polymeru.
1.3. Charakteristika hotových výrobků.
Polykarbonát je bezbarvá transparentní hmota s bodem měknutí 180-300°C (v závislosti na způsobu výroby) a molekulovou hmotností 50000 500000-0,198 200. Vyznačuje se relativně nízkým součinitelem tepelné vodivosti (0,255 W/m·K při 2 ºС a XNUMX W/m·K v roztaveném stavu), tato hodnota je přibližně stejná jako u polypropylenu, ale XNUMXx menší než u nízké -hustotní polyethylen. Rychlost přenosu tepla ze stěn plastifikačního válce do polymeru, stejně jako z polymeru na stěnu formy, závisí na součiniteli tepelné vodivosti. Protože je polykarbonát hygroskopický, musí být před zpracováním vysušen.
Maximální přípustná teplota sušení pro polykarbonát je 130 ºС. K sušení můžete použít pohyblivé lůžko, pevné lůžko nebo vakuové sušičky. V praxi se obsah vlhkosti ve zpracovávaném polykarbonátu zjišťuje přibližnými metodami, které nevyžadují speciální vybavení a umožňují s dostatečnou přesností stanovit stupeň vysušení polymeru.
Má vysokou tepelnou odolnost – až 153 °C. Tepelně odolné druhy (PC-HT), které jsou kopolymery, odolávají teplotám až 160-205 °C. Má vysokou tuhost kombinovanou s velmi vysokou odolností proti nárazu, a to i při vysokých a nízkých teplotách. Odolává cyklickým změnám teplot od -253 do +100 °C. Základní třídy mají vysoký koeficient tření. Doporučeno pro přesné díly. Má vysokou rozměrovou stálost a nízkou nasákavost. Netoxický. Podléhá sterilizaci. Má vynikající dielektrické vlastnosti. Umožňuje pájení kontaktů. Má dobré optické vlastnosti. Citlivé na zbytkové napětí. Díly s vysokým zbytkovým napětím při vystavení benzínu a olejům snadno praskají. Před zpracováním vyžaduje dobré vysušení. Polykarbonát má vysokou chemickou odolnost vůči většině neinertních látek, což umožňuje jeho použití v agresivním prostředí beze změny jeho chemického složení a vlastností. Mezi takové látky patří minerální kyseliny, a to i ve vysokých koncentracích, soli, nasycené uhlovodíky a alkoholy, včetně methanolu. Ale také je třeba vzít v úvahu, že řada chemických sloučenin má destruktivní účinek na PC materiál (mezi polymery není mnoho takových, které by s nimi snesly kontakt). Těmito látkami jsou alkálie, aminy, aldehydy, ketony a chlorované uhlovodíky (k lepení polykarbonátu se používá methylenchlorid). Materiál je částečně rozpustný v aromatických uhlovodících a esterech.
Navzdory zjevné odolnosti polykarbonátu vůči takovým chemickým sloučeninám budou při zvýšených teplotách a v namáhaném stavu plošného materiálu (například ohýbání) působit jako látky vytvářející trhliny. Tento jev bude mít za následek porušení optických vlastností polykarbonátu. Navíc bude pozorováno maximální praskání v místech největšího ohybového napětí.
Dalším charakteristickým rysem polykarbonátu je jeho vysoká propustnost pro plyny a páry. Při požadavku na bariérové vlastnosti (například při laminování a použití dekorativních vinylových fólií střední a velké tloušťky od 100 do 200 mikronů) je nutné nejprve nanést na povrch polykarbonátu speciální nátěr.
Mezi běžně používanými polymerními materiály nemá polykarbonát z hlediska mechanických vlastností obdoby. Kombinuje vlastnosti, jako je odolnost proti vysokým teplotám, jedinečná odolnost proti nárazu a vysoká průhlednost. Jeho vlastnosti málo závisí na změnách teploty a kritické teploty, při kterých tento materiál křehne, jsou mimo rozsah možných negativních provozních teplot.
Charakteristiky značkového sortimentu (minimální a maximální hodnoty pro průmyslové značky) jsou uvedeny v tabulce. 2.
