Пластмаси - отримання пластмас, склад, властивості, зварюваність

  1. Склад і властивості
  2. особливості будови
  3. Надмолекулярна структура, орієнтація
  4. Реакція пластмас на термомеханічний цикл
  5. Основні пластмаси для зварних конструкцій
  6. Формоутворення деталей з пластмас
  7. Оцінка зварюваності пластмас
  8. Механізм утворення зварних з'єднань
  9. Методи підвищення зварюваності

Рекомендуємо придбати:

Установки для автоматичного зварювання поздовжніх швів обичайок - в наявності на складі!
Висока продуктивність, зручність, простота в управлінні і надійність в експлуатації.

Зварювальні екрани і захисні шторки - в наявності на складі!
Захист від випромінювання при зварюванні і різанні. Великий вибір.
Доставка по всій Росії!

Склад і властивості

отримання пластмас

Пластмаси - це матеріали, отримані на основі синтетичних або природних полімерів (смол). Синтезуються полімери шляхом полімеризації або поліконденсації мономерів в присутності каталізаторів при строго певних температурних режимах і тисках.

У полімер з різною метою можуть вводитися наповнювачі, стабілізатори, пігменти, можуть складатися композиції з добавкою органічних і неорганічних волокон, сіток і тканин.

Таким чином, пластмаси в більшості випадків є багатокомпонентними сумішами і композиційними матеріалами, у яких технологічні властивості, в тому числі і зварюваність, в основному визначаються властивостями полімеру.

Залежно від поведінки полімеру при нагріванні розрізняють два види пластмас - термопласти, матеріали, які можуть багаторазово нагріватися і переходити при цьому з твердого в в'язко-текучий стан, і реактопласти, які можуть зазнавати цей процес лише одноразово.

особливості будови

Пластмаси (полімери) складаються з макромолекул, в яких більш-менш регулярно чергується велика кількість однакових або неоднакових атомних угруповань, з'єднаних хімічними зв'язками в довгі ланцюги, за формою яких розрізняють лінійні полімери, розгалужені і сітчасто-просторові.

По складу макромолекул полімери поділяються на три класи:

1) карбоцепні, основні ланцюги яких побудовані тільки з вуглецевих атомів;

2) гетероцепні, в основних ланцюгах яких, крім атомів вуглецю, містяться атоми кисню, азоту, сірки;

3) елементоорганіческіе полімери, що містять в основних ланцюгах атоми кремнію, бору, алюмінію, титану та інших елементів.

Макромолекули володіють гнучкістю і здатні змінювати форму під впливом теплового руху їх ланок або електричного поля. Ця властивість пов'язана з внутрішнім обертанням окремих частин молекули щодо один одного. Чи не переміщаючись в просторі, кожна макромолекула знаходиться в безперервному русі, яке виражається в зміні її конформаций.

Гнучкість макромолекул характеризує величина сегмента, т. Е. Число ланок в ній, які в умовах даного конкретного впливу на полімер проявляють себе як кінетично самостійні одиниці, наприклад в поле ТВЧ як диполі. За реакцією до зовнішніх електричних полів розрізняють полярні (ПЕ, ПП) і неполярні (ПВХ, поліаксілонітріл) полімери. Між макромолекулами діють сили тяжіння, викликані ван дер Ваальсових взаємодією, а також водневими зв'язками, іонним взаємодією. Сили тяжіння виявляються при зближенні макромолекул на 0,3-0,4 ім.

Полярні і неполярні полімери (пластмаси) між собою несумісні - між їх макромолекулами не виникає взаємодії (тяжіння), т. Е. Вони між собою не зварюються.

Надмолекулярна структура, орієнтація

За структурою розрізняють два види пластмас - кристалічні та аморфні. У кристалічних на відміну від аморфних спостерігається не тільки ближній, а й далекий порядок. При переході з в'язко-текучого стану в тверде макромолекули кристалічних полімерів утворюють впорядковані асоціації-кристалітів переважно у вигляді сферолітів (рис. 37.1). Чим менше швидкість охолодження розплаву термопласту, тим крупніше виростають сфероліти. Однак і в кристалічних полімерах завжди залишаються аморфні ділянки. Змінюючи швидкість охолодження, можна регулювати структуру, а отже, і властивості зварного з'єднання.


Різке відмінність поздовжніх і поперечних розмірів макромолекул призводить до можливості існування специфічного для полімерів орієнтованого стану. Воно характеризується розташуванням осей ланцюгових макромолекул переважно вздовж одного напрямку, що призводить до прояву анізотропії властивостей вироби з пластмаси. Отримання орієнтованих пластмас здійснюється шляхом їх одноосной (5-10-кратної) витяжки при кімнатній або підвищеній температурі. Однак при нагріванні (в тому числі і під час зварювання) ефект орієнтації знижується або зникає, так як макромолекули знову приймають термодинамічно найбільш ймовірні конфігурації (конформації) завдяки ентропійному пружності, обумовленої рухом сегментів.

Реакція пластмас на термомеханічний цикл

Всі конструкційні термопласти при нормальних температурах знаходяться в твердому стані (кристалічному або застеклованном). Вище температури склування (Тст) аморфні пластмаси переходять в еластичне (резіноподобное) стан. При подальшому нагріванні вище температури плавлення (Tпл) кристалічні полімери переходять в аморфний стан. Вище температури плинності ТT і кристалічні, і аморфні пластмаси переходять у в'язкотекучий стан Всі ці зміни стану зазвичай описуються термомеханічними кривими (рис. 37.2), які є найважливішими технологічними характеристиками пластмас. Освіта зварного з'єднання відбувається в інтервалі вязкотекучего стану термопластів. Реактопласти при нагріванні вище ТT зазнають радикальні процеси і на відміну від термопластів утворюють просторові полімерні сітки, які не здатні до взаємодії без їх руйнування, на що потрібно застосування спеціальних хімічних присадок.


Основні пластмаси для зварних конструкцій


Найбільш поширеними конструкційними пластмасами є групи термопластів на основі поліолефінів: поліетилену високого і низького тиску, поліпропілену, поліізобутилену.

Поліетилен [..- СН2-СН2 -...] n високого і низького тиску - кристалічні термопласти, що відрізняються між собою міцністю, жорсткістю, температурою плинності. Поліпропілен [-СН2-СН (СН3) -] n більш температуростоек, ніж поліетилен, і має більшу міцність і твердість.

У значних обсягах використовуються хлорсодержащие пластики на основі полімерів і сополімерів вінілхлориду і винилиденхлорида.

Полівінілхлорид (ПВХ) [- (СН2-СНСl -)] n - аморфний полімер лінійного будови, в початковому стані є жорстким матеріалом При добавці до нього пластифікатора можна отримати дуже пластичний і добре зварюються матеріал - пластикат. З жорсткого ПВХ - вініпласту - виготовляють листи, труби, прутки, а зпластикату - плівку, шланги та інші вироби. З ПВХ виготовляються також спінені матеріали (пінопласти).

Значну групу полімерів і пластмас на їх основі складають поліаміди, які містять у ланцюзі макромолекул амідні групи [СО-Н]. Це в більшості кристалічні термопласти з чітко вираженою температурою плавлення. Вітчизняна промисловість випускає головним чином алифатические поліаміди, які використовуються для виготовлення волокон, виливки деталей машин, отримання плівок. До поліаміду відносяться, зокрема, широко відомі полікапролактам і полнамід-66 (капрон).

Найбільшої популярності серед групи фторлона отримав політетрафтор-етилен-фторлон-4 (фторопласт 4). На відміну від інших термопластів при нагріванні він не переходить у в'язкотекучий стан навіть при температурі деструкції (близько 415 ° С), тому його зварювання вимагає особливих прийомів. В даний час хімічною промисловістю освоєно випуск добре зварюються плавких фторлона; Ф-4М, Ф-40, Ф-42 і ін. Зварні конструкції з фторсодержащих пластиків володіють виключно високою стійкістю до агресивних середовищ і можуть сприймати робочі навантаження в широкому діапазоні температур.

На основі акрилової і метакрилової кислоти виробляються акрилові пластики. Найбільш відома в практиці похідна на їх основі - пластмаса полнметілметакрілат (торгова марка «плексиглас»). Ці пластики, що володіють високою прозорістю, використовуються як светопроводящие вироби (у вигляді листа, прутків і т. Д.) Знайшли застосування також сополімери метилметакрилату і акрилонітрилу, які мають більшу міцність і твердістю. Всі пластики цієї групи добре зварюються.

Хорошою прозорістю відрізняється група пластиків на основі полістиролу. Цей лінійний термопласт добре зварюється тепловими способами.

Для виготовлення зварних конструкцій переважно в електротехнічній промисловості використовують сополімери стиролу з метилстиролом, акрилонитрилом, метилметакрилатом і, зокрема, акрілонітрілбутадіенстірольние (АБС) пластики. Останні відрізняються від крихкого полістиролу більш високою ударною міцністю і теплостійкістю.

У зварних конструкціях знаходять застосування пластмаси на основі полікарбонатів - складних поліефірів вугільної кислоти. Вони володіють вищою в'язкістю розплаву, ніж інші термопласти, однак зварюються задовільно. З них виготовляють плівки, листи, труби та різні деталі, в тому числі декоративні. Характерними особливостями є високі діелектричні і поляризаційні властивості.

Формоутворення деталей з пластмас

Термопласти поставляються для переробки в гранулах розміром 3-5 мм. Основними технологічними процесами виготовлення напівфабрикатів і деталей з них є: екструзія, лиття, пресування, каландрирование, вироблені в температурному інтервалі вязкотекучего стану.

Трубопроводи з поліетиленових і полівінілхлоридних труб застосовують для транспорту агресивних продуктів, в тому числі нафти і газу з вмістом сірководню і вуглекислоти і хімічних (неароматичних) реагентів в хімічному виробництві. Резервуари та цистерни для перевезення кислот і лугів, травильні ванни і інші судини облицьовуються пластмасовими листами, що сполучаються за допомогою зварювання Герметизація пластикатом приміщень, що забруднюються ізотопами, покриття підлог лінолеумом також здійснюються за допомогою зварювання. Консервація харчових продуктів в туби, коробки і банки, упаковка товарів та поштових посилок різко прискорюються з застосуванням зварювання.

Машинобудівні деталі. У хімічному машинобудуванні зварюються корпусу і лопатки різного роду змішувачів, корпусу і ротори насосів для перекачування агресивних середовищ, фільтри, підшипники та прокладки з фторопласту, з полістиролу зварюється освітлювальна арматура, з капрону неелектропровідних шестерні, валики, муфточки, штоки, з фторлона - несмазивающіеся підшипники , витискувачі палива і т д.

Оцінка зварюваності пластмас

Основні стадії процесу зварювання

Процес зварювання термопластів полягає в активації поверхонь, що зварюються деталей, або знаходяться вже в контакті ( зварювання ТВЧ, СВЧ ), Або приводяться в контакт після ( зварювання нагрітим інструментом, газом , ІК-випромінюванням і т. д.) або одночасно з активізацією ( зварювання тертям , УЗ-зварювання).

При щільному контакті активованих шарів повинні реалізуватися сили міжмолекулярної взаємодії.

У процесі освіти зварних з'єднань (при охолодженні) відбувається формування надмолекулярних структур в шві, а також розвиток полів власних напружень і їх релаксація. Ці конкуруючі процеси визначають кінцеві властивості зварного з'єднання. Технологічна завдання зварювання полягає в тому, щоб максимально наблизити за властивостями шов до вихідного - основного матеріалу.

Механізм утворення зварних з'єднань

Реологическая концепція. Згідно реологічні концепції, механізм утворення зварного з'єднання включає два етапи - на макроскопічному і мікроскопічному рівнях. При зближенні під тиском активованих тим чи іншим способом поверхонь деталей, що з'єднуються внаслідок зсувних деформацій відбувається протягом розплаву полімеру. В результаті цього видаляються із зони контакту інгредієнти, що перешкоджають зближенню і взаємодії ювенільних макромолекул (евакуюються газові, окислені прошарку). Внаслідок різниці швидкостей течії розплаву не виключено і перемішування макрооб'ємів розплаву в зоні контакту. Тільки після видалення або руйнування дефектних шарів в зоні контакту, коли ювенільні макромолекули зблизяться на відстані дії Ван-дер-Ваальсових сил, виникає взаємодія (схоплювання) між макромолекулами шарів поверхонь, що з'єднуються деталей. Цей аутогезіонний процес відбувається на мікрорівні. Він супроводжується взаімодіффузіей макромолекул, обумовленої енергетичним потенціалом і нерівномірністю градієнта температур в зоні зварювальних поверхонь.

Отже, щоб утворилося зварене з'єднання двох поверхонь, необхідно перш за все забезпечити протягом розплаву в цій зоні.

Перебіг розплаву в зоні зварювання залежить від його в'язкості: чим менше в'язкість, тим активніше відбуваються зсувні деформації в розплаві - руйнування і видалення дефектних шарів на контактуючих поверхнях, тим менший тиск необхідно докладати для з'єднання деталей.

В'язкість розплаву в свою чергу залежить від природи пластмаси (молекулярної маси, розгалуженості макромолекул полімеру) і температури нагріву в інтервалі вязкотекучесті. Отже, в'язкість може служити одним з ознак, що визначають зварюваність пластмаси: чим вона менша в інтервалі вязкотекучесті, тим краще зварюваність і, навпаки, чим більше в'язкість, тим складніше зруйнувати і видалити із зони контакту інгредієнти, що перешкоджають взаємодії макромолекул. Однак нагрів для кожного полімеру обмежений певною температурою деструкції Тд, вище якої відбувається його розкладання - деструкція. Термопласти розрізняються по граничним значенням температурного інтервалу вязкотекучесті, т. Е. Між температурою їх плинності ТT і деструкції Тд (табл. 37.2).


Класифікація термопластів по їх зварюваності. Чим ширше інтервал вязкотекучесті термопласта (рис. 37.3), тим практично простіше отримати якісне зварне з'єднання, бо відхилення по температурі в зоні шва відображаються менш на величині в'язкості. Поряд з інтервалом вязкотекучесті і мінімальним рівнем в ньому значень в'язкості помітну роль відіграє в реологічних процесах при утворенні шва градієнт зміни в'язкості в цьому інтервалі. За кількісні показники зварюваності прийняті: температурний інтервал вязкотекучесті ΔT, мінімальне значення в'язкості ηmin і градієнт зміни в'язкості в цьому інтервалі.


За зварюваності все термопластичні пластмаси можна розбити за цими показниками на чотири групи (табл. 37.3).


Сварка термопластичних пластмас можлива, якщо матеріал переходить в стан в'язкого розплаву, якщо його температурний інтервал вязкотекучесті досить широкий, а градієнт зміни в'язкості в цьому інтервалі мінімальний, так як взаємодія макромолекул в зоні контакту відбувається по межі, яка має однаковою в'язкістю.

У загальному випадку температура зварювання призначається, виходячи з аналізу термомеханічної кривої для свариваемой пластмаси, приймаємо її на 10-15 ° нижче Тд. Тиск приймається таке, щоб евакуювати розплав поверхневого шару в грат або зруйнувати його, виходячи з конкретної глибини проплавлення і теплофізичних показників зварюваного матеріалу. Час витримки tCB визначається виходячи з досягнення квазістаціонарного стану оплавлення і проплавления або за формулою


де t0 - константа, що має розмірність часу і залежить від товщини з'єднується матеріалу і способу нагрівання; Q - енергія активації; R - газова постійна; Т - температура зварювання.

При експериментальній оцінці зварюваності пластмас фундаментальним показником є ​​тривала міцність зварного з'єднання, що працює в конкретних умовах в порівнянні з основним матеріалом.

Випробовуються зразки, вирубані з зварного з'єднання, на одноосьовий розтяг. При цьому часовий фактор моделюється температурою, т. Е. Використовується принцип температурно-часової суперпозиції, заснований на припущенні, що при даному напрузі зв'язок між тривалою міцністю до температурою однозначна (метод Ларсона-Міллера).

Методи підвищення зварюваності

Схеми механізму утворення зварних з'єднань термопластів. Підвищення їх зварюваності може проводитися за рахунок розширення температурного інтервалу вязкотекучесті, інтенсифікації видалення інгредієнтів або руйнування дефектних шарів в зоні контакту, що перешкоджають зближенню і взаємодії ювенільних макромолекул.

Можливо кілька шляхів:

введення в зону контакту присадки в разі недостатньої кількості розплаву (при зварюванні армованих плівок), при зварюванні різнорідних термопластів присадка за складом повинна володіти спорідненістю до обох зварюються матеріалами;

введення в зону зварювання розчинника або більш пластифікованої присадки;

примусове перемішування розплаву в шві Шляхом зміщення деталей, что з'єднуються НЕ только уздовж Лінії опад, но и поступальний поперек шва на 1,5-2 мм або накладення ультразвукових коливання. Актівізація в зоне контакту перемішування розплаву может проводитись после оплавлення крайок нагрівальнім інструментом, что має ребристою поверхнею. Властивості зварних з'єднання могут буті поліпшені Наступний термічною обробка сполуки. При цьому знімаються не тільки залишкові напруги, але можливо виправлення структури в шві і біля шовної зони, особливо у кристалічних полімерів. Багато з викладених заходів наближають властивості зварних з'єднань до властивостей основного матеріалу.

При зварюванні орієнтованих пластмас щоб уникнути втрати їх міцності внаслідок переорієнтації при нагріванні до в'язко-текучого стану полімеру застосовують хімічну зварювання, т. Е. Процес, при якому в зоні контакту реалізуються радикальні (хімічні) зв'язку між макромолекулами. Хімічну зварювання застосовують і при з'єднанні реактопластов, деталі з яких не можуть переходити при повторному нагріванні в в'язкотекучий стан. Для ініціювання хімічних реакцій в зону з'єднання при такій зварюванні вводять різні реагенти в залежності від з'єднується виду пластмас. Процес хімічного зварювання, як правило, проводиться при нагріванні місця зварювання.

Волченко В.Н. Зварювання та зварювані матеріали т.1. -M. тисячу дев'ятсот дев'яносто один

Див. також:

Разделы

» Ваз

» Двигатель

» Не заводится

» Неисправности

» Обзор

» Новости


Календарь

«    Август 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив

О сайте

Затраты на выполнение норм токсичности автомобилей в США на период до 1974 г.-1975 г произошли существенные изменения. Прежде всего следует отметить изменение характера большинства работ по электромобилям: работы в подавляющем большинстве стали носить чисто утилитарный характер. Большинство созданных в начале 70х годов электромобилей поступили в опытную эксплуатацию. Выпуск электромобилей в размере нескольких десятков штук стал обычным не только для Англии, но и для США, ФРГ, Франции.

ПОПУЛЯРНОЕ

РЕКЛАМА

www.school4mama.ru © 2016. Запчасти для автомобилей Шкода