Łączenie tworzyw

Sprawozdanie

Część teoretyczna

Prasowanie - jest metodą przetwórstwa polegającą na cyklicznym wprowadzaniu tworzywa do zamkniętego gniazda formującego, bardzo często na jego uplastycznieniu a następnie stapianiu w zamkniętym gnieździe formującym, jego utwardzeniu lub zestaleniu, i z kolei wyjęciu przedmiotu, zwanego w tym przypadku wypraską prasowniczą, z gniazda. Proces prasowania zachodzi na prasach lub bez ich pomocy, jednak zawsze z użyciem narzędzia, którym jest forma prasownicza mająca gniazdo formujące. Prasowanie jest technologią przetwórstwa głównie z grupy duroplastów mających szczególne zastosowanie w wyrobach przemysłu elektrotechnicznego i przetwórstwie tworzyw zbrojonych włóknami ciągłymi i matami. Technologia ta polega na cyklicznym powtarzaniu następujących czynności:

• wprowadzaniu tworzywa do gniazda formującego

• kohezyjnym łączeniu ziaren lub częściej jego uplastycznianie

• stapianie

• utwardzanie bądź zestalanie

• wyjęcie wypraski

Ważnym elementem cyklu prasowniczego jest odpowietrzenie. Jest to operacja technologiczna prasowania stosowana w pewnych przypadkach dla poprawienia jakości wyprasek, polegającą na otwarciu formy po sprasowaniu wstępnym. Czas odpowietrzania jest różny i wynika z konstrukcji formy. Niekiedy odpowietrzanie należy powtórzyć dwa i więcej razy. Odpowietrzenie jest zabiegiem mającym podobne cele co podgrzewanie wstępne i dające podobne korzyści. Szczególnie pożądane jest w przypadku prasowania tłoczyw aminowych. Gazy zawarte w tłoczywie w pewnych przypadkach mogą spowodować błędy prasownicze wyprasek. Pojawia się to głównie przy prasowaniu dużych wyprasek mocznikowych, o grubych ściankach i znacznej powierzchni.

Formowanie próżniowe - proces ten jest jednym z rodzajów termoformowania tworzyw sztucznych. Polega na uplastycznieniu tworzywa poprzez jego równomierne ogrzanie i nadaniu mu kształtu wyznaczonego formą za pomocą różnicy ciśnień, powstałej dzięki wytworzonej próżni między folią/płytą a formą. Najczęstsze zastosowanie tej metody formowania to otrzymywanie wyrobów cienkościennych o dużej powierzchni z polistyrenu PS, kopolimeru ABS, twardego PVC, polimetakrylanu metylu PMMA, polietylenu PE, polipropylenu PP, celuloidu i octanów celulozy. Najczęściej stosuje się tą metodę do wytwarzania wyrobów opakowaniowych z polistyrenu, polietylenu, polipropylenu czy też polimetakrylanu metylu. Wyroby produkowane tą techniką to w przeważającej większości opakowania, w formie wszelkiego rodzaju pojemników otwartych, z reguły dzielonych w płaszczyźnie największego przekroju.

Zalety formowania próżniowego :

• możliwość wytwarzania wyrobów o bardzo małej grubości ścianek i o znacznych gabarytach,

• niski koszt form, co zmniejsza ryzyko przy uruchamianiu nowej produkcji,

• możliwość stosowania form wielokrotnych, zwiększających wydajność produkcji,

• znaczna swoboda wyboru surowca do formowania.

Wady formowania próżniowego:

• wysokie ceny surowca - ceny płyt i folii

• powstawanie znacznych odpadów poprodukcyjnych przy obcinaniu (okrawaniu), których nie da się bezpośrednio zagospodarować w tej technologii,

• nierównomierności w grubości ścianek wyrobu,

• pocienienia w narożach,

• brak możliwości wykonania w jednej operacji otworów oraz gwintów,

• konieczność wykonywania obróbki wykańczającej (obcinanie obrzeży, wiercenie otworów itp.).

Fluidyzacyjne nanoszenie powłoki z tworzywa polega na wytworzeniu zawiesiny sproszkowanego tworzywa w strumieniu gazu płynącego do góry - złoża fluidalnego, i wprowadzeniu do niego przedmiotu uprzednio nagrzanego nieco powyżej tempe­ratury topnienia tworzywa, odczekaniu określonego czasu, wyjęciu przedmiotu ze złoża i często ponownym nagrzaniu go oraz następnie ochłodzeniu. W czasie przebywania przedmiotu w złożu, cząstki tworzywa stykają się z nagrzanym przedmiotem i stapiają, tworząc powłokę związaną adhezyjnie z materiałem przedmiotu. Nanoszenie fluidyzacyjne przeprowadza się we fluidyzatorze.

Typowy fluidyzator składa się z pojemnika, w którym znajduje się stosunkowo nieduża ilość tworzywa w postaci proszku z ziarnami o rozmiarach od 50 do 250 µm, poprzez dno doprowadza się do pojemnika pod małym ciśnieniem gaz. Powstaje w ten sposób złoże fluidalne. Jako gaz fluidyzujący stosuje się najczęściej powietrze, w niektórych jednak przypadkach nanoszenia powłok z tworzyw stosun­kowo łatwo ulegających utlenianiu można używać azotu lub dwutlenku węgla.

W celu zapewnienia jednorodnej powłoki o dobrej jakości przedmiot po wyprowadzeniu z fluidyzatora powtórnie nagrzewa się w podobnej komorze lub tunelu grzejnym do temperatury topnienia tworzywa. Na proces nanoszenia fluidyzacyjnego wpływają następujące ważniejsze czynniki:
a) właściwości przedmiotu: temperatura nagrzania, ciepło właściwe, współczynnik przewodzenia ciepła, gęstość, kształt i wymiary, stan warstwy wierzchniej, zwłaszcza powierzchni;
b) właściwości tworzywa: temperatura topnienia, ciepło właściwe, współczynnik przewodzenia ciepła, gęstość, kształt i wymiar cząstek;
c) właściwości dna porowatego: kształt i wymiary porów, równomierność rozmieszczenia porów, stan powierzchni porów;
d) właściwości gazu: gęstość, lepkość, prędkość przepływu, temperatura, wilgo­tność;
e) technika nanoszenia: czas przetrzymania przedmiotu w złożu, czyli czas na­noszenia, temperatura otoczenia, ruchy przedmiotu w złożu.
Większość tych czynników jest ustalona dla danego rodzaju materiału przedmiotu, sposobu przygotowania powierzchni i rodzaju użytego tworzywa, jak również rozwiązania konstrukcyjnego przedmiotu. Niektóre czynniki są zdeterminowane cechami konstrukcyjnymi fluidyzatora oraz urządzeń z nim współpracujących. Do parametrów nanoszenia zalicza się głównie:
- temperaturę przedmiotu w momencie wprowadzania do złoża
- temperaturę gazu
- czas nanoszenia

Część doświadczalna

Prasowanie

Talerzyki

Do wykonywania talerzyków używano prasy PG-30 (prasa górnozaworowa o nacisku maksymalnym 30 ton) z teleskopowo-stykowo zamknięciem formy. Temperatura formy wynosiła 155-160 °C.

Do prasowania wykorzystywano tworzywo fenolowo – formaldehydowe z napełniaczem w postaci mączki drzewnej. Przed operacją prasowania wyznaczono gęstość pozorną tworzywa:

Do umieszczonego na statywie naczynie nasypano pewną ilość tworzywa po czym podstawiono zważony odbieralnik 100cm³ po czym swobodnie wypuszczono tworzywo i ponownie zważono. Pomiar powtórzono trzykrotnie i obliczono średnią arytmetyczna z uzyskanych wyników.

Waga naczynia o pojemności 100cm³: 194,4g

Otrzymane wyniki:

260,7g-194,4g=66,3g

261,3g-194,4g=66,9g

260,9g-194,4g=66,5g

d₁ =0,663 g/cm³

d₂ =0,669 g/cm³

d₃ =0,665 g/cm³

d_śr=0,666 g/cm³

Do wyczyszczonej matrycy nasypano odpowiednią ilość tworzywa i rozpoczęto prasowanie. Przeprowadzono prasownia wstępne (po 15 sekundach w nacisku 150kG/cm² podniesiono stempel w celu odgazowania wyrobu z produktów ubocznych) i właściwe (3 minuty, 310kG/cm²). Po prasowaniu talerzyk wyjęto z prasy, oszlifowano z ostrych końców i pozostawiono do ostygnięcia, po czym zmierzono średnicę w celu obliczenia skurczu prasowniczego.

Wymiar matrycy w temperaturze 293K:

Wymiar wyrobu w temperaturze 293K:

Skurcz prasowniczy:

$$S_{p} = \frac{L_{f293K} - L_{w293K}}{L_{f293K}}*100\% = \frac{123,0 - 118,9}{123,0}*100\% = 3,3\%$$

L_f293K- wymiar liniowy gniazda formy w temperaturze 293K

L_w293K-wymiar liniowy wyrobu w temperaturze 293K

Laminaty

4 warstwy wyciętej tkaniny szklanej z żywicą silikonową umieszczono razem, zmierzono wymiary (długość, szerokość, grubość). To samo uczyniono z tkaniną bawełnianą z żywicą epoksydową. Dla zadanych wartości ciśnienia i czasu obliczono odpowiednie warunki procesu – czas oraz ciśnienie.

Zadane przez prowadzącego dane do prasowania tworzyw:

Tkanina szklana: p=150 kG/cm²; t=60s/mm

Tkanina bawełniana: p=500 kG/cm²; t=90s/mm

Obliczenia dla tkaniny szklanej:

$$150\frac{\text{kG}}{\text{cm}2} - 100cm^{2}$$

x − 22, 52cm²

$$x = 33,78\frac{\text{kG}}{\text{cm}2}$$

Grubość: 0,8mm

$$0,8mm*60\frac{s}{\text{mm}} = 48s$$

Obliczenia dla tkaniny bawełnianej:

:

$$500\frac{\text{kG}}{\text{cm}2} - 100cm^{2}$$

x − 27, 03cm²

$$x = 135,15\frac{\text{kG}}{\text{cm}2}$$

Grubość: 1,7mm

$$1,7mm*90\frac{s}{\text{mm}} = 153s$$

Dane procesowe zestawiono w tabeli:

Materiał	p [kG/cm^2]	t [s]
Tkanina szklana	135	153
Tkanina bawełniana	34	48

Proces przebiegał w temperaturze 180 °C. Tworzywo bawełniane zgrało się w dobrym stopniu – nie rozwarstwiało się po procesie, natomiast szklane wyciekło w prasie oraz rozwarstwiło się. Powodem tego faktu mogło być zbyt duże ciśnienie podczas procesu.

Formowanie próżniowe

Na stoliku umieszczono uszczelkę oraz metalową foremkę z małymi otworami, a następnie folię z tworzywa sztucznego. Całość dociążono i zaczęto równomiernie ogrzewać suszarką folię. Następnie wypompowano powietrze spod folii tworząc próżnię, co skutkowało jej zassaniem i wytworzeniem wyrobu, który następnie przecięto i zmierzono suwmiarką grubość. Z początkowej grubości 0,5 mm kolejne warstwy wynosiły 0,4 mm, 0,2 mm aż do 0,1 mm.

Fluidyzacja

Cztery metalowe płytki, których zmierzono grubość, ogrzano na stoliku do temperatury ok. , po czym kolejno umieszczano je w złożu fluidalnym ze sproszkowanego tworzywa. Grubość płytek przed i po operacji, wraz z czasami fluidyzacji zestawiono w tabeli:

Przed operacją	Po operacji
L.p.	Grubość [mm]
1	2
2	3
3	17
4	15

Po zmierzeniu grubości po fluidyzacji sprawdzono każdą z płytek na metalowym stoliku dokładając do ich powierzchni bardzo wysokie napięcie i obserwując przeskakujące iskry. Wszystkie płytki okazały się szczelne – nie zaobserwowano iskier (pojawiały się one na powierzchni metalowego podłoża oraz miejscu, gdzie płytka posiadała otwór na haczyk).

Podsumowanie:

Podczas realizowania ćwiczenia poznano zasady działania i budowę pras, wykorzystywanych w przetwórstwie polimerów. Zaobserwowano także zasady nanoszenia powłok fluidyzacyjnych oraz formowania próżniowego wyrobów wykonanych z tworzyw sztucznych wykorzystywanych w skali przemysłowej. Fluidyzacja jest metodą, w której w bardzo krótkim czasie nanieść można dużą ilość tworzywa jednocześnie dokładnie i szczelnie pokrywając nakładaną powłokę.

Prasowanie jest również szybką formą przetwórstwa, lecz z uwagi na rodzaj formowanych materiałów nie jest bez wad. Tworzące się małocząsteczkowe produkty nie tylko utrudniają operację, ale i mogą powodować trwałe skazy i uszkodzenia w wyrobie, gdy nie zostaną dokładnie usunięte.

Formowanie próżniowe jest tanim (ze względu na operację) sposobem przetwórstwa lecz posiada zasadniczą wadę – folia, z której formowany jest wyrób uległa dużemu pocienieniu. Dlatego muszą być one przed wyrobem o większej grubości co wpływa na ich cenę.