29 10 2013 dodatki

Wydzia

Budowy Maszyn i Zarz

dzania

Instytut Technologii Materia

łó

Zakład Tworzyw Sztucznych

YNIERIA WYTWARZANIA I:

PRZETW

RSTWO TWORZYW SZTUCZNYCH

dr inż. Kinga Mencel

kinga.mencel@put.poznan.pl

pokój 801
tel. 665-2787

TECHNIKI

ŁĄ

CZENIA TWORZYW SZTUCZNYCH

KLEJENIE

SPAWANIE

ZGRZEWANIE

KLEJENIE

Klejeniem nazywamy łączenie materiałów za

pomocą kleju.

Klej

to substancja organiczna lub nieorganiczna mająca właściwości

trwałego łączenia materiałów.

Wielość

tworzyw, ich różnorodność

struktury, powierzchni i

właściwości powodują, że ich klejenie nie jest proste. Niektóre

tworzywa mogą

być

klejone tylko z użyciem dodatkowych

chemicznych, fizycznych lub mechanicznych środków i procedur.

Adhezja

(przyczepność powierzchni granicznych)

Kohezja

(wewnętrzna wytrzymałość warstwy

kleju

)

Kleje

- podstawowym ich składnikiem jest spoiwo ( lepiszcze ),

czyli substancja nadająca skleinie przyczepność do łączonych

powierzchni i wymaganą wytrzymałość mechaniczną. Poza tym,

kleje

mogą

zawierać

substancje

pomocnicze,

jak

rozpuszczalniki napełniacze itp.

•Kleje utwardzalne (zestalające się poprzez ochładzanie)

•Kleje rozpuszczalnikowe (zestalające się na skutek
odparowania lub absorpcji rozpuszczalnika)

Istot

przechodzenia ze stanu ciekłego lub

plastycznego w stan stały:

•Kleje przechodzące w stan stały w temp. normalnej - kleje na zimno

•Kleje przechodzące w stan stały w temp. podwyższonej
(na ogół do 250 oC) - kleje na gorąco

Temperatur

utwardzenia lub zestalenia:

Stan skupienia przed powleczeniem powierzchni materia

•Kleje ciekłe

•Kleje plastyczne

•Kleje stałe (proszek, granulat, pałeczki, folie - błony)

Stosowanie obci

ąż

łą

cz klejowych

Połączenia klejowe konstruuje się tak, aby przenosiły

w najwi

kszym stopniu obci

ąż

enia

cinaj

ce i odrywaj

ce,

w najmniejszym zaś -

oddzieraj

ce i zginaj

Można to osiągnąć przez:

- powiększenie pola powierzchni klejonych

- zaprojektowanie odpowiedniego stanu obciążeń w

połączeniach

Podstawowe rodzaje obci

ąż

enia po

łą

cze

klejowych:

na odrywanie,

b) na ścinanie,

c) na oddzieranie,

d) na ściskanie,
e) na ścinanie ze zginaniem

Konstrukcja połączeń klejowych

Połączenia klejowe teowe i kierunki ich

obciążeń:

1-niedopuszczalny,

2-dopuszczalny,

3-najwłaściwszy

Połączenia klejowe rur i kierunki ich obciążeń:

a)doczołowe,

b) zakładkowe walcowe,

c) nakładkowe zewnętrzne,

d) nakładkowe wewnętrzne;

1-niedopuszczalny, 2-dopuszczalny, 3-najwłaściwszy

Przebieg procesu klejenia jest zdeterminowany przez:

temperaturę

klejenia

zależy przede wszystkim od temp.

polimeryzacji lub topnienia użytego kleju, temp. topnienia albo

mięknienia mat. łączonych oraz od żądanych właściwości połączenia

- czas

- czas klejenia określonym klejem zależy od temp. klejenia

- nacisk

- wywierany podczas klejenia powinien zapewniać właściwy

przebieg procesu polimeryzacji, dokładne przyleganie do siebie

łączonych części oraz optymalną grubość skleiny. Wartość nacisku

zależy od tego czy klej przechodzi w stan stały w wyniku polimeryzacji

kondensacyjnej ( 1 MPa ) czy w inny sposób ( 0,05 Mpa ).

Wytrzyma

ść

łą

czenia klejowego zale

• docisk wywierany na łączone części

• czas i warunki chłodzenia złącza

• rodzaj kleju

• przygotowanie warstwy wierzchniej do łączenia

• warunki utwardzenia lub zestalenia kleju

• rozwiązania konstrukcyjne połączenia

• wartość, sposób i czas działania obciążenia

ZGRZEWANIE

Zgrzewaniem nazywamy proces łączenia tworzyw sztucznych

poprzez ich docisk

z podgrzaniem do stanu plastycznego miejsca

styku łączonych elementów,

bez dodawania spoiwa

. Na skutek

wywierania nacisku zachodzi wzajemne przeplatanie się łańcuchów

polimeru w wyniku ich częściowego przenikania z łączonych

elementów. Splątane segmenty makrocząsteczek tworzą, po

ochłodzeniu (pod naciskiem), trwałe połączenie.

PARAMETRY

- temperatura (do jakiej nagrzewa się tworzywo łączone)

- docisk wywierany na łączone części

- czas zgrzewania

- czas i warunki chłodzenia złącza

W zależności od miejsca doprowadzenia lub powstawania

ciepła w procesie zgrzewania rozróżnia się następujące

metody:

-zgrzewanie w którym ciepło doprowadza się do zewnętrznej strony

elementów łączonych

(zgrzewanie za pomocą nagrzanego drutu, taśmy,

listwy, zgrzewanie impulsowe)

- zgrzewanie w którym ciepło doprowadza się do wewnętrznej strony

elementów łączonych

(zgrzewanie przy użyciu nagrzanego klina lub

płyty)

zgrzewanie w którym ciepło jest wytwarzane w warstwach

wierzchnich tworzyw łączonych lub małej masie tworzywa

(zgrzewanie

tarciowe, drganiowe, pojemnościowe, ultradźwiękowe lub indukcyjne

)

Zgrzewanie kontaktowe

Metoda ta polega na dociśnięciu elementów nagrzaną listwą do

zimnego podłoża lub na ściśnięciu elementów między dwiema

nagrzanymi listwami.

Schemat oraz rozkład temperatury w

łączonych foliach podczas zgrzewania

kontaktowego

a) ogrzewanie jedną elektrodą

b) dwiema elektrodami,

1-elektroda, 2-elementy grzejne, 3-podkładka

z PTFE, 4-podkładka z gumy, t1-temperatura

elektrod, t2-temperaturą zgrzewania, t3-

najniższa temperatura folii

Zgrzewanie gor

cym klinem

Polega na uplastycznieniu tworzywa elementów łączonych poprzez
kontakt z nagrzanym klinem, przesuwanym wzdłuż miejsca łączenia(z
zachowaniem styku) i docisku do siebie elementów łączonych, np. przy
użyciu rolki.

Schemat zgrzewania oraz
rozkład temperatury w
łączonych foliach podczas
zgrzewania gorącym klinem:

a) zgrzewanie ręczne,
b) zgrzewanie mechaniczne,
1-wałek dociskowy, 2-klin

grzejny (dociskowy), 3-
podkładka, 4-klin grzejny stały,
5-wałek dociskowy i
transportowy

Zgrzewanie nagrzan

Tą metodą spajania uplastycznia się powierzchnie zgrzewanych
elementów za pośrednictwem gorącej płyty wprowadzonej między
łączone powierzchnie, usuwa się płytę i dociska do siebie spajane
elementy. Otrzymuje się w ten sposób doczołowe złącza rur, profili,
kształtowników i prętów z twardego PVC, poliolefin, PMMA i innych
tworzyw.

Schemat zgrzewania za pomocą
nagrzanej płyty;
1-łączone elementy (rury),
2-płyta nagrzewająca (plaska).

Zgrzewanie indukcyjne

Jest ono możliwe wówczas, gdy w strefie łączenia umieszczony

zostanie przewodnik elektryczny, który nagrzewa się w zmiennym

polu

magnetycznym.

Wokół

przewodnika

tworzywo

ulega

uplastycznieniu wskutek przewodzenia ciepła od niego do tworzywa.

Wadą tej odmiany zgrzewania jest m.in. pozostawanie przewodnika w

obszarze zgrzeiny.

Zasada zgrzewania indukcyjnego:
1-płyty dociskowe,
2-cewka indukcyjna,
3-pierścień metalowy,
4-przedmiot zgrzewany.

Zgrzewanie ultrad

kowe

Zgrzewanie

ultradźwiękami

elementów

tworzyw

polega

wprowadzeniu ich w szybkie drgania mechaniczne z częstotliwością ok. 20

kHz. Wskutek tego następuje nagrzewanie powierzchni styku spajanych

elementów do temperatury uplastycznienia. Wywierany jednocześnie

nacisk na miejsca spajania powoduje zgrzewanie elementów. Ciepło,

niezbędne do uplastycznienia tworzywa, wydziela się na powierzchni

złącza oraz wewnątrz zgrzewanych materiałów wskutek tarcia cząstek

polimeru wprowadzonych w mechaniczne drgania. Czas zgrzewania

ultradźwiękowego nie przekracza 1-2 s i zależy od rodzaju tworzywa oraz

grubości i kształtu łączonych elementów.

Zasada zgrzewania
ultradźwiękowego
bezpośredniego (a), oraz
zgrzewania ultradźwiękowego
pośredniego (b): 1- sonotroda,
2- kowadło, 3-transformator
ultradźwiękowy, 4- elementy
zgrzewane, 5- przetwornik
ultradżwiękowy.

SPAWANIE

Spawaniem nazywa się łączenie uplastycznionych

krawędzi tworzyw sztucznych

za pomocą dodatkowego

materiału

w postaci pręta spawalniczego. Proces

odbywa się

bez wywierania nacisku

wzajemnego

łączonych elementów.

Rodzaje połączeń spawanych tworzyw

Rodzaje połączeń spawanych: a) doczołowe, b) zakładkowe, c)
nakładkowe, d) teowe, e) krzyżowe, f) ukośne, g) kątowe.

Podstawowe typy spoin i sposoby ich otrzymywania:

A- spoina doczołowa V bez warstwy spodniej,

B- spoina doczołowa V z warstwą spodnią,

C- spoina kątowa V bez warstwy spodniej,

E- spoina doczołowa 2U,

F- spoina doczołowa X,

G- spoina pachwinowa1/2V,

H- spoina pachwinowa K.

Technika spawania:

spawanie ręczne za pomocą gorącego powietrza

spawanie ekstruzyjne

Schemat spawania ekstruzyjnego: a) stopione
tworzywo z ekstrudera, b) gorące powietrze, c)
spoina, d) ukosowany łączony materiał, e) but
spawalniczy z PTFE, f) podstawa buta, g) dysza
ekstrudera

Przygotowanie element

w do spawania:

1.Wycinanie wykrojów z płyt i twardych folii, przecinanie rur i ukosowanie krawędzi.

2.W przypadku elementów przeznaczonych do spawania czołowego obrabia się ich

krawędzie w celu ułatwienia dostępu ciepła do dolnych warstw spajanego materiału.

3.Przy wykonywaniu spojeń czołowych ukosuje się powierzchnie łączonych

elementów zwykle pod tym samym kątem (30°-35° dla PVC, PP i PMMA i 20-25° dla

PA).

4.Aby uzyskać spoinę V o dobrych właściwościach wytrzymałościowych, należy

wypełnić jej dno cieńszym prętem a resztę rowka grubszymi prętami. Liczba warstw

spoiwa niezbędna do wypełnienia spoiny czołowej jest uwarunkowana grubością

łączonych elementów.

Ze względu na niebezpieczeństwo termicznego rozkładu spoiwa,

ogrzewanie przy spawaniu powinno być możliwie jak najszybsze a

zarazem efektywne.

6. Pręt spawalniczy należy prowadzić zawsze prostopadle do spawanych

powierzchni, wywierając przy tym nacisk odpowiednio do przekroju

pręta. Dla pręta o przekroju kołowym i średnicy 2 mm, nacisk wynosi 5-8

N, a dla średnicy 5 mm - 20-26 N. Przy wahadłowym ruchu końcówki

palnika

powoduje

się

uplastycznienie

termiczne

końca

pręta

spawalniczego, który ugina się pod kątem prostym i wypełnia rowek.

7. Prędkość przesuwania spoiwa wzdłuż rowka zależy od temperatury i

grubości pręta

Przygotowanie element

w do spawania:

NANOSZENIE POW

TWORZYWA STOSOWANE NA POWŁOKI

TERMOPLASTYCZNE

UTWARDZALNE

•

PVC ZMIĘKCZONY

•

POLIETYLEN

•

POLIAMID

•

OCTANOMAŚLAN CELULOZY

•

POLIWĘGLAN

•

ŻYWICE EPOKSYDOWE

•

ŻYWICE POLIESTROWE

•

ŻYWICE AKRYLOWE

OPR

CZ POLIMERU POW

OKI MOG

ZAWIERA

ŚRODKI BARWIĄCE, STABILIZATORY, PLASTYFIKATORY,
UTWARDZACZE, INNE

METODY WYTWARZANIA POWŁOK Z TWORZYW

SZTUCZNYCH NA PODŁOŻE METALOWE SĄ ŚCIŚLE

ZWIĄZANE Z RODZAJEM MATERIAŁU

POWŁOKOWEGO (TERMOPLASTYCZNY CZY

UTWARDZALNY) ORAZ POSTACIĄ, W JAKIEJ

STOSUJE SIĘ TEN MATERIAŁ (PROSZEK, ZAWIESINA

ITP.)

METODY NAK

ADANIA POW

FLUIDYZACYJNA

NAPYLANIE ELEKTROSTATYCZNE

NATRYSKOWA (P

OMIENIOWA I

BEZP

OMIENIOWA

POWLEKANIE ZANURZENIOWE

ETAPY WYTWARZANIA POW

PRZYGOTOWANIE PRZEDMIOTU METALOWEGO

I JEGO POWIERZCHNI DO NA

OZENIA POW

OKI

ENIE POW

OKI

OBR

BKA WYKA

CZAJ

CA POW

OKI

Przygotowanie powłoki przeznaczonej do pokrywania polega na
zaokrągleniu krawędzi, usunięciu zadziorów, ewentualnej zmianie połączeń
lutowanych na spawane oraz na oczyszczeniu jego powierzchni. W następnej
kolejności powierzchnia poddawana jest odtłuszczeniu .

METODA FLUIDYZACYJNA

Wytwarzanie powłok metodą fluidyzacyjną polega na zanurzeniu ogrzanego

przedmiotu metalowego w tzw. złożu fluidyzacyjnym ( zawiesinie

sproszkowanego tworzywa w strumieniu gazu). 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

fluidyzatorze.

Grubość powłoki nanoszonej fluidyzacyjnie najczęściej wynosi 0,25 – 0,40 mm i

zależy od:

•

Czasu zanurzania

•

Temperatury

•

Kształtu pokrywanego przedmiotu

1 - pojemnik, 2 - dno lite, 3 - dno porowate, 4 -

zawór, 5 - złoze fluidalne, 6 - przedmiot, na

który nanosi się tworzywo

SCHEMAT FLUIDYZATORA

Zak

cenia fluidyzacji

a) segregacja (rozdzielanie si

fazy

rzadkiej i g

stej),

b) p

cherze,

c) rozwarstwienie si

zawiesiny,

d) kanałowanie.

Proces tworzenia si

powłoki polimerowej

w zło

u fluidalnym:

a) tworzenie si

powłoki jednowarstwowej,

b) tworzenie si

powłoki wielowarstwowej.

W procesie tworzenia si

powłoki w zło

u fluidalnym rozró

nia si

trzy etapy:

a) powstanie powłoki jednowarstwowej z cz

stek tworzywa topi

cego si

powierzchni przedmiotu w wyniku bezpo

redniego styku,

b) wzrost grubo

ci powłoki wskutek stapiania si

ziarn stykaj

cych si

z tworzywem

stopionym; czynnikiem wzrostu grubo

ci powłoki jest w tym okresie

przenoszenie ciepła z przedmiotu do przylegaj

cych cz

stek tworzywa poprzez

warstw

stopion

c) zahamowanie wzrostu grubo

ci powłoki w wyniku utraty ciepła przez przedmiot i

małej przewodno

ci cieplnej tworzywa.

Zmiana temperatury tworzywa w procesie powlekania fluidalnego:

t1- temperatura zło

t2 – temperatura powłoki,

t3 – temperatura topnienia polimeru;

I – okres tworzenia si

powłoki jednowarstwowej,

II – wzrost grubo

ci powłoki,

III – zanik wzrostu grubo

ci powłoki

Na proces nanoszenia fluidyzacyjnego wp

ywaj

nast

puj

ce wa

niejsze

czynniki:

właściwości przedmiotu:

temperatura nagrzania, ciepło właściwe,

współczynnik przewodzenia ciepła, gęstość, kształt i wymiary, stan warstwy

wierzchniej, zwłaszcza powierzchni;

właściwości tworzywa:

temperatura topnienia, ciepło właściwe,

współczynnik przewodzenia ciepła, gęstość, kształt i wymiar cząstek;

właściwości dna porowatego:

kształt i wymiary porów, równomierność

rozmieszczenia porów, stan powierzchni porów;

właściwości gazu:

gęstość, lepkość, prędkość przepływu, temperatura,

wilgotność;

technika nanoszenia:

czas przetrzymania przedmiotu w złożu, czyli czas

na-noszenia, temperatura otoczenia, ruchy przedmiotu w złożu.

ELEKTROSTATYCZNE NANOSZENIE

polega na przeniesieniu sproszkowanego

tworzywa w polu elektrycznym prądu stałego z głowicy napylającej, stanowiącej

biegun ujemny, na powierzchnię przedmiotu będącego biegunem dodatnim, a

następnie wyjęciu przedmiotu z pola elektrycznego, stopieniu cząstek tworzywa

pod wpływem ciepła dostarczonego z zewnątrz oraz zestaleniu lub utwardzeniu

powłoki

Do wytwarzania powłok metodą napylania elektrostatycznego stosuje się

proszki takich termoplastów jak: PE, PA, PVC oraz żywice epoksydowe i

poliestrowe w postaci kompozycji proszkowych

Nakładane tworzywa muszą charakteryzować się odpowiednim kształtem i

wielkością

ziaren proszku 20-100 µm, a ich odporność

właściwa

powierzchniowa powinna zawierać się w granicach 1*10

÷ 5*10

Ωm

1 - generator wysokiego napięcia prądu stałego,

2 - głowica napylająca ,

3 - zbiornik na tworzywo,

4 - przedmiot, na który nanosi się tworzywo (uziemiony),

5 - wieszak na przedmiot,

6 - pole elektryczne ,

7 - obudowa kabiny,

8 - odciąg odpylający,

9 - przewód do odzyskanego proszku

Schemat urządzenia do
nanoszenia
elektrostatycznego
tworzywa sproszkowanego

Nanoszenie fluidyzacyjno

elektrostatyczne

Łącząc nanoszenie fluidyzacyjne i elektrostatyczne w jeden proces

otrzymuje się nanoszenie fluidyzacyjno-elektrostatyczne. Przeprowadza

się je w zasadniczej części za pomocą fluidyzatora elektrostatycznego,

zawierającego pojemnik wykonany z materiału nieprzewodzącego prądu

elektrycznego, w którym za pomocą elektrod umieszczonych w złożu

fluidalnym następuje elektryzowanie cząstek tworzywa. Cząstki unoszą się

w strumieniu gazu i dzięki ładunkowi elektrycznemu są przyciągane przez

przedmiot zanurzony w złożu i uziemiony. Ciąg dalszy postępowania jest

taki, jak w przypadku nanoszenia fluidyzacyjnego i elektrostatycznego.

Schemat fluidyzatora elektrostatycznego:

1 - pojemnik ,
2 - elektrody ,

3 - złoże fluidalne ,

4 - dno porowate ,

5 - dno lite ,

6 - zawór do gazu ,

7 - przedmiot, na który nanosi się tworzywo ,

8 - pokrywa

ZALETY

•

efektywne nanoszenie powłok z tworzyw

o małym napięciu powierzchniowym, np. z

PTFE,

•

wyeliminowanie nagrzewania przedmiotu

przed wprowadzeniem do fluidyzatora

•

niewystępowanie strat proszku,

WADY

•

nadmierne

ukierunkowanie

cząstek

powodujące

tworzenie

się

grubszych

powłok

powierzchni

przedmiotu

zwróconej ku elektrodzie

•

trudności w uzyskaniu równomiernego

pola elektrycznego w całym przekroju

poprzecznym fluidyzatora.

NATRYSKIWANIE P

OMIENIOWE

Natryskiwanie płomieniowe tworzyw polega na ich rozpyleniu i

skierowaniu przez strefę płomienia gazowego na pokrywane podłoże

W metodzie tej stosuje się tworzywa w postaci proszku oraz pastę PVC

Grubość powłoki naniesionej metodą płomieniową wynosi ok. 0,15 mm w

przypadku napylania proszków, natomiast w przypadku past PVC 0,4 – 0,5

mm. Metoda ta znajduje zastosowanie głównie do wytwarzania powłok o

dużych płaszczyznach

schemat

1 - pistolet nanoszący , 2 - przewód doprowadzający tworzywo w strumieniu
sprężonego powietrza , 3 - zbiornik tworzywa , 4 - lej , 5 - inżektor , 6 - dysza
, 7 - włącznik elektryczny , 8 - wibrator ułatwiający zabieranie tworzywa , 9 -
butla gazu palnego , 10 - reduktor

Schemat procesu napylania p

omieniowego

Metodą

natrysku pneumatycznego

(bezpłomieniowego) nakłada się

najczęściej powłoki z wodnych dyspersji polimerow fluorowych

W procesie tym wykorzystuje się

typowe pistolety natryskowe

(lakiernicze). Naniesione powłoki suszy się wstępnie w temperaturze

otoczenia lub przy lekkim ogrzaniu w celu usunięcia wody, a następnie

spieka

W celu poprawienia ich przyczepności stosuje się warstwę gruntu

nakładaną bezpośrednio na podłoże lub do dyspersji wprowadza się

dodatki zwiększające adhezję nanoszonego tworzywa do metalu

NATRYSKIWANIE P

OMIENIOWE

Tworzywo powłokowe umieszczone w zbiorniku miesza się sprężonym

powietrzem w celu wytworzenia zawiesiny. Powstała zawiesina porywana jest

przez strumień sprężonego powietrza i podawana do pistoletu natryskowego,

skąd zostaje wyrzucona na zewnątrz przez dyszę.

Gaz doprowadzany przez otwory rozmieszczone na obwodzie dyszy spala się

tworząc płomień o kształcie cylindrycznym. Rozpylony proszek tworzywa jest

topiony w płomieniu i następnie osadzony na podgrzanym podłożu

pokrywanego przedmiotu.

Prędkość przelotu cząsteczek proszku przez płomień musi być tak dobrana,

aby nie zachodziło termiczne uszkodzenie tworzywa, co spowodowałoby

wytworzenie wadliwej powłoki.

Zestawienie wad i usterek pow

Klasyfikacja reologiczno

technologiczna

POLIMERY

ELASTOMERY

PLASTOMERY

Wulkanizujące

Nie

wulkanizujące

Polimery

termoplastyczne

Polimery

utwardzalne

Bezpostaciowe

(amorficzne)

Semi

krystaliczne

Termo

utwardzalne

Chemo

utwardzalne

E l a s t o m e r y

Polimery, wykazuj

ce w temperaturze pokojowej odkszta

cenia

wyskoelastyczne

przy ma

ych napr

ęż

eniach.

Podczas pr

rozci

gania wykazuj

one wyd

enie powy

ej 100% (kilkaset %).

to polimery, kt

rych temperatura zeszklenia

jest ni

sza od

temperatury pokojowej.

Do elastomer

wulkanizuj

cych

zaliczane s

kauczuki naturalne i

syntetyczne

Do elastomer

nie wulkanizuj

cych

, zwyczajowo nazywanych

elastomerami

termoplastycznymi

nale

elastomerami

termoplastycznymi

nale

żą

na przyk

ad:

silnie

zmi

kczony

poli(chlorek

winylu),

kopolimery

etylenowo

winylu),

kopolimery

etylenowo

propylenowe czy elastomery poliuretanowe

Poj

cia podstawowe

Mieszanka gumowa

- materiał plastyczny składający się z jednego lub więcej kauczuku z

dodatkiem innych składników niezbędnych do otrzymania gumy (wulkanizatu) o
określonych właściwościach. Mieszanka gumowa jest to układ wielofazowy jednorodny
makroskopowo lecz niejednorodny mikroskopowo w którym inne składniki są
rozpuszczone lub zdyspergowane w matrycy elastomeru.

Wulkanizat

(guma) - materiał otrzymany przez usieciowanie (wulkanizację) kauczuku

substancją sieciującą (na ogół 0,5 – 3% wag.) lub pod działaniem promieni o wysokiej
energii. Guma charakteryzuje się wysoką elastycznością w szerokim zakresie
temperatury.

Przedmieszka

– zawiera część składników mieszanki gumowej (przedmieszki kauczuku z

sadzą, przyśpieszaczami, siarką, pigmentami lub innymi składnikami). Sporządzenie
przedmieszki umożliwia polepszenie warunków pracy (przygotowanie mieszanek bez
pylenia), lepszą dyspersję składników, uniknięcie podwulkanizowania.

SPORZ

DZANIE MIESZANEK GUMO

DZANIE MIESZANEK GUMOWYCH

Podwulkanizowanie

(scorching)- jest to nieznaczne usieciowanie kauczuku

powodujące powstanie nierozpuszczalnego żelu, lecz niedające produktu o

właściwościach charakterystycznych dla gumy. Podwulkanizowanie może

wystąpić podczas przygotowywania mieszanki gumowej, kalandrowania,

wytłaczania i innych operacji technologicznych oraz podczas przechowywania

mieszanki w podwyższonej temperaturze. Podwulkanizowanie określa się za

pomocą reometru oscylacyjnego lub rotacyjnego.

adniki mieszanek

gumowych

Skład mieszanek gumowych w
zależności od ich
przeznaczenia jest następujący:

1. Składniki podstawowe (rys 1a)
2. Składniki specjalnego
przeznaczenia (rys 1b)

Podstawowym składnikiem mieszanki gumowej oprócz elastomerów są

substancje

wulkanizujące

Powszechnie

stosowanym

rodkiem

wulkanizującym jest siarka elementarna, jak także substancje zawierające

siarkę. Ostatnio do sieciowania stosuje się nadtlenki organiczne czy też tlenki

metali. Siarkę stosuje się w obecności przyspieszaczy wulkanizacji –

składników mieszanki gumowej przyśpieszających reakcje sieciowania i

umożliwiających przeprowadzenie jej w niższej temperaturze i przy niższym

zużyciu siarki. Substancje te stosowane są w ilościach 0.2-4% wagowych. W

skład siarkowego zespołu sieciującego wchodzą

także aktywatory

wulkanizacji, które zwiększają skuteczność działania przyśpieszaczy. Do

aktywatorów wulkanizacji zalicza się tlenki cynku i magnezu, kwasy

tłuszczowe

(najczęściej

kwas

stearynowy).

Oprócz

wymienionych

składników do mieszanek gumowych dodaje się także substancje ułatwiające

obróbkę i przygotowanie mieszanek gumowych.

Skład mieszanki gumowej – receptę można zapisywać podając:

ilości poszczególnych składników w częściach wagowych na 100 części

wagowych kauczuku,

2) zawartości kauczuku i składników w mieszance w % wagowych,

3) zawartości kauczuku i składników w mieszance w % objętościowych,

4) ilości wagowe i objętościowe składników mieszanki (w kilogramach, litrach)

odpowiadające pojemności użytkowej urządzenia, na którym przygotowuje się

mieszankę (recepta robocza).

da recepta powinna mie

j numer lub symbol. Podaje si

niej r

wnie

nazw

mieszanki, jej g

sto

ść

, barw

w stanie surowym

i zwulkanizowanym, plastyczno

ść

kauczuku i gotowej mieszanki,

twardo

ść

wulkanizatu. Dane te s

niezb

dne dla kontroli jako

produkowanej mieszanki.

SUBSTANCJE WULKANIZUJ

CE ISTOTA DZIA

ANIA

SIARKA

Substancje wulkanizujące powodują powstawanie poprzecznych wiązań między

łańcuchami

makrocząsteczek

kauczuku.

Podstawowymi

substancjami

wulkanizującymi nienasycone elastomery są siarka lub substancje wydzielające

siarkę w procesie wulkanizowania (donory siarki)

NADTLENKI ORGANICZNE I TLENKI METALI

Substancje wulkanizujące zawierające zarówno wiązania nienasycone jak i nasycone

na skutek utworzenia poprzecznych wiązao C-C na drodze reakcji rodnikowych.

PRZYSPIESZACZE I INNE

RODKI WP

YWAJ

CE NA PRZEBIEG

WULKANIZACJI.

Przyspieszacze wulkanizacji są to substancje organiczne skracające czas

wulkanizacji wyrobu. A tym samym powodują kilkakrotny wzrost wydajności

urządzeń przy tym samym zużyciu energii. Wywierają decydujący wpływ na

strukturę sieci przestrzennej wulkanizatów a tym samym na ich właściwości

fizyczne. Zmniejszenie zawartości siarki i zastosowanie jej w zespole

sieciującym

razem

przyspieszaczem

aktywatorem

zmniejsza

niebezpieczeństwo przewulkanizowania

wyrobu, ogranicza wykwitanie

wolnej siarki na powierzchni wyrobu i umożliwia w niektórych przypadkach

obniżenie temperatury wulkanizacji co w rezultacie powoduje otrzymanie

wulkanizatów o znacznie lepszych właściwościach.

AKTYWATORY WULKANIZACJI I MECHANIZM

ICH DZIA

ANIA

Aktywność większości przyspieszaczy wzrasta z wprowadzeniem do

mieszanki aktywatorów np. tlenku cynku, tlenku magnezu. kwasu

organicznego lub jego soli (kwas stearynowy, palmitynowy, laury nowy,

stearynian cynku). Działanie aktywatorów polega na tworzeniu

kompleksu przyspieszacz-tlenek cynku-kwas tłuszczowy rozpuszczalnego

w kauczuku wzmacniając działanie przyspieszaczy.

NAPE

NIACZE I ICH ROLA W MIESZANCE GUMOWEJ

Napełniacze – są to ciała stałe, nieorganiczne lub organiczne odznaczające się

odpowiednim stopniem rozdrobnienia, na ogół trudno rozpuszczalne w wodzie,

pozwalające się łatwo i dosyć równomiernie rozprowadzić w uplastycznionym kauczuku

podczas mechanicznego mieszania.

Rol

nape

niaczy w mieszance gumowej jest:

- obniżenie kosztów wytwarzania wyrobu,

- nadanie mieszankom gumowym odpowiednich właściwości

przerobowych,

- nadanie wulkanizatom odpowiednich właściwości fizycznych.

KLASYFIKACJA NAPEŁNIACZY

Sieciowanie elastomer

w (wulkanizacja

)

Sieciowanie kauczuku podczas wulkanizacji polega na łączeniu

makrocząsteczek wiązaniami chemicznymi

utworzeniu sieci

przestrzennej

na skutek zastosowania substancji sieciujących

(sieciowanie chemiczne) lub promieniowania o dużej energii

(sieciowanie radiacyjne, fotochemiczne).

Sieciowanie może zachodzić w obrębie łańcuchów lub

z udziałem ich końców

KAUCZUK NATURALNY

jest pod względem chemicznym cis-poliizoprenem o wzorze:

ródłem handlowego kauczuku jest drzewo Hevea brasiliensis (znane jako drzewo

kauczukowe lub kauczukowiec) oraz rośliny Kok-saghyz, Krym-saghyz i Tan-saghyz. Po

nacięciu kory drzewa kauczukowego wypływa na zewnątrz mleczna, lepka ciecz zwana

lateksem. Jest ona emulsją składającą się z zawiesiny koloidalnej cząstek kauczuku w wodzie.

Koagulacja lateksu pod wpływem rozcieńczonego kwasu mrówkowego lub octowego

powoduje, że wytrąca się on w postaci serowatej masy. Wytrącony polimer przemywa się

wodą i przepuszcza przez walce, otrzymując w ten sposób jasną krepę kauczukową

Pozyskiwanie mleczka lateksowego

INNE KAUCZUKI:

KAUCZUK BUTADIENOWY BR

KAUCZUK IZOPRENOWY JR

KAUCZUK BUTADIENOWO-STYRENOWY SBR

KAUCZUK BUTYLOWY IIR

KAUCZUK NITRYLOWY NBR

KAUCZUK SILIKONOWY

KAUCZUK URETANOWY

Poliizoprenowy (IR)-

bardzo dobre właściwości dynamiczne i zmęczeniowe- brak kleistości

konfekcyjnej

Polibutadienowy (BR)-

bardzo dobra elastyczność- brak kleistości konfekcyjnej- dobra

odporność na powstawanie rys- możliwość napełniania dużą ilością sadzy bez pogorszenia
właściwości wulkanizatu

Butadieno-styrenowy

(SBR)- odporność na powstawanie rys- bardzo dobra odporność na

ścieranie

Polichloroprenowy (CR)-

odporność na oleje i smary-niepalność- odporność na UV i ozon-

dobra przyczepność do metalicd

Butylowy (IIR)-

odporność na czynniki atmosferyczne- bardzo mała przepuszczalność gazów-

duża histereza mechaniczna

Butadieno-akrylo-nitrylowy (NBR)-

odporność na działanie olejów i smarów- dobra

przyczepność do metali- możliwość wykonania gumy przewodzącej prąd elektryczny

Etyleno-propylenowy (EPM, EPDM)-

dobra odporność na starzenie atmosferyczne i działanie

ozonu- dobre właściwości mechaniczne, dielektryczne

Uretanowy-

duża wytrzymałość mechaniczna- olejoodporność- wysokie dopuszczalne

naprężenia ściskające

METODY BADA

Rozdzierno

ść

zalicza się do właściwości fizycznych, które

charakteryzują odporność materiału, na działanie skoncentrowanego

naprężenia. Jest to właściwość mająca szczególne znaczenie przy

badaniu gumy, gdyż jest ona związana między innymi z odpornością

gumy na ścieranie i na wielokrotne odkształcenie zginające.

Dzięki określeniu wytrzymałości na rozdzieranie, już w czasie

konstruowania wyrobu można określić wpływ działania karbu,

nacięcia lub nagłego uskoku technologicznego na jego właściwości

użytkowe.

Jako

miarę

rozdzierności

przyjmuje

się

wytrzymałość na rozdzieranie wyrażoną wzorem:

= F/d [N/mm]

Gdzie: T

– wytrzymałość na rozdzieranie,

F - maksymalna siła [N],

d - grubość próbki [mm].

Należy

pamiętać,

ile

maszyna

wytrzymałościowa ma skalę siły w kilopondach {kp}

to:

1 kp = 10 N

Wzory próbek stosowanych do badania rozdzielności wg PN – 86/C – 04254
Guma „Oznaczenie wytrzymałości na rozdzieranie”:

yw sk

adników mieszanki gumowej na rozdzierność gumy

Im większa wytrzymałość przy statycznym rozciąganiu tym wyższa będzie rozdzierność

czyli, odporność na działanie karbu.

Karb

w przybliżeniu ,można zdefiniować jako zakłócenie

ciągłości struktury materiału która przyczynia się do kumulacji w tym miejscu naprężeń

wywołanych działaniem siły zewnętrznej. Wiadomo, że przekroczenie wartości granicznej

naprężeń dla danego materiału powoduje jego niszczenie.

Przyczyn zakłócenia stopnia uporządkowania struktury, jej ciągłości jest bardzo

wiele; np.

niski stopień usieciowania kauczuku

obecność aglomeratów napełniaczy

brak

równomiernego rozprowadzenia w mieszance plastyfikatorów

lub

obecność modyfikatora o

dużych nieregularnych ziarnach

, itp.

Również rodzaj kauczuku będzie miał decydujący wpływ na rozdzierność. Istotna jest w tym

przypadku jego budowa chemiczna i strukturalna. Kauczuki o liniowej budowie przyczyniają

się do wzrostu wytrzymałości gumy na rozdzieranie. Stosuje się wiele modyfikatorów

uodparniających gumy na rozdzieranie, np. grafit lub siarczki molibdenu o określonej

strukturze, których wpływ można przyrównać do wewnętrznych smarów.

cieranie

Ścieranie – ścinanie lub wyrywanie cząstek materiału na skutek działania sił

powstających podczas względnego ruchu materiału ścieranego względem

podłoża.

Ścieralność (zużycie ścierne) – ubytek objętości lub masy próbki w wyniku

cierania jej w określonych warunkach (prędkość, czas).

Intensywno

ść

cieralno

ci wyra

a si

za pomoc

zale

ci:

⋅

−

∆

gdzie:

– masa próbki przed badaniem [g],

– masa próbki po badaniu [g],

t – czas badania [min],

– g

sto

ść

gumy [g/cm

[cm

/min]

Pomiar twardo

ci elastomer

Aparat Shore’a przycisnąć dłonią do próbki równolegle do badanej powierzchni.

W trakcie pomiaru tępy pręcik wystający z podstawy przyrządu, wypychany

odpowiednią sprężyną, wgniata się w tworzywo, aż do momentu ustalenia

równowagi pomiędzy naciskiem sprężyny a oddziaływaniem tworzywa.

Po osiągnięciu stanu równowagi odczytać na skali aparatu wartość twardości w

stopniach Shore’a (

Sh).

Zasada pomiaru twardości

metodą IRH

polega na

pomiarze różnicy pomiędzy zagłębieniem stalowej kulki pod

obciążeniem wstępnym a obciążeniem pomiarowym, a

następnie na określeniu zależności pomiędzy tą różnicą

współczynnikiem sprężystości wzdłużnej E (modułem
Younga) badanego tworzywa.

Zależność ta wyrażona jest wzorem:

P - obci

ąż

enie pomiarowe [N],

r - promie

kulki [m],

h - ró

nica zagł

bienia [m].

⋅

Egzamin

20.01.2012 r.

Grupy Z1 – Z3

godz. 11.45 – 12.30

Grupy Z4 – Z7

godz. 12.35 – 13.15

zagadnienia:

charakterystyka technologii wtryskiwania

- parametry wtryskiwania
- budowa wtryskarki
-charakterystyka tworzyw termoplastycznych
- charakterystyka tworzyw termoutwardzalnych
- wytłaczanie: istota procesu
- rodzaje głowic wytłaczarskich
- charakterystyka linii wytłaczarskiej
- techniki termoformowania
- wady i zalety formowania próżniowego
- charakterystyka tworzyw przeznaczonych do
termoformowania

- techniki łączenia: klejenie, spawanie, zgrzewanie,
- parametry technik łączenia
- Istota nanoszenia powłok
- metody nanoszenia powłok
- tworzywa stosowane na powłoki
- laminat; kompozyt
- metody laminowania
- charakterystyka tworzyw chemoutwardzalnych
- charakterystyka wyrobów otrzymanych technikami wytwarzania tworzyw
sztucznych,
- charakterystyka elastomerów
- metody przetwórstwa elastomerów
- pojęcie wulkanizacji, przedmieszki gumowej,

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
29 10 2013 Sapa Internet id 321 Nieznany (2)
29 10 2013 Populacje
2012 10 29 Najem i usługi dodatkowe to niekiedy jedno świadczenie
C5 (X7) D6AX04H6P0 11 04 10 2013 Tabela Kody błędów Kalkulator ogrzewania dodatkowego
Logika wykład II - 20.10.2013, Sem. 1, Logika
plan 18.10-29.10, plany, scenariusze, Plany
W2 10 2013
Demografia społeczna wykład 2 10 2013, wykład 3 $ 10 2013
24 10 2013
Ochrona własnosci intelektualnej wykład 1 10 2013
Demografia Społeczna Ćwiczenia, ćwiczenie 2 10 2013
Wykład II 10 2013
29 10?rmakoterapia bólu
cześć 2 proj 10 2013
Afazja wykład IV? " 10 2013
OiS Wykład 1(07 10 2013)
FINANSE PUBLICZNE - 22.10.2013, Wykłady(4)

więcej podobnych podstron